水文监测系统范文（精选11篇）

水文监测系统 第1篇

2011年8月31日,水利部在北京召开全国中小河流水文监测系统建设工作会议,贯彻落实中央水利工作会议和今年中央1号文件及全国中小河流治理工作会议精神,全面部署中小河流水文监测系统建设工作。

2 系统功能

2.1 总体实现功能

系统建设的总体任务是对辖区内的报汛站进行水文信息的自动采集、本地存储、远程传输、异地接收处理和入库等建设。

2.1.1 遥测站集成

完成报汛站的水雨情信息采集系统设备开发、安装、调试,实现水雨情信息采集及报汛通信。

2.1.2 中心站集成

雨量站发往市局的数据,统一传输格式,接入原系统;按统一的数据库结构建立遥测数据库。建立信息中心水情(远程)查询、分析、报表生成、报警提示、信息发布等应用系统。

2.2 遥测站的功能

本系统遥测站具有以下功能:

雨量采集:雨量计每次翻斗触发RTU将降雨时间写入固态存储模块,并使雨量累计值增量。遥测站平时报汛采用定时自报、限时增量报的工作方式,当满足自报或加报条件时自动把测站的信息发回中心站,定时自报的时段值(1～24)可设置。雨量增量加报。雨量加报阈值(2个)可设置。雨量计每翻斗一次,RTU使雨量累计值增量,同时比较当前雨量累计值和上次上报的雨量累计值,如果二者之差超过设定的阈值,并且当前时间和上次上报时间之差也超过设定的阈值,则RTU进行一次加报。

本地或远程修改系统参数后,与中心站进行通信确认,保证遥测站参数与中心站存储参数的一致性。具有实时钟,以完成对水位、雨量的自动记录与定时上报。可采用GPRS/GSM通信模块或北斗卫星终端作为通信工具,同时支持GPRS数据传输、GSM短信息(SMS)传输和卫星数据传输三种传输手段。

具备测试功能,测试数据只显示、不存储。具有实时钟,并具有自动校时、系统时钟同步功能。一站多发功能,配置专为燕禹制作的DTU,满足一站多发需要。发送报文中含有:采集时间、发报时间、测站站号、中心站号、电源状态等工况信息和雨量、水位信息。

2.3 分中心的功能

本系统中心功能具体包括如下几个方面:

通过GPRS (GSM)主信道全天候收集所有测站的数据,并进行解码、合理性验证、自动纠错、分类入库、转储、备份。数据转发至省(区、市)、流域、其他水情中心、测站及上级领导机构。远程管理遥测终端(校时、修改参数等)。

兼容自报体制和应答体制,可以实现对测站的召测、巡测及查询。可以与其他遥测系统中心站进行联网,实现信息共享。数据库的本地、远程查询及维护。

雨水情信息可提供15min、30min、1h、2h、3h、6h、12h、24h等任意时段的Web远程查询。数据整编、数字显示、数据查询、报图报表。具备测站监控、系统告警指示功能。远程写库功能。远程提取固态数据。故障后的数据恢复功能。数据维护(人工填补数据、去除冗余、合理性检查等)。站点管理(改变属性、配置参数、站点增减)。预留其他信息入网接口。可与其他系统联网,实现信息共享。

2.4 通信方式

根据招标文件要求,本系统通信体制可以归纳为以下几点:

测站以GPRS通信方式为主,以GSM短信通信方式为备。

定时自报、限时增量加报与查询一应答报送相结合。

定时自报:本系统拟选用的RTU支持现场或远程设定工作参数,其中包括定时自报间隔参数。用户根据量级和需求由中心设定定时自报时间间隔,定时自报的时间间隔可以任意设定。例如用户可以设定RTU每1小时定时上报一次数据,也可设定为每6h (或其他间隔)上报一次数据。

限时增量加报:每当被测水文参数变化超过设定门限值,并且与上次发送数据时间间隔大于规定值即自动向中心发送一次数据。本系统拟选用的RTU可现场或远程设定雨量加报门限。

查询/应答式:本系统拟选用的RTU可以设置为具有定时开机以接受中心站召测或远程管理的功能。当报汛站RTU及通信终端处于开机状态时,报汛站可自动响应中心发出的巡测或召测指令,实时采集水文数据并发送给中心。定时自动巡测的时间间隔,可根据数据处理和预报作业的需要。

混合式:本系统同时定时自报、限时增量加报和查询一应答式三种工作制式。

3 遥测站安装

根据招标要求,自动雨量站包括如下几部分:双杆式机箱、太阳能板、电池、雨量计、终端机。

自动雨量站的安装过程如下:组装杆式机箱;安装雨量筒;安装太阳能板(注意方向);将终端机、蓄电池安装于杆式机箱内;连接各种线缆;立杆、浇筑;做地网设施;测试设备,完成安装;

自动雨量站设施设备主要包括观测场地选择、雨量测验及配套设施建设、观测仪器安装调试等三个方面。

开展中小河流水文监测系统建设,是我国水文事业自身发展的必然要求和迫切需要。我们要充分利用好该系统,使监测系统发挥最大效益。

摘要：本文简要介绍了四平市中小河流雨量监测系统的组成及功能。阐明开展中小河流水文监测系统建设,是我国水文事业自身发展的必然要求和迫切需要。我们要充分利用好该系统,使监测系统发挥最大效益。

数字化水文水资源监测系统研究论文 第2篇

随着我国国民经济的发展，科技的进步，人们对水资源利用方面的高效、便捷等要求越来越突出。而水文处理工作的前沿单位--水文水资源监测站，为了更好地满足人们对高效便捷水资源的需求，积极运用高新技术，将以往的一些水资源要素监测预报方式转变为信息采集分析运用整体数字化的实施过程，从而促使新技术和雨水情测报工作两者有机结合，对于分析和预测水文情势变化规律有着极其重要的作用。实现了水文测报工作的现代化，从而全面提升了水文水资源监测以及水环境对突发事件的监测能力，适应当前国民经济的发展需求，极大地提高了社会公益性服务的效率[1].

水文监测系统 第3篇

【关键词】水文站；监测水平；水文服务能力

引 言

近几年来，某省的水文工作在政府以及相关部门的有力领导下，并且本着“加强水文站的监测，提高水文服务能力”的理念，其基层水文站的监测能力和服务水平有了显著提升，而且促进了该省环境保护的建设，获得了社会的广泛认可。因此，本文力图通过该省水文站监测工作的回顾分析，展望未来，不断提升水利建设在社会经济发展中的作用。

一、近几年基层水文站工作的回顾

1、水文服务范围扩大

近几年来，该地区水文监测站基本上完成了水文汛情的预测监视工作，起到了防汛尖兵的作用。在地下水功能区划分文、水质监测、水质综合评价等方面发挥了重要作用，而且积极落实农村饮水安全建设，完善了水情、雨情、水质情况等监测机制，并且及时发布共享相关信息，进而提高了水文信息的服务质量。

2、水文技术支撑作用和水文保障能力增强

自2008年开始，该省水文部门就落实了地下水考核评价指标的而监测任务，为了地下超采区水资源的控制和配置，尤其是水资源的保护做出了重要贡献。并且通过全身入河排污口的勘测，为水资源管理工作提供了数据支持，而且将全省历史上全部水文站的监测数据都纳入到数据库中，加强了基础数据库的服务功能体系建设。该省基层水文站的水文信息化水平也在不断提升，基本上实现了自动监测、自动存储、自动报汛的目标。其水文装备也有了显著改进。该省水文系统在近两年已经采购多台电脑，并购进了多普勒测深仪、手持电波流速仪、高精度GPS等先进水文勘测装备。比如呼图壁河、屯河等水文站的基础设施建设得到强化，水质监测仪器得到更新，尤其是水事件应急监测车的应用。

二、水文工作中存在的问题与不足

1、水文工作与经济社会发展相脱节

首先，是水文站的站点设置不合理。然后，虽然采购了一定数量先进仪器，但是仍然有不少基层水文站存在测验设备老化的问题。另外，水文预测预报工作还没有体系化，水文站的综合服务能力还需要提高。比如，基层水文站在局部监测手段和能力方面还相对落后，无法及时预测预报突发水文事件，并且缺乏必要的应急措施。

2、水文职工的工作环境和待遇和任务不相适应

伴随着我国社会经济不断发展的前提，水文建设部门将承担着更加繁重的任务，其监测内容和范围也将复杂化。但是在基层水文站中，尤其是一线职工，存在工作环境相对较差，津贴和补贴标准相对较低的问题，而且委托观测员和临时工的工薪报酬也不合理。这一系列的问题的原因，部分是历史上长期存在的，但是更多的是因为水利建设和水文事业不断发展，需要面临着更严峻的任务和形势所致。

三、提高水文服务能力的对策

1、加强基础业务工作

对于水文行业的地位标准，主要有技术实力和服务水平这两个评价指标。但是，无论是技术实力和服务水平都依赖于水文站的基础业务。因此，必须重视水文站的基础业务工作，尤其是水文监测工作的质量，因为水文监测的水平直接影响到水文站的信息水平，关乎着水文站决策的科学性和准确性，所以必须要保障水文资料的可靠真实。在基础业务工作中执行国家标准与规范，强化监测、计算、预报、整理等各个环节的工作，提升水文资料的权威性。

2、加强能力建设

水文工作的跨越式发展必须以能力建设为保障，因此必须优化资金配置，加快水文监测站建设，提升其服务能力。尤其要优化该省基层监测站的资金投入，将资源投入到改进水质信息收集能力和水质监测设备上，通过先进、实用、机动性强的勘测装备的应用，提高水文站现场快速检测的能力，以此应对突发性的水文事件。不仅如此，还要完善水文要素监测的长期记录工作，及时将数据存储到数据库中，以此为基础，不断健全信息真实、查询方便、适应不同层次需求的水文信息服务平台的建设，投身水文预测预报和分析评价的能力建设，进而为社会人民提供质量可靠的水文产品。

