基于无线网络的水利监测系统浅析.doc

基于无线网络的水利监测系统浅析摘 要：简要阐述了建设一体化无线水利监测系统的基础架构，并对水利监测系统的现状进行简要分析；本文提出建设一体化的无线水利监测系统，是基于多系统无缝衔接协同工作以提高监测和预警的实时性和有效性，最后文章阐述了一种基于无线网络水利监测系统的系统架构方案。关键词：无线；RTU；GPRS ；水利；预警广播；监测系统；平台Analysis of a water monitoring system based on the mobile network Tang ShibinAbstract：Described a wireless water monitoring system infrastructure, Analyzed the current water monitoring system status, This article proposed the intelligent water monitoring system should not construct single purpose system, It should think about the integration of different single purpose systems to provide the availability and real time action. In the final chapter, the article described an integration of multi purpose wireless water monitoring system.Key words: Wireless; RTU; GPRS; Water; Early Warning broadcast; Monitoring system; Platform1引言我国版图辽阔，河流、湖泊、水库众多，自然条件复杂并且是一个自然灾害频繁的国家，对于水利的建设有着悠久的历史，大禹治水的事迹更是广为传播，对于一个农业大国，水利的建设更是“三农”的命脉。近些年来，国家对水利建设的投资也不断加大，据前瞻产业研究院发布的2013-2017年中国水利工程行业市场前瞻与投资战略规划分析报告资料显示，2013年我国水利建设投资总共落实4397亿元，其中中央投资1408亿元、地方投资2989亿元，相较于2006年的794亿元，增长了5倍多，为水利行业以及监测设备的研发和创新提供动力。由于各地气候不一，河流、湖泊、水库现状不一，水系复杂，以致洪涝旱灾频发，水利工程建设管理和防汛抗旱任务极其繁重，建立合理、完善、高效的水利监测系统势在必行。2目前水利监测系统现状虽然我国水利建设在不断的发展和进步，但是我国信息化起点比较低，对水利监测系统的整体统一规划比较缺乏，水利部门各分支机构对于系统的架构以及开发的标准没有明确的定义，基于上述现状势必造成以下的问题：2.1 数据库设计差异：每个系统开发商均针对业务系统进行数据库的设计，而每个系统开发商设计各不相同，两个相关联的系统无法实现数据共享，或者要通过大量的系统升级才能实现共享；2.2 系统可维护、扩展性差：采集终端采集的数据需要发送到不同的数据中心，由于数据库设计差异需要对数据进行处理，这就造成某个水利机构同时使用好几套业务系统，由于系统架构、UI设计不一样，每个业务都需要不同的专业人员进行维护；2.3 系统安全性差：由于一个水利部门同时使用几套业务系统，账号和密码也有好几套，致使用户体验较差，没有统一的安全认证授权系统进行账号分配和授权，在信息安全方面比较薄弱；2.4 系统建设单一：单一的业务系统建设，致使服务目标也比较单一，各个业务系统的建设比较分散，数据库以及业务平台大多分散在各个不同的部门和地区，加上相互之间没有信息共享机制，无法实现无缝衔接，这将导致不能完全发挥水利信息化建设的全部优势，只有多系统的协同工作调度才能让水利信息化建设发挥最大作用。3无线水利监测系统构建3.1 概述无线水利监测系统是指用于监视河流、湖泊、水库等的水利运行情况，系统对采集终端的数据通过无线网络发送到监控平台，从而对这些数据进行分析，及时反应被监测水域的水文情况，为水利相关部门的工作提供参考，提前预警防范灾害的发生，减少人民群众的财产损失以及生命安全的威胁。3.2 工作原理水利行业水文水利监测系统众多，软件架构设计以及软件开发标准不一，但是其工作原理大同小异，当然也存在特殊的情况。大部分都是通过各种传感器监测到被监