3、强化水文在“大水网”建设中的支持作用

在“大水网”的建设过程中，水文工作可以提供信息支撑、数据支撑、技术支撑等保障。为此，必须进一步对基层水文站点进行优化布局，在多条中小河流新建水文站，并对落后的水文站进行改进。同时新建或改建多座雨量监测站，对水文巡测基站也需要进行改进工作。同时，对该省水质监测站、水质水量同步检测站进行改建，确保其信息化设备的投入，以此实现全面监控该省水功能区的目的。此外，还需要对地下水，尤其是地热水进行勘测分析，增强水资源勘测工作的力度，以此保障该地区地下水质资源的合理开发和科学保护工作。

4、努力探索水文服务的新模式

为此，必须改变过去封闭式的水文服务方式，努力向外向型、开放式的水文服务模式转变。同时从过去专业较强的水文服务模式向综合性、大众型的水文服务模式发展。首先，对水文资料进行深加工，重视资料分析、归纳、整理以及研究等过程，为社会提供有价值、有深度的实用水文信息，尤其是发挥水文资料在水资源保护和防汛抗旱中作用，为国家社会经济稳定保驾护航。其次，不断扩大水文服务的广度，利用水文监测站的装备优势和专业优势，提供多样化的水文服务产品，特别是改变过去水文站以监测为主的单一职能，加强水文站的综合职能建设，不仅要在水文监测、预测预报、水资源勘测等方面发挥作用，还需要在环境保护，农业灌溉，以及城市供水能方面强化功能，并且为政府的水利决策提供重要的数据支撑，发挥水文服务功能的最大价值。

四、结束语

有鉴于水文职工的工作环境和待遇和任务不相适应的问题，水文部门应当健全人才培养机制，完善人才引进和聘用制度。不断对一线职工进行技术培养和在职教育，在提高他们业务素质的前提下，通过绩效工资制度和规范的福利保障体系，不断提升一线水文职工的待遇水平和工作环境，进而发挥一线职工在基层水文站建设中重要作用。

参考文献

[1]吕兰军.实中央一号文件提升水文服务能力的思考[J].水利发展研究，2011（3）.

基于自组网技术的水文监测系统 第4篇

经过“十一五”期间的发展,湖北省水利信息化建设取得了长足的进步,围绕中小河流、重点水利工程、大中型水库和湖泊的水文监测系统建设取得了可喜的成绩,通过GSM/GPRS、超短波、短波和卫星通信等手段基本实现了水雨情和设备工况信息的有效传输[1,2],但仍存在以下主要不足:

1)应急处理能力不足。当前水利、水文参数采集主要依靠GSM/GPRS公共网络传输,当遇到极端天气时,公共网络基础设施容易遭到损坏,原有的通信设备不能正常工作,不能满足应急处理的能力需求。

2)智能化程度不高。现有水利水文通信设备基本能够实现传感器数据的自动接收和传输,但传输网络的自我诊断、异常处理能力偏弱,基本不具备自恢复能力,整个网络的智能化程度不高。

3)业务扩展能力不强。现有的传输手段和传感器采集端使用的是“一对一”的捆绑模式,当前端传感器的数据量、模式发生变化时,传输部分必须相应改变,致使其不能应对不同的业务需求,扩展性不强。

湖北省水利信息化“十二五”发展规划提出[3]:“十二五”期间基本建成覆盖全省水利行业的信息采集系统,构建基于网络化的自动水文站,实现雨量、水位、流量、墒情、温度等水文状态参数的自动传输。为实现水利“十二五”规划中关于水利信息化目标,在分析现状与需求的基础上,设计开发了基于自组网技术的水文监测系统(以下简称监测系统)。

1 监测系统技术特点

基于自组网技术的水文监测系统,采用智能传感器搭建水文站节点,通过有线和无线通讯等多种方式与水文水情监测中心连接,以公网网络为基本支撑,作为静态网络,形成覆盖全省的基础网络;同时,构建基于自组网技术[4,5,6]的水文水情监测网,以延伸的超短波自组网作为动态网络,形成应急通信网络。当面对重大灾害及突发水情时,可以在极短的时间内建立起以超短波无线通信技术[7,8]为主的独立应急通信网络系统,快速形成现场与指挥中心之间有效、实用、安全的应急通信保障,为指挥中心数据分析处理、预警决策提供可靠的水文监测数据和设备本身状态信息,并根据上级指令灵活调整工作模式。

基于自组网技术的水文监测系统实现雨量、温度、墒情等水文状态参数的自动传输。支持多种数据业务类型,包括数据报文、图片传输服务等;支持网络规模的扩展,允许节点动态入网、组网;支持多种传输手段的数据分发,涵盖VHF(甚高频)自组网、串口及以太网转发接口。除此之外,监测系统还具备以下特性:

1)自动配置。自动配置无线和传输参数、自动检测、自动管理邻接关系等。自动配置是通过读取网络初始化的配置策略减少重复手动配置参数的过程,使超短波电台运行智能化。

2)自动优化。根据网络设备的运行状况,自适应调整参数,优化网络性能。自动化水文站采用高效自组织协议,实时监测网络运行状态,支持路由和服务质量Qo S的动态调整和重组,适应不同网络状态时的参数优化。

3)自愈重组。支持故障定位与状态上报功能,设备出现故障时,系统可以定位到故障设备所在的具体地理位置及模块,并重组网络,从而实现自愈重组功能。

2 监测系统设计方案

2.1 总体方案

监测系统主要由前端采集、传输和数据处理、显示3部分组成。其中前端采集主要采集水利、水文、墒情等状态参数,也可包括视频图像采集;传输部分主要采用自组网超短波电台搭建;数据处理主要实现对数据的分析、显示、前端控制、网络态势的掌控等,组成示意如图1所示。

2.2 节点组成

基于自组网技术的水文应急监测系统网络节点组成如图2所示,其中针对不同监测对象,采用不同传感器,实现不同监测参数的采集,在传输段采用自组网超短波电台,实现数据的传输和汇集。

2.3 典型信息处理流程

2.3.1 系统初始化配置

自动监测站开机后,数据处理与通信控制管理器向各个模块发送检测信号,检测设备是否正常,如果设备有故障则发出报警信息(“运行”状态灯表示故障信息),故障不影响启动则设备继续启动,待启动完成后发送故障信息;设备检测完成后读取内部存储器中的配置文件,如果文件不存在,自动生成配置文件,参数为缺省值;读取配置文件后,根据配置文件的参数初始化设备。

2.3.2 通信网络控制与管理

针对通信网络中多链路并存的情况,需要在通信模块中添加管理控制功能,对自动监测站本身状态信息进行管理和控制,通过实时网络状态检测,依据服务质量保证和能量原则,做出最佳网间路由与决策,完成自主组网,采用高效自组织协议,按照指定路由与动态路由结合的方式完成网络的灵活配置。通信控制管理功能实现的网络服务架构包括物理层、数据链路层、网络能力层、网络控制层和数据接口层。通过各功能层次对系统的网络管理和应用支撑提供能力,使得系统各部分能够按照能源高效的方式协同工作,在网络中转发数据,并支持多任务和资源共享。各层协议和平台的功能实现如图3所示。

1)数据接口层。数据接口层主要提供上层应用的数据收发接口、数据压缩、解压协商,以及应用层容错编码技术。数据接口层的功能实现如图4所示。

2)网络控制层。网络控制为应用提供端到端的透明传输能力,主要实现系统中信道的路由选择,网间的数据中继转发。网络控制层的功能实现如图5所示。

网络拓扑状态信息是全网络各节点网络相关信息,系统通过收集网络拓扑状态信息用于确定下一条位置。

网络信道质量,主要用于对底层的多种信道选择策略的制定,通过网络信道质量的收集可以实时将当前的信息从一个较恶劣信道切换到优选信道上来。

路由生成主要通过对网络拓扑信息、信道质量信息和路由策略算法进行数据的分析和融合,为系统生成网络路由表提供相关信息。

网络路由表。通过对底层上报的各种网络信息进行融合和计算,系统可以确定一个明确的信息路由策略,从而进行各种信息的发送。

3)网络能力层。网络能力层屏蔽各通信物理网络数据传输的差异性,提供统一的网络数据传输能力,实现数据的Qo S控制和状态采集与融合。网络能力层的功能实现如图6所示。

2.3.3 状态与故障处理

系统启动后,状态监控与故障报警模块开始运行,该模块包含设备状态检测与故障报警和设备远程控制2部分。

设备状态检测与故障报警功能,将定期检测设备的运行状况,根据检测的数据判断设备是否运行正常。设备远程控制功能实时等待中心站发出的控制指令,当收到控制指令后,先对控制指令进行解析,得到控制对象和命令,然后对控制对象进行相应的操作,并将操作结果返回到中心站。

3 监测系统主要设备设计

3.1 自组网超短波电台

3.1.1 硬件设计

自组网超短波电台硬件组成如图7所示,主要包括功放、射频、基带调制、音视频编码、网路协议、接口和电源等模块。

3.1.2 软件设计(协议栈)

电台协议栈主要定义了物理层(PHY)、链路层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(APL)功能,具体如下:

1)物理层设计。物理层位于协议架构的最底层,主要功能包括电台的激活与关闭、当前信道上的能量检测(ED)、接收分组的链路质量指示(LQI)、基于CSMA/CA协议的空闲信道评估(CCA)、信道频率的选择、数据传输和接收等。

物理层数据发送过程如下:输入二进制数据流经过卷积编码后进行CPM正交调制,合成一路含低频载波的带通信号后,送往数模转换器DAC进行数模转换,得到的模拟信号送至电台的音频接口。

数据接收过程如下:电台输出的音频信号经过数模转换器ADC采样后转换为离散的样点值,然后通过CPM解调、Viterbi译码后,还原成发送的二进制数据流,从而完成接收音频信号到数据的转换过程。

2)链路层设计。M A C层提供M A C层数据和管理2种服务。管理服务通过MAC层管理实体(MLME)服务接入点(SAP)访问高层。MAC层数据服务使MAC层协议数据单元(MPDU)的收发可以通过物理层数据服务。链路层数据处理流程如图8所示。

自组网中,将链路接入协议CSMA/CA的运行分成5种状态:空闲(idle)、竞争(contend)、CTS分组等待(WFCTS)、数据等待(WFData)、静默状态(quiet)。

3)网络层设计。网络层是MAC层和应用层的中间层,主要向应用层提供服务接口。网络层的主要作用是对路由机制的发现和维护,涵盖了2个方面:数据转发将收到的数据包根据目的地址进行最优路径的转发;路径选择从源节点到目的节点的最优化路径。

采用无中心节点的自组织方式组网,根据网络拓扑的变化自动寻找通信路由,通过多跳路由实现超视距传输,网络拓扑方式如图9所示。

网络层采用自研的超短波V H F路由协议(VHFRP),VHFRP是一种主动与被动相结合的混合类路由协议,主要定义了路由请求包(RREQ)、路由回复包(RREP)和路由错误包(RERR)等3种控制包,用来实现网络层的路由发现、维护和修复等功能。VHFRP路由协议基本过程如图10所示。

4)应用层设计。应用层协议代码中加载了单独的用户应用代码。这些将写入设备的用户代码指定了设备的各自功能,也即定义了设备是全功能设备(FFD)还是精简功能设备(RFD),是否具有安全功能,以及对系统事件的响应和行为等。应用支持子层(APS)为应用层的最低层结构。在该层处理邻居设备的发现和绑定操作。同时应用支持子层还负责那些不能直接进行消息传递设备间的消息转发。应用层主要提供端点接口。应用程序将使用该层打开或关闭1个或多个端点,并且获取或发送数据。

3.2 遥测终端机

遥测终端机[9,10]集数据采集、传输、存储功能于一体,采用低功耗设计,特别适用于采用太阳能供电的监控现场,可大大减少太阳能供电成本,降低施工难度,广泛应用于气象、水文领域。

3.2.1 接入能力

可接入雨量、墒情、水位、温度、湿度、辐射、蒸发等综合旱情信息传感器;最大支持8个土壤水分传感器通道,可接入RS-232/RS-485接口传感器;计算机通信接口为RS-232标准串口,支持现场、远程、下载更新、设备故障查询;GPRS/GSM天线接口。

3.2.2 基本功能

可实现以下基本功能:数据自报、召测应答、现场显示、人工置数、预警加报、参数设置、断电保护、数据存储、设备状态检测等功能。

3.2.3 硬件设计

硬件采用模块化设计,整体结构由电源管理、电源转换,各类传感器信号接口、信号调理、通信接口(RS-232与自组网超短波电台电路和GPRS模块连接)、CAN总线接口、键盘/显示、存储及实时

时钟等电路组成。系统功能框图如图11所示。

3.2.4 软件设计

遥测终端机的设计目标是实现在无人值守的情况下,对水位、雨量等水文信息及时有效地采集,并做相应处理,最后上传到中心站。

RT U软件实现采集、显示和通讯3部分任务。采集任务主要完成各类水文传感器数据的采集、上报、RTU电压监控、存储水文要素数据和上报状态数据的功能;显示任务可在按键的触发下,显示当前水文要素数据、历史数据和RTU的状态信息;通讯任务主要实现接收监控中心下发的命令进行相应的处理,处理其他通讯端口的消息。图12为RTU软件流程主框图。

考虑可维护性,RTU软件引入了看门狗处理机制,当出现异常情况造成RTU挂起时,可自动重启RTU,如果监测到传感器出现问题,会实时上报错误信息。

考虑低功耗,RTU软件引入休眠唤醒机制,无操作时,在一段时间内会进入休眠态,通过RTC(实时时钟)中断方式唤醒RTU正常工作。RTU软件流程主要包括初始化、采集、通讯和显示等,其流程如图12所示。

3.3 大屏幕信息发布设备

3.3.1 基本功能

实现的基本功能有:水文采集数据发布、预警信息发布、其他信息发布、亮度调节、定时开关机、远程控制。

3.3.2 硬件设计

大屏幕信息发布设备采用模块化设计,主要由LED电子显示屏、控制卡、通信模块和电源等组成。

3.3.3 通信方式

该设备支持RS-232、RS-485、GPRS、超短波无线通讯等多种通信手段。设备距离遥测终端机较近时,在20 m内可采用RS-232进行数据通信,在1 km内可以采用RS-485进行数据通信;如果不方便布线可以采用超短波无线通信方式进行数据通信;设备距离遥测终端机较远时,可以采用GPRS进行数据通信,数据通过中心站软件中转,可以实现GPRS基站信号覆盖范围内任意位置安装。

3.4 远程网络管理与控制软件

通信网络管理与控制软件包括通信管理、数据交互、数据管理、自动站监控和系统管理等5大功能模块。

3.4.1 通信管理功能

通信管理功能负责网络的接入与管理。与远方的自动站建立连接,实时更新自动站的连接状态;对自动站上报的数据进行拆包、解码、解压和解析;对软件发出的控制指令进行压缩、加密、封包和下发。

通信管理功能支持有线、公共移动、自组和卫星通信网络等多种网络接入方式。

3.4.2 数据交互功能

数据交互功能运行在通信管理功能之上,负责实时观察数据收集、历史观察数据补收、水文站设备状态接收和远程控制指令发送。

3.4.3 数据管理功能

数据管理功能将收集到的观察数据进行横向与纵向比较,对于异常数据进行标示。并把收集到的观察数据生成标准的报文放到指定位置。数据管理功能还将观察数据保存到数据库中。对数据库中的历史数据可以进行查询、统计和生成报表。

3.4.4 自动站监控功能

自动站监控功能将收集到的水文站设备状态信息以图形和表格2种方式表示出来,用户可以观看到每个设备的运行状态和故障信息,可以选择1个站点查看该站点的详细信息,以及修改其运行参数。也可以同时选择多个站点进行分组监控和修改运行参数。

3.4.5 系统管理功能

系统管理功能是对软件本身进行管理,包括用户权限管理、系统参数设置和系统帮助。

通过GIS系统还能将各个信息点在地图上标定出来,可以通过缩放地图获取信息点最直观的布局概况和简要数据说明。

4 监测系统运行分析

为检验自组网技术在水文监测中的应用效能,在荆门市水文局搭建了基于自组网技术的试验网。根据设站规划,选取了黄家集、东桥、石门、尤家集、柳门口、长滩、罗家集、东引河等8个站点作为此次试验网的建设站点。随机确定尤家集作为试验网的中心站点,其他各站点的采集数据通过单跳或多跳的方式汇集到中心站点。网络拓扑如图13所示。

自组试验网作为水利中小河流监测专用试验网,与现有的水利GPRS公网并行工作,目的是通过数据准确性、延迟、丢包率等指标的对比,验证超短波自组网技术和产品在中小河流、水库、湖泊遥感遥测数据无线传输中应用的可行性。图14和15是中小河流水文水情监测自组网2012年6-8月网络运行情况的实验记录与分析。

从图14中试验网丢包数据统计来看,各网络站点设备在68月中数据收发正常,数据传输正确率达98.4%。

同时,图15给出了在3个月中6个站点的节点掉线次数统计情况,实验数据表明,基于自组网技术的自动水文站的网络稳定性满足水文参数信息传输需求,且可通过数据确认和重传机制提高网络的“鲁棒性”。

试验数据表明,整个网络运行状态稳定,实现了雨量、温度等水文状态参数的自动传输,系统运行效果表明,此系统完全胜任常规与各种突发天气下的水文监测任务,达到了预期的各项技术指标和使用要求。该成果的运用将推动水利水文监测网技术的发展,为自组网技术在水利水文监测网的规模应用奠定了基础。

5 结语

为提升水文信息采集、传输的效能,提高处理重大自然灾害或突发水情的能力,本文设计了基于自组网技术的水文监测系统,并搭建了试验网络。从网络运行效果分析,基于自组网超短波电台的水文监测网完全可以满足水文参数信息传输的要求,同时,该技术进一步提高了水利传输网络的智能化水平,拓展了水文传输网络的业务范围,具备“一网多能、一网复用”能力,推动了水利水文监测网络技术的发展。

参考文献

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水文水资源监测现状及对策论文 第5篇

3.1提高技术支撑能力

首先要对水文监测系统进行监测体系的建设，建立从省、市区(鄱阳湖)、基层战队的立体水文监测系统，并针对水文监测评价体系进行不断完善，加强对地方水文监测机构的管理，要根据地方地域水文资源的实际情况来进行水文监测系统的管理，将具体的监测责任进行明确。这样才能充分保证《江西省实行最严格水资源管理制度考核办法》在各个地区的落实。与此同时，还要在全省范围内建立完善的水文水资源监测数据库，这样才能为政府部门的水文水资源工作提供真实、准确的数据支持。

3.2提高水资源监测信息化水平

面对江西省水文水资源监测信息化水平落后的现状，依据江西省现有的水文水资源的在线监测能力以及实际的信息传输能力，在全省范围内建立其容纳省、市、县3级的立体监测管理信息技术平台，并以此来推动全省的水文水资源监测管理体系的建设。并根据实际的用水总量控制管理、用水效率控制管理、水资源管理监督考核、水功能区限制纳污管理、支撑保障类业务管理等5项具体的水文监测管理要求，构建江西省的整体监测系统，要在信息化的管理平台上同时实现监测信息的发展、水文水资源的实时监测、水资源的应急处理、指挥决策等几个主要的功能。

3.3丰富水资源监测内容

依照江西省最严格水资源管理制度的要求，并结合江西省实际的水文情况，以鄱阳湖生态经济区为重点，将行政区域内的水文水资源监测站进行扩充，并配备完善的监测设备，不断扩充实际的水文监测内容。

4结语

水文水资源一直处于动态的变化过程中，要想实时了解水文水资源的状况，就要加强对水文水资源监测系统的建立，这样才能对具体的问题采取有效的措施，才能为以后的监测工作起到指导帮助作用，从而更好地提升监测质量，发挥水文水资源的价值。

参考文献：

[1]邓坤，王敬斌，夏丽丽.江西省水资源管理能力建设对策浅析[J].江西水利科技，，43(1)：42-45.

水文监测系统 第6篇

我国目前没有建立统一的、独立的第三方监测机制进行自来水检测，而实行第三方监测，对卫生部门、自来水厂两方都是公平的。水文部门在20世纪90年代便建立起了国家、省、市三级水环境监测机构，取得国家级计量认证资质，省、市水文局与省、市水环境监测中心是两块牌子一套人员，2001年起开始了重点城市供水水源地的水质监测。作为第三方水质监测机构，水文水质检测更具有公信力。

水文水质监测机构具备第三方公正条件

一是水文各级水质监测机构都有公正性声明。比如江西省水环境监测中心在《质量手册》中写明：“中心的一切检测活动不受上级行政管理部门或人员，以及商务、经济利益等其他任何关系的外界压力和影响，保证独立进行检测，做到结果公正、准确。”

二是水文水质监测机构的上级主管部门有公正性文件。江西省水环境监测机构的上级主管部门，江西省水利厅在《关于确保江西省水环境监测中心检测工作公正性的通知》中指出：江西省水环境监测中心隶属江西省水利厅，且具有独立法人资格。其检测工作具有独立性，可面向社会开展水环境质量检测业务，各有关单位应不干预监测中心的正常检测业务活动及正常出具公正数据，以确保质检机构的相对独立性、权威性和社会公正地位。

三是水文水质监测机构主要从事水资源质量监测，负责辖区内江河湖库、水利工程建设、取水许可水质监测，检测经费政府确保，与废水、污水排放单位没有任何瓜葛，加上水文是条管单位，在水质监测方面与当地政府没有直接的联系，所出具的检测数据不受任何行政、外界的干扰，具有公正、独立性。

四是水文水质监测机构质量体系接受国家级技术监督，出具的检测数据有质量上的保证。省、市水环境监测中心每年参加国家级盲样考核和“飞检”，每隔3年接受一次国家级计量认证复查换证考试、考核并取得国家级计量认证资质。

水文水质监测机构具有第三方公正的检测能力

2001年以来，水文部门对20万以上人口的重要城市饮用水水源地每旬监测一次，监测项目逐年增加，监测结果及时由水行政主管部门对外发布。

水文部门建立起了国家、省、市三级水环境监测机构，承担水功能区、入河排污口、行政区界水体、饮用水水源地、地下水等政府下达的指令性水质监测任务，每月监测一次，当发现有污染危及水体安全时，实行水质动态监测，跟踪掌握江河湖库的水质变化情况，积累了30多年的监测资料。另外，水文部门沿江、沿河都设有水文站和水质监测断面，一旦发现有突发性水污染事件，能全江段及时通报信息。

水文部门具有水量、水质同步监测的优势。水量、水质监测监管的总体目标是建立起先进的信息采集、信息传输和实时监控的水质水量监测体系，而水量、水质同步监测正是水文部门的优势所在。水文部门通过水量、水质同步监测可以有效监测污染物状况、水源地水质和河道上游来水情况，实现水量、水质监测的网络化和信息化，为入河污染物总量控制、保障供水安全、改善生态环境提供准确可靠的监测手段、成果和监督管理依据。

水文水质监测机构掌握了各江段、河段的排污口分布。水文水质监测机构按照水利部的统一要求，自1996年以来，每隔3至5年开展一次入河排污口调查，对每个排污口都建档立案，包括各个排污口的污染物种类、排放规律、排放量，对影响较大的污染源，根据河道情况、周边环境和经济发展，评估工矿企业灾害和事故引发的水污染事件的风险和预案。

水文部门成功应对过多起水污染事件，在饮用水安全保障中发挥了积极作用。2008年9月25日湖北阳新驰顺化工有限公司的排污管道因焊接处出现裂缝造成约5吨废水泄漏长江事件，事故地点离九江市长江取水口约40公里，九江市水文局与上游黄石市、下游安庆市水文局迅速取得联系，在第一时间将水质监测及事故现场信息报告九江市政府及环境、水利部门，并在电视中滚动播报，使市民放心饮用自来水。

加强水文水质监测能力建设，为第三方公正提供强有力的保障

目前水文水质监测机构只监测20万以上人口的重点城市饮用水水源地，每旬监测一次。全国约有4.5万个乡镇，2012年3月公布的《全国农村饮水安全工程“十二五”规划》要求在2015年之前解决2.98亿农村人口的饮水安全问题，将在全国建设22.5万处集中式供水设施。目前，已建成和即将建成投产的农村自来水厂，都需要对供水水质进行监测。但农村自来水厂的水质监测室一般都比较简单，监测项目不多，大部分的乡镇自来水厂没有水质监测室。省、市水环境监测中心目前不具备开展农村饮用水监测的能力。所以，有必要设置县级水环境监测机构。

另外还要增加流动监测设施设备，配备流动监测车和现场水质监测仪。水污染事故的发生带有偶然性和突发性，应急监测以快速准确地判断污染物种类、污染浓度、污染范围及其可能的危害为核心内容。在应急监测中调查、布点、采样、追踪监测污染物等必须要有相应数量的交通工具和采样装备、样品保存设备以及野外多参数水质测定仪，晚间监测还要有照明设施，为了对污染进行全程监测和反映现状，还要有摄影通信器材等。而这些，就目前水文部门来看显然满足不了要求，因此应加大对水文水质监测机构装备的配备。

北斗在水文监测系统中的应用 第7篇

在水利系统,由于洪涝、干旱和风暴潮等自然灾害频繁发生,需要针对地域、地形和气候等复杂条件,建设覆盖主要江河湖泊的水文测报系统[1]。快速可靠的采集和传输水情、雨情等各类灾情信息,保障防灾抗灾救灾指挥信息传达,最大限度地减少灾害损失[2]。

北斗卫星导航系统具有定位、报文数据通信和授时功能。利用北斗卫星导航系统的报文数据通信功能进行水文监测具有不受地域限制,抗自然灾害能力强的特点。

1 北斗应用于水文监测分析

数据传输媒介是水文监测系统的关键。水文监测对象分布广,受自然环境影响大。移动通信网络的GPRS或CDMA2000 1x的数据传输业务均可用于水文监测数据的传输,但该服务依赖于通信基站建设,主要集中于人口密集区。若采用专线方式,建设有线传输或者微波传输,面临着建设维护费用高。在发生洪涝、地震等自然灾害时,上述传输手段均有可能失效。北斗卫星导航系统利用卫星进行数据传输,只要具有终端设备就可以工作,不受地点、外界条件限制。

此外,北斗具有突出的特点:北斗的数据通信功能服务频度高,可传输BCD码或汉字[3];具有指挥监控功能。在水文监测领域,基于北斗卫星建立的无线链路,可同时监收多个子站的通信,可群发、组发、单发指令信息,并能够建立分级指挥关系。

2 水文监测系统设计

监测系统通常由现场监测单元、数据通信链路、监控中心3部分组成。基于北斗的水文监测系统,数据通信链路采用北斗短信报文。本文以县级水文监测系统为具体对象对现场监测单元、监控中心进行分析。系统覆盖重点中型水库1座,小型水库9座,山区内分布有8个乡镇,共21个村,总控制流域面积300多平方千米,影响下游十万余人的生命安全。

2.1 现场监测单元

2.1.1 信息获取分析

结合水利系统现场,现场监测单元与采集测报站相对应,要获取的信息监测量具有以下特点:① 监测量类型多样。降雨量传感器输出的信号为脉冲信号,水库水位传感器输出的为模拟量信号,有的信息量获取需要通过串口连接到控制单元中获得;② 在不同地点需要采集不同的信息量。如水库地点重点监测水库水位、进出库流量、闸门开启度和下泄流量等;在设置降雨量传感器的地点,需要对降雨量进行监测。这就为现场监测单元的硬件设计提出了较高的要求。

2.1.2 采集系统设计

现场监测单元主要完成数据采集、传送功能。设计实现时,采用高性能的Cygnal单片机C8051F021作为处理器完成以上功能。它采用流水线架构,SOC技术实现,内部含有RAM、FLASH,12位宽的AD转换器支持8路模拟信号输入,32路IO端口,64 K程序存储器,2路串口,且内部集成了看门狗电路,增强了抗干扰能力和系统稳定性,可关闭外设降低功耗,并含有内部时钟发生器。

该单片机的上述特点使得硬件设计实现简单,除外部模拟信号输入为电流信号时增加电流转换电压电路外,外部模拟量信号、开关信号、串口数据可直接连接到单片机,满足多种信号采集量的要求,不需要进行外部电路扩展;此外,该单片机支持在线可编程技术,在使用同一硬件电路板的情况下,仅需改变程序就能满足不同数据采集场合需求。

通过串口,与北斗终端相接,进行数据传输和交换。整体硬件支持AC220V供电,通过AC/DC模块将交流电转换为直流电,内部再通过线性电压转化器件输出不同的直流电压给传感器和单片机供电。硬件设计中留有备用电池,可在外部断电情况下仍能正常工作。现场监测单元的总体硬件框图如图1所示。

2.2 监控中心及工作模式分析

监控中心由指挥机和计算机组成。为保障断电情况下仍能工作,指挥机配备有蓄电池,计算机可选用笔记本电脑并配备备用电源。组成框图如图2所示。

通过串口计算机与指挥机相连进行数据交换。指挥机可下辖多个子用户终端,可接收终端发来的数据信息。基于VC6环境,计算机软件通过串口控制程序接收并处理获得的数据信息,对接收的信息进行分类整理、显示,并存储在ACCESS数据库中;并可通过控制界面向现场监测单元下发控制命令及信息。通过此种模式,监控中心实现对现场信息的掌控。

对水文信息的监控有水库管理所分中心、县级信息分中心和市级信息中心。

通常模式下,水库管理所分中心负责收集、校核测报站自动传输来的各种水文数据,存储并传输给县级信息分中心;县级信息分中心负责收集、审定水库管理所分中心传输来的各种水文信息,同时将测报站自动传输来的水文数据进行备份存储,将审定后的水文信息传输给市级信息中心;市级信息中心负责收集县级信息分中心传输来的各种水文信息,完成决策分析和指挥调度。

北斗系统的报文通信、终端和指挥机的组网功能可满足上述需求。北斗用户终端将采集测报站信息发送至上述3个中心,同时也可接收监控中心下达的指令。该模式使得信息传递更加迅速、快捷,更有利于水文监测。

2.3 传输协议设计

根据系统组成,为确保数据、命令准确可靠传输,必须设计好传输协议。传输协议分2种:测报站至监控中心、监控中心至测报站。数据传输时采用消息发起、确认机制,测报站和监控中心的状态迁移过程如图3所示。

测报站至监控中心的数据协议格式为:命令类型、长度、内容、CRC校验,其中命令类型:01:数据发送开始,长度项为0;02:发送数据;03:数据续传;CRC校验从命令类型数据内容开始计算。

监控中心至测报站的数据协议格式为:命令类型、长度、内容、CRC校验,其中命令类型:01:允许发送开始,长度项为0;02:数据正确接收完毕;03:数据接收完毕但有误;04:下发命令;CRC校验从命令类型数据内容开始计算。

根据实际项目需要,把要传输的降雨量、河道水位、流量、水库水位等数据量按照一定格式填满发送即可。发送数据长度太长时,可以采用发送数据续传的方式进行传输。

3 传输数据压缩

监控中心需要了解测报站现场的降雨量、水位等情况时,可以下发命令,将降雨量、水位等情况的数据情况增大采样密度并传送。因为该变量是连续性的变量[4],数据具有很大的冗余,为节约传输费用,测报站在保证数据完整传输的前提下采用数据压缩方法来减小数据传输量。

LZ78压缩方法不需要传输字典,是无损压缩,是合理的选择[5]。使用该压缩算法,没有使用正文窗口,压缩和解压均从一个空的字典开始。压缩时每次输出为前一个匹配的索引和结束该匹配的字符,且由字典匹配和新字符构成的新短语加入到字典中,使语句下一次出现时,可建立更长的短语。解压使用与压缩过程完全相同的方法来维护词典。

以水位观测量为例进行分析。设水位观测量范围最高在百米级,数值单位为cm,最大值为99 999 cm。将水位高度统一为5位数值,如果数值小于100 m,则前面补零,数据经过LZ78方法压缩后,通过北斗报文链路传送到监控中心,监控中心解压后即可获得原始数据,再按照5位数据一组进行拆分,转换成十进制数据即可。

设初始水位为10 021 cm,假设按照一定时间间隔得到的水位数据按照1 cm递增,对10 021~10 031共12个数据进行压缩。将数据“100211002210023”看成一个完整的字符流,每个字符用8421BCD格式表示,这样可以用4 bit位宽表达0~9这10个数值。字典采用4 bit位宽作为短语索引,可容纳16个数值,在字典填满后,停止加入新的数值,并重新开始传输数值。实现时,把现有数据与字典进行比较,若与某个节点相对应,则找到该节点。具体压缩第1~6过程如表1所示。

对10 021~10 031共12个数据进行压缩最终得到192 bit,若仅使用BCD格式进行数据传输则需240 bit,传输数据长度缩短了20%。

4 结束语

利用北斗短信报文功能传输数据,并利用指挥机、北斗终端构成指挥网路,便于现场信息监控掌握、任务调度。针对数据传输量大的问题,采用BCD格式和数据压缩方法,降低了数据传输量,节约了运行费用。通过分析,利用北斗系统特点,可将北斗卫星导航系统作为水文监测的重要备份手段,该系统实现简单,建设费用少,不需要对系统进行维护,且抗自然灾害能力强,在环境偏远地区,普通方式无法涉及的地区,是很好的数据传输方式。

参考文献

[1]水利部规划计划司.2007年全国水利发展统计公报[J]水利发展研究,2008(9):34-40.

[2]张学成,马湛.水文信息采集系统在我国国家防汛决策系统中的作用[J].水利水文化,1998(2):1-4

[3]成方林,冯林强,张翼飞.“北斗”导航系统在海洋水文、气象监测系统中的应用[J].海洋技术,2004(9):70-73.

[4]黄超,周绮丽.智能遥测终端中数据压缩的方法[J].测控技术,1998(1):45-46.

水文监测系统 第8篇

清河水库位于黑龙江省农垦总局红兴隆分局八五三农场, 该水库地处挠力河的支流宝清河、小清河的中游, 始建于1969年, 2006-2009年进行除险加固。水库流域总控制面积258平方公里, 其上游有小型水库3座, 分别是林源一水库控制面积19.7平方公里, 前进一水库控制面积22.7平方公里, 小清河水库控制面积39平方公里。清河水库总库容量2588万立方米。水库枢纽工程由土坝、溢洪道和输水洞三部分组成。清河水库是一座以防洪、灌溉为主, 兼顾养鱼、旅游等综合利用的中型平原水库。因此, 及时掌握水库的水位、库容、闸位及灌渠水位、流量、闸位等信息是非常重要的。对满足水库防洪调度的需要, 提高运行管理水平和经济效益。建成清河水库大坝自动监测、水文自动测报系统, 提高了水库水文信息采集、传输、处理和调度决策的准确性和时效性, 确保工程安全运行和汛期防洪。

2 大坝自动监测、水文测报系统设置原则

清河水库大坝自动监测、水文测报系统是集工程建筑物、监测仪器、测量控制装置、计算机、自动化和通信技术于一体的系统工程。自动监测系统由监测中心站 (含信息管理) 、现场数据采集网络、传输介质三部分组成。

根据目前国际与国内监测自动化发展状况, 本工程自动监测系统的实施遵循以下基本原则:a.建立一套完善的安全监测体系, 满足水库今后长期安全运行的需要;b.建立一套高度自动化的测报系统, 及时准确地反映大坝运行情况;c.测点布置少而精, 满足观测需要;d.选择可靠的、能实现自动监测的仪器设备。

3 大坝自动监测、水文测报系统构成及配置

黑龙江省农垦总局红兴隆分局八五三农场清河水库大坝自动监测、水文自动测报系统以农场水务局水利工程运管站为调度中心, 建有清河水库0+000和1+600测点、林源一库、前进一库和小青河水库等5个遥测监控点。中心站包括中心站计算机、连接通信控制机及数据接收、处理软件构成的系统。大坝自动监测、水文测报系统的所有遥测数据由遥感设备及连接通信控制机实时收集后, 连接通信控制机软件对数据进行解码、纠错、合理性检测, 以开放式数据库的形式存储, 供查询、统计、显示和打印, 通过汇总、分析进行洪水预报和调度决策。系统采用分层分布式结构, 其现地层包括3个数据测控单元 (MCU) , 测点单元, 所有监测数据经A/D转换后由通信电缆, 上传至监控主机 (上位系统) 集中分析管理。

3.1 监测仪器 (传感器)

布设于坝体、坝基、水位、雨量、闸位等处的传感器, 将渗流压力、液位及库区降雨量等数据转化为可被MCU所采集的电信号。

3.2 测控装置 (MCU数据测控单元)

MCU是整个数据自动采集系统的关键设备。该装置采用完全模块化结构, 多CPU并行运行;整个单元由数据采集智能模块、通信模块、电源模块和防雷模块等组成, 采集智能模块均独立运行, 互不干扰。

根据仪器类型, 渗压计、水位计、闸位计及流量计传感器等输出信号均由四芯屏蔽水工电缆引出, 接入MCU数据测控单元中。根据现场实际情况及管理运行要求, 在大坝0+000m;1+600m断面处各设1个MCU。各测控单元 (MCU) 通过超短波电台与监控主机通讯, 从而形成清河水库大坝安全的自动监测网络。

3.3 中央控制装置 (监控主机)

中央控制装置 (监控主机) 选用性能较好的商用电脑, 配有100/1000M以太网卡、多串口通讯卡、光电转换器及MODEM等组成。

3.4 大坝安全监测信息管理系统 (软件)

大坝安全监测信息管理系统是整个大坝安全自动监测系统的灵魂和中枢, 它担负着自动化数据采集、远程服务、系统管理、文档管理、数据管理、图形制作、测值预报、报表制作、离线分析等大坝安全日常管理工作。

3.5 通信和电源线路

1+300-1+600和1+900-1+600的输水洞的数据传输用通信电缆, 由沿大坝路边埋设 (穿管) 至1+600测控装置 (MCU) 。0+500-0+000输水洞的数据传输也用通信电缆, 由沿大坝路边埋设 (穿管) 至输水洞的测控装置 (MCU) 。桩号为1+600测压管的测控装置 (MCU) 电源采用太阳能配蓄电池供电, 桩号为清河水库0+000输水洞房间内的测控装置 (MCU) 电源采用220V交流电供电。

清河水库的自计井 (0-100) 数据传输到输水洞 (0+000) 内的测控装置 (MCU) 电源取自清河水库输水洞, 配电电缆由清河水库管理中心沿大坝边埋设 (穿管) 至现场测控装置 (MCU) 。

在上游的小清河水库、前进一库和林源一库的雨量计、水位计均设在输水洞周围, 数据传输到输水洞内的测控装置 (MCU) 电源取自各水库输水洞内电源。系统通信采用超短波通讯方式, 在八五三农场水务局中心管理站内设置一套接收设备, 可同时接收清河水库和其他水库的水文测报监测数据。

大坝自动监测、水文测报结构框如图1。

4 监测点布置

4.1 坝体 (坝基) 渗透压力

为了监测坝体渗透压力, 主坝段选取5个剖面, 桩号分别为0+000、0+500、1+300、1+600、1+900, 具体位置为大坝上游坝肩, 下游排水体前缘及下游坝坡位置各1根, 在盖重处增设1根。共设置22根测压管, 为了便于实现自动监测, 每一测压管内放一振弦压力传感器。

4.2 水位监测

在清河水库对应主坝0-100的上游建一座自计井, 井内设置一只浮子式传感器用于测量水库水位, 通讯、电源引入输水洞监测室接入自动化观测系统。

在上游水库输水洞设一支振弦式压力水位计用于测量水库水位, 通讯、电源引入个水库输水洞监测室接入自动化观测系统。

4.3 雨量监测

在主坝0+000输水洞房屋上安装翻斗式雨量计用于测量库区的降雨量。接入输水洞监测室接入自动化观测系统。

在上游林源一水库、前进一水库、小清河水库三个代表区域, 设翻斗式雨量计, 用于测量区域的降雨量, 并接入自动化观测系统。

4.4 流量监测

清河水库输水洞出口灌渠上已建有巴歇尔槽, 设置1台浮子式水位计, 引入输水洞监测室接入自动化观测系统, 通过水位与标准断面流量关系测流量。

5 结论

综上所述, 在清河水库大坝自动监测、水文自动测报系统, 具有以下优点:

5.1系统的运用, 规范了水利管理工作, 使各种水库调度资料从原始数据录入到最终形成档案资料, 对水库监测数据收集查询实现了自动化, 工作效率和质量大大提高, 减少了调水损失, 争取了调度时间, 降低水库的防洪风险度。

5.2减轻了工人的劳动强度, 运行测报系统后, 原本由各基层分别上报的实时数据, 集中到了监测系统中心控制室, 增强了实时性, 使操作人员和水管站随时了解水库水文的实时数据。

5.3数据的可靠性和实时性大大增强了, 并方便管理, 测报系统对水库进行全方位的监控, 实时数据每两分钟上传一次, 使决策机构能快捷地了解水库的实时信息, 对水资源的合理利用和分配提供可靠的依据。

5.4 维护方便, 根据数据的显示情况便可判断出故障的原因, 便于检修人员掌握准确情况, 缩短了检修时间。

5.5清河清河水库大坝自动监测、水文自动测报系统的建立为水库的安全度汛和优化调度提供了可靠的保障, 提高了水库的防洪效益和经济效益。同时, 也为周围地区推广建立水情自动测报系统探索了一条新的途径, 积累了一些成功的经验。

摘要：清河水库大坝自动监测、水文测报自动化系统是清河水库除险加固工程建设项目之一, 介绍了清河水库大坝自动监测、水文自动测报系统的布置、采集软件特点, 该系统的功能和特点。

关键词：水库,观测,监测,自动化,系统

参考文献

[1]黑龙江省八五三农场清河水库大坝安全自动监测系统和水文自动测报系统方案.黑龙江省农垦勘测设计研究院, 2005.

[2]张建云等.水文自动测报系统应用技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.

水文监测系统 第9篇

在二十世纪五十年代初, M.J.沃斯列夫首先在水文地质试验中使用了冲击试验技术, 同时也研发出了相应的数学模型。冲击试验的主要原理是:在待测定地区的水位达到一个相对平稳的状态后, 快速的向外抽出一定量的水, 或是向内注入一定量的水。随后仔细观察并记录该区域的水位恢复情况, 根据记录的数据, 分析总结出这一地区的水文地质参数。伴随着该技术的提出, 在此后的几十年里, 国内外针对冲击试验做了大量的研究性工作。发表了大量的有关冲击试验的文章和专著。但是, 在我国对于冲击试验的研究则相对较少。借鉴国外五十多年的研究结果和技术, 冲击试验技术已经发展成为了一种可以在水文地质参数测定中被成熟应用的手段, 而且大力促进冲击试验在我国水文地质参数测定领域, 以及其他领域的应用也十分必要。

1 水文地质参数自动监测处理系统的研制与应用

1.1 水文地质参数自动监测处理系统的组成

该系统的作用可以概括为两个方面的内容:首先, 使用科学的手段和方法, 对传统水文试验数据进行处理、分析;其次, 使用新的水文试验方法--冲击试验技术。在传统的水文试验过程中, 由于受到技术等多方面因素的限制, 对非平稳性的水流试验数据的处理一直存在着很多的问题, 使得分析得到的结果不稳定, 精准度也不高。但是, 在自动监测处理系统中, 可以根据试验的需要来设计和建立科学的计算方式, 而且在该系统中, 可以利用内插法和比对法等计算手段来科学分析和处理非平稳性的水流试验, 获得的试验结果具有极高的可信度。

自动监测处理系统的组成主要包括两个部分:一是数据监测系统;二是后处理系统。其中前者主要是由数据统计程序、钻孔探头和搅动水文设备等设备组成。而后者的组成部分则不包含硬件设备。在进行水文地质的试验过程中, 这两个系统能够单独的开展试验工作。也就是说, 在试验的过程中, 可以通过这两个系统来获取数据, 并进行单独的分析和处理。

1.2 数据监测系统

数据监测系统是获得水文地质参数的一个关键系统, 下面就其两个方面对该系统进行详细的论述。

首先, 水位搅动设备;作为冲击试验中的关键专业设备, 搅动设备的主要作用是让试验区域的水位能够在短时间内发生快速的变化。在此过程中, 经常使用的辅助设备是硬聚氯乙烯管。在使用硬聚氯乙烯管时, 需要将内管道内部填充满流砂, 并封住硬聚氯乙烯管的两端。但是, 这种硬聚氯乙烯管的最大缺点就是携带不方便。在试验的过程中, 选择使用体积较大的硬聚氯乙烯管, 保证管道内的水位发生明显的变化。除了硬聚氯乙烯管, 在试验中, 还可以选择内部装有钢珠的提桶, 这可以省去注入流砂的过程, 而且提桶的下端是中空的, 方便水的进入。提桶的内部是节状, 方便于调整提桶的长度, 同时, 提桶的重量较轻, 方便携带。需要注意的是, 为确保试验过程中提桶能够吻合钻孔, 在将提桶放入到钻孔的同时, 再加入一条电缆。同时, 为了能够保证电缆的安全性, 将提桶的两端进行打磨也是必要的。

其次, 科学合理的收集试验数据;由于在水文试验中, 数据的传输量和测量系数之间是一种非线性的关系, 因此, 在数据的处理过程中, 就必须要使用一种科学合理的处理方法。通常使用的处理方法有两种:一是软件处理 (数据监测常用的方法) , 二是硬件处理。在试验开始前, 通过专业的设备对水面到水泵底端之间进行标注 (每隔一米标注一次) 。同时还要将管道周围的电缆固定好, 以避免在试验过程中传感器的位置发生变化。在水文试验的过程中, 监测系统可以在无人操作的前提下, 实时准确的监测特定区域内的水位变化。针对那些水位变化相对复杂的区域, 在试验过程中, 可以缩短记录时间的间隔。而且, 由于监测系统具有庞大的储存系统, 可以同时保存数十万组试验数据。在实际测试过程中, 我们发现渗透性相对较弱的地层需要的存储空间更大一些。

1.3 后处理系统

后处理系统使用的是专业软件编写的程序, 在这些程序中, 包含了试验数据分析和生产报表等内容。一般是将这些软件安装在计算机等相应的先进设备上, 并通过对现场试验数据的筛选和分析, 来确定所需要的数据进行计算, 同时使用专业的计算方法来计算特定区域内的水文地质参数。最终将这些数据以及分析结果以生产试验报表的形式体现出来。

后处理系统分为三个模块:定性水流分析模块、非定性水流分模块和冲击试验模块。同时, 可以将系统中的应用界面划分为以下几个主要部分:数据信息区域 (该区域的功能是通过对特定数据的处理和分析, 例如可以通过搜索和选取等手段来实现对特定区域试验数据的特殊处理和分析) ;计算方法选择区域 (通过该区域可以实现一些特殊数据的录入, 以及实现稳定性和非稳定性水流冲击试验的计算) 等。通常是在冲击试验过程中, 具体是在提桶离开水面之前, 开始对测定区域的水文变化进行实时的跟踪记录, 直到试验结束。在试验完成后, 在收集整理试验数据的过程中, 可以有选择性的使用一些计算需要的数据, 而其余的数据则可以被删除。

2 结束语

水文地质参数自动监测处理系统, 可以提高现场水文试验的工作效率, 并且可以显著降低现场技术人员的工作负担, 有效的缩短水文试验的周期, 降低生产成本, 尤其是可以极大的提高试验效率。这就要求我们切实要做好水文地质参数自动监测处理系统的研究应用工作。

参考文献

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水文监测系统 第10篇

关键词：水文监测,洪水预报,综合平台,系统研发

0 引言

由于水文业务的实时性, 吉林省水文系统的信息化程度急需提高, 为了全面加强吉林省水文监测及洪水预报服务能力的建设, 切实将水文水资源综合信息集中在统一的信息平台上, 吉林省水文水资源局提出建设“吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台建设工程”, 以提升吉林省水文监测及预报服务水平, 满足现代水文业务的需求, 为水利事业建设、社会经济发展提供高效可靠的水文信息支撑。

吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台 (以下简称平台) 的研发, 是为了整合全面的水文信息, 集成现有和将有的全部水文业务软件, 为水文业务人员提供全部所需的业务信息源和相关操作处理模块, 推进吉林水文的信息化建设。在此平台上, 决策者们可以更直观地获得决策所需的常规水文信息, 也可以通过平台视察水文及水资源等情势的实时变化情况, 掌握最新动态和变化趋势, 为防汛抗旱决策提供及时、准确的信息支撑。各级业务人员通过统一的信息化平台进行水文业务操作, 替代或部分替代传统的纸质办公方式, 使水文业务中各种决策及报告的上传下发的速度得到提升, 提高水文系统的办公效率和决策指令的及时性。充分考虑水文业务中的预警预报工作, 通过信息化平台自动计算相关数据, 及时提醒值班人员, 并能通过短信邮件等形式快速通告, 实现预警预报自动化、常态化, 使水文信息对人民群众的生产生活起到实质性的作用, 全面提升水文行业的服务能力。

1 吉林省水文测报能力现状

吉林省水文系统共有1 807处水文站点, 其中, 107处水文站, 14处水位站, 284处委托雨量站, 4处径流实验站, 1 285眼地下水观测井, 113个水质监测断面。已建成入网的雨量遥测站397处。在建中小河流水文监测系统规划建设雨量站1 649处, 水文站80处, 水位站87处。以上各类站点分布在松花江、图们江、鸭绿江、辽河、绥芬河等5大流域的江河上。

水文工作是国民经济建设和社会发展中的基础, 负责水文水资源、水环境监测和行业管理等工作。只有充分利用现代化信息技术和水文信息资源, 提高水文信息资源的应用水平和共享程度, 才能进一步提升水文行业的技术和管理水平, 适应和满足国民经济建设、社会发展和新时期治水思路对水文行业的新要求。水文信息化, 不仅是物质基础、技术手段的信息化, 更是思维、思想方式的信息化。

2 吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台建立

2.1 平台结构设计

吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台采用B/S[1,2,3,4,5]和C/S模式设计, 总体采用B/S模式实现访问, 部分功能采用C/S模式, 部分功能采用后台服务模式实时运行, 地图数据以Web GIS方式访问, 用户使用浏览器能够完成所有操作。

整体建设分为采集、传输、数据、应用支撑、应用系统、监视预警6个部分。在这6个部分的基础上以“四台一库”的平台整体支撑结构, “四台”是指提供4个支撑平台为水文综合信息平台提供全方位支撑, 包括数据、地理信息、应用、移动4个支撑平台;“一库”是将广义的水文数据甚至气象、多媒体数据等都集中在统一的数据标准体系下, 实现数据统一标准、管理。

采集部分提供水文的基础、实时、监测、经济效益等信息;传输部分提供中心到测站、中心各部门间, 以及各级水文局间的网络通信;数据部分包括雨水情、水质、水资源、空间等专业数据库, 通过数据交换系统完成跨库和系统的数据共享, 并提供和国土、气象部门, 以及省流域和中央的数据共享和交换;应用支撑部分提供通用的应用、基本的工作流、GIS等服务;应用系统部分提供监视预警、雨水情、墒情、地下水、水环境等信息及信息发布;监视预警部分提供综合预警, 以及各个专业的监测信息的实时预警。

水情、墒情、水资源、水环境模块提供相关的专业数据的维护查询及报告生成等功能, 针对不同业务, 提供不同的功能模块支持。吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台如图1所示。

2.2 平台监视预警系统

吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台业务系统, 部署于省水文局, 面向全省社会公众及下级水文单位提供服务。根据系统面向的用户及功能, 分为水文综合监视预警、水情信息服务、防汛抗旱决策支持、水文测验管理、旱情监测与分析、水环境监测评价、地下水监测与服务、水文站网管理、遥测站运行维护管理、水文资料整编管理、水情视频监控等11个子系统。

水文监测预警系统可以对吉林省可能发生或者正在发生的汛情、险情、灾情进行实时动态监测, 全面提高防汛抗洪工作的有效性和可靠性, 对减少洪水灾害、缓解防洪压力、保障人民生命财产安全具有重要作用, 因此预警监视系统的重要性不言而喻, 为此着重分析预警监视系统。

平台预警监视系统[6,7,8,9], 在GIS平台上, 展现各种告警信息, 并对主要水文业务实现滚动监视。所有业务系统都在此提供操作接口, 形成一个统一平台。系统根据LDAP (轻量目录访问协议) 中定义的用户权限信息, 开放相应的服务, 同时为将来新的业务系统, 提供方便的扩展接口。

系统根据当前实时降雨、水位、水环境、水资源等信息, 以方便快捷、直观醒目、图文并茂的方式, 实时监视, 具有自动报警显示的功能。

预警系统实现对实时雨水情、流域实时预警情况的监控, 当出现严重汛情时, 通过预先设定的时段雨量、河道水库水位的报警值, 自动根据设定的条件判断是否产生报警。利用推送技术在地图上以闪烁、动态文字、声音等方式提示预警, 用户可以及时获取出险地点的位置和相关信息。

2.2.1 雨情信息系统

实时雨情监视可分别按照累计、时段、日雨量进行监视, 并且在GIS平台展示时根据各个站点降雨量的量级 (可配置) 用不同颜色区别显示。其中按累计雨量实时监视显示各雨量监测站早晨8时以来 (可自定义) 的降雨量;按时段监视可查询显示区域时段内的雨量、平均雨量、最大雨量、各站降雨过程柱状图及数据表, 并显示所查询区域的雨量站总数、雨量强度统计等;显示查询全区域降雨等值线、面图。

2.2.2 水情信息系统

实时显示各水文站当前水位[10]、流量变化趋势, 超警戒、保证情况等, 并提供当前水位示意图;显示选定区域内任意时段的各站水位、水势、流量, 超警戒、保证情况, 以及显示水位、流量过程线等。

实时显示各水库当前水位、水位变化趋势、超汛限情况等, 并提供当前水位示意图;显示选定区域内任意时段的各水库水位、水势、超汛限情况、坝高等, 以图形方式显示水位、流量过程线。

2.2.3 墒情信息系统

根据土壤含水量判断干旱程度, 在GIS地图上, 通过不同颜色区分显示, 通过墒情分布等值面图在地图上宏观监视全省墒情的变化情况, 通过指定查询得到的数据列表监视具体某个测站的墒情变化过程。

2.2.4 水质信息系统

根据GB3838-2002《地表水环境质量标准》, 在地图上对各测站进行标注, 针对超标项目采用不同颜色字体进行提醒。将地表水水质评价以Ⅲ类地表水标准值作为水体是否超标的限值, 实时监视水环境超标的测站。

2.2.5 地下水信息系统

根据DZT0133-94《地下水动态监测规程》, 对吉林省内地下水各项指标进行实时监测预警, 并依托GIS平台在省地理信息范围内实时展示监视成果。

2.2.6 视频信息系统

利用水情视频监控系统的视频数据, 基于电子地图实现某重点站点的视频信息实时监视, 可以清晰地展现河段上下游监控的状态, 方便管理视频信息, 做到指哪里监控哪里, 用哪里调度哪里。更加及时地掌握河流的即时信息, 为防汛抗旱指挥提供视频信息支持。

2.2.7 水情信息服务系统

水情信息服务系统以GIS展示为基础, 利用数据库和网络等技术进行空间与雨水情数据的存储、处理、检索、查询, 在空间与雨水情数据支持下, 实现水情信息监视和自动预警的软件系统涵盖了从值班到预警再到会商的全部水情服务。

水情信息服务系统主要分为水情值班、水情查询、中小河流监控、山洪预警、洪水预报、水情会商、资料整编和国际报汛等子系统。

2.3 水文信息公众服务网

水文信息公众服务网是针对社会公众实时发布水文、水环境、水资源、地下水、水情等信息的公共服务网站。依托现有的水文网站, 整合数据资源, 提供数据共享, 适当增加功能、栏目及图形化界面, 主要为发布水文基本知识, 发布天气预报、卫星云图等气象信息, 提供针对公众的基于二维地图的实时雨水情、水质、突发事件及预警等的信息, 以满足不同用户对信息资源的需求。在现有的省局对外信息公众网基础上改造, 加入实时雨水情、旱情、水环境、地下水等信息发布模块, 每个模块都适用于自动兼手动发布, 发布内容除自身业务内容外还包括该业务的预警预报信息。

通过监视预警系统的建设开发, 可显著改善吉林省水情监测预警水平, 提高水文信息化及现代化程度;重点加强预警预报系统建设, 提高洪旱灾害预测预报能力, 逐步使吉林省的水情工作重点由情报工作向预警预报工作转变;提高信息集中化程度, 整合各部门现有分散孤立的信息资源到统一的综合信息平台上, 从而提高信息共享程度。同时业务服务范围进一步拓展, 针对地下水监测、水环境监测、水资源管理、站网管理等方面积极开展相关平台应用软件开发, 通过信息化建设逐步带动水情相关服务职能的提升, 转变工作理念, 提高对外服务能力, 推进吉林省水文信息化及现代化建设工作。

3 结语

由于吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台的建设涉及广泛, 覆盖了整个水文水资源业务, 同时还包括与其他部门的协调 (如气象信息共享等) 、规范的制定、安全体制的制定、支撑平台的建设、系统软件的开发、机房建设的设备选型、安装调试、系统集成等多个环节, 建设周期为18个月。已于2013年汛期前完成中心机房基础环境, 水文信息公众服务网, 以及水文综合预警监视、水情信息服务、水文站网管理、遥测站运行维护管理、移动应用、水文视频监控等系统的建设, 在2014年6月前将完成旱情监测与分析系统、水环境监测评价系统、地下水监测与服务系统、综合办公平台的建设, 以及水文测验、水文资料整编管理系统的建设, 并且完成所有系统间的集成工作。

通过吉林省水文监测及洪水预报综合服务平台的建设, 可实现省水文局与水文分局或水情分中心对站网的分级管理, 实现信息共享, 满足站点管理信息的数字化、可视化等要求, 保证站点信息的时效性和一致性, 具备水文应急测报信息支持功能。站网管理系统为优化水文站网布设, 提高站网管理水平, 提供迅速、全面的信息支持。在发生突发性公共水事件时, 可迅速提供事件所在地的江河流域情况、附近监测站点及监测数据信息、水利工程情况等, 为开展应急测报提供服务, 使吉林省水文站网管理水平上一个新台阶。

参考文献

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水文监测系统 第11篇

为适应防汛和水利调度的现代化、信息化要求,水文监测系统的建设进入了网络化阶段。在许多重点水域(重点河流、湖泊、水库、水利工程等),往往需要监测多个水文数据才能满足实际需求,包括流速、水位、水质、流量、含沙量、降水量等,例如,在水库的大坝前,需要测量水位和坝体压力、防渗、位移等参数。这就为多个测点组成测量网络提出了应用需求。另外,多点数据的测量往往会集中在一定距离范围内,如大坝上下、河流交汇处、汛情多发地段、引水隧洞等。这就为组建Zig Bee网络(近距离无线网络)在通讯距离上提供了可行性。

利用Zig Bee技术,将各个水文测量设备进行组合构成测量网络,实现Zig Bee无线组网,再通过Zig Bee网络协调节点以GPRS方式与监控中心通讯,从而构建一个基于Zig Bee和GPRS的无线水文监测系统。将Zig Bee和GPRS相结合,应用于水文监测系统有着非常重要的意义。

1 水文监测系统的组成和特点

1.1 监测系统组成

监测系统的结构如图1所示。系统由以下三部分组成:

(1)Zig Bee无线传感器网络。主要由分布在监测区域的各种水位计、雨量计和压力计等传感器与Zig Bee无线模块组成Zig Bee终端节点,并以星型或网型拓扑结构构成监测网络。监测区域内也按照距离的需要分布Zig Bee网络协调器节点,所有的水文数据都可以通过这一网络上传到协调器节点。

(2)GPRS网络。Zig Bee网络采集到的水文数据通过GPRS网络经Internet上传到数据接收中心,实现数据的远距离传输。

(3)监测中心。监测中心上位机服务器用一个GPRS模块通过RS-232与计算机连接,通过上位机软件处理和存贮采集到的水文数据并进行分析汇总。

1.2 监测系统特点

该监测系统有如下特点:

(1)Zig Bee网络面向的是短距离通信,而GPRS网络面向的是远距离通信,两者能够优势互补,能够实现大距离范围内的水文监测,如一个流域或一个地区。

(2)Zig Bee使用免费通信频段,单个节点成本低,一个Zig Bee网络内只有网络协调器与GPRS连接,节省了GPRS的硬件成本,降低了整个系统的成本。

(3)Zig Bee的功耗较低,传感器节点大部分时间都处于休眠状态,只有在数据传输时才唤醒。可由电池供电,这能够让各水文传感器节点在野外无交流供电状况下工作。系统的网络协调器需要监听整个网络状态,并与GPRS进行交互,需要一直处于唤醒状态,同时,GPRS的功耗较大,这使得协调器的功耗较大,需要外部交流供电。

(4)由于Zig Bee组网简单,信息传输可靠,能实现传感器节点相互通讯,系统能在很短的时间内完成一次辖区范围内各监测站的扫描,缩短水文数据收集所需的时间,提高信息收集和传递的可靠性,提高防汛信息处理能力。系统每隔一段时间就对水文信息进行一次收集,可及时准确地掌握水文情况。

2 系统硬件方案

在整个系统中,网络协调器负责Zig Bee和GPRS网络的数据交互,同时负责Zig Bee网络的组建、节点的加入和删除等网络维护工作,需要有较强的数据处理能力。主控处理器采用32位ARM7微控制器LPC2210,射频芯片采用MC13192,两者通过SPI接口相连接。为简化系统设计,GPRS模块选用Simcom公司内置TCP/IP协议的SIM100,与LPC2210通过RS-232接口连接,直接使用AT命令即可实现Internet连接。

在2.4G频段中,Zig Bee的速率为250 kbps,而SIM100模块的实际速率远低于250 kbps,所以,整个系统中最有可能的速率瓶颈存在于GPRS上行通道,考虑到Zig Bee网络在一定时间范围内的数据容量不大,系统外接8MB的SDRAM存储器,作为数据缓存,有效地缓解数据传输瓶颈,为其他应用程序和u C/OS-II操作系统提供运行空间。同时外接2MB的NOR FLASH存储器,容纳网络内所有节点的设备信息、数据包转发表、设备关联表等。

水文传感器节点主要需要考虑价格和低功耗两个方面。传感器节点选用MC13192+MC9S08GT60方案。

3 系统软件设计

在此,只介绍网络协调器的软件设计部分。首先搭建软件开发平台,使用ADS1.2集成开发环境进行开发调试。为增加系统的可靠性和实时性,系统采用μC/OS-II嵌入式实时操作系统。

3.1 Zig Bee协议的实现

首先需要将Zig Bee协议栈移植到LPC2210上,并进行底层的驱动设计,完成Zig Bee的PHY/MAC层开发。将Zig Bee协议栈移植到一个硬件平台,只需要修改MAC、PHY与硬件相关的层,MAC、PHY的硬件驱动程序完成后会向上提供程序接口,这样NWK、APL、APS等层就可以屏蔽硬件差异直接运行。然后就可以利用MAC层提供的服务,方便地进行无线网络的搜索、接入、退出及数据的传递等任务,完成应用程序的开发。

SMAC是在802.15.4协议基础上,针对传感器网络的节省能量需求而提出的精简MAC层协议,协议的代码是用ANSI C编写的,具有较强的可移植性。其构成框图如图2所示。

移植的主要工作是完成MC13192的硬件驱动和MC13192的中断服务程序。

系统中,MC13192作为SPI从设备,每个SPI周期传输8位数据,每次完整的SPI操作至少要完成3个字节的数据传输。MC13192总是在时钟上升沿采样数据,在时钟的下降沿传输数据。首先将所要访问的寄存器地址(0x00-0x3f)写入SPI的数据寄存器,该字节的bit0-bit6为地址,bit6置0,bit7为读写判别位,读操作置1,写操作置0,当CE变低电平后,地址经过MOSI口发送到MC13192,紧接着先读取或写入该地址对应寄存器的高8位,再操作低8位,最后将CE置高,完成一次读或写操作。SPI接口的读写函数代码如下:

MC13192的所有操作都是通过中断完成的。当发生中断时,中断服务程序首先读取MC13192的中断状态寄存器,根据其状态转入相应的处理程序,同时完成状态机的转换。图3为MC13192发送数据的流程图。

数据接收过程与发送类似,只是数据接收要单独处理接收出错的情况,当中断类型是接收错误中断的时候,可以重新将MC13192进入接收状态,丢弃错误的帧。

3.2 GPRS网络连接的实现

GPRS网络通信的步骤如下:

(1)LPC2210将Zig Bee网络的数据经过加密、封装处理后,以数据流形式通过RS-232送到SIM100模块上;

(2)SIM100模块将数据依次经过TCP、IP和PPPd等协议封装后,以数据包的形式发送到GPRS无线基站;

(3)数据由GPRS无线基站发送到服务支持节点(SGSN),然后与网关支持节点(GGSN)进行通信,GGSN将数据进行处理后发送到Internet上;

(4)由于GPRS网络工作方式是以IP地址寻址为基础的,数据被转发到具有固定IP地址的监控中心服务器上,建立通过移动通信网关的无线通信链路,实现基于TCP/IP的数据传输。

从应用层面上看,由于SIM100内置TCP/IP协议集,不需要在LPC2210中处理TCP/IP协议,只需要利用AT指令实现GPRS网络的连接、数据的发送和接收等。

GPRS模块在上电或复位后,首先要对GPRS模块进行初始化设置,如工作模式、通信波特率、接入网关、使用的协议类型等。然后,就可以发送拨号命令进行GPRS网络连接了。建立连接后,通过PPP协议协商,得到系统本地IP,当PPP协商成功后,GPRS登录网络成功,系统通过加载数据传输协议(TCP、UDP)实现与监控中心计算机的SOCKET连接。GPRS模块初始化如下:

(1)使用“AT+IPR=115 200”命令,把通信波特率设为115 200 bps。

(2)通过“AT+CGDCONT=1”、“IP”、“CMNET”命令,设置GPRS接入网关为移动接入点。

(3)使用“AT+CGACT=1,1”命令激活GPRS功能。如果返回OK,则表示GPRS连接成功;如果返回ERROR,则意味着连接GPRS失败。

(4)通过TCP的连接命令AT+CIPSTART=“TCP”,“192.68.90.9”,“2020”与监控中心建立TCP连接。“2020”为接入端口号。

3.3 Zig Bee和GPRS网络数据转换设计

网络协调器的主要任务是负责Zig Bee网络和GPRS网络的双向数据转换,实际上是一个基于Zig Bee与GPRS协议的转换网关。它有两种工作方式:(1)按事先设定好的时间间隔,经Zig Bee网络周期性采集各点水文数据,由GPRS模块实时地传送到监控中心,称之为数据的上行通道;(2)GPRS模块实时响应监控中心的控制命令,按照监控中心发来的命令进行特定的水文数据采集任务,称之为数据的下行通道。

基于分析,在μC/OS-II操作系统程序框架结构的基础上,建立两个任务Task_Zig Bee、Task_GPRS,一个UART接收中断服务程序。为避免数据阻塞,系统创建两个消息队列:Zig Bee_GPRSQueue=OSQCreate(&Msg Queue A[0],QUEUE_SIZE);

GPRS_Zig Bee Queue=OSQCreate(&Msg Queue B[0],QUEUE_SIZE)。

当有Zig Bee上行数据时,Task_Zig Bee接收底层SPI接口发来的数据,并经Zig Bee协议进行数据解包,然后将数据发送到缓存区Zig Bee_Gprs_buf进行缓存,同时调用OSQPost(Zig Bee_GPRSQueue,(v o i d*)&Z i g B e e_G p r s_b u f[0])向消息队列Zig Bee_GPRSQueue发消息,该函数唤醒Task_GPRS,该任务调用OSQPend(Zig Bee_GPRSQueue,(v o i d*)&Z i g B e e_G p r s_b u f[0])等待消息队列Zig Bee_GPRSQueue中的消息,有消息时,不断读取消息队列中的数据,通过RS-232接口发送到SIM100中。

当有GPRS下行数据时,SIM100模块接收到来自GPRS网络的数据后,产生串口中断,在UA RT接收中断服务程序中调用OSQ Post(GPRS_Zig Bee Queue,(void*)&Gprs_Zig Bee_buf[0])向消息队列GPRS_Zig Bee Queue发消息,该函数唤醒Task_Zig Bee,Task_Zig Bee任务调用OSQPend(GPRS_Zig Bee Queue,(void*)&Gprs_Zig Bee_buf[0])等待消息队列GPRS_Zig Bee Queue中的消息,有消息时,不断读取消息队列中的数据,通过Zig Bee协议进行数据封装,由SPI接口经Zig Bee网络发送出去。

任务的转换流程如图4所示:

4 结语

基于IEEE 802.15.4的Zig Bee技术是扩充现有网络应用的一种良好手段,具有广阔的应用场合和发展前景。Zig Bee协议栈还在不断升级,如何根据不同的需求设计高性能的Zig Bee网络,如何将Zig Bee网络与其他网络进行可靠连接,是一项很有意义的课题。本文充分利用了Zig Bee和GPRS技术的优势,达到了功能互补,该方案可应用在河道水文、湖泊水库和沿海潮汛潮位等监测项目上。因此,本系统的设计有广泛的应用前景。

参考文献

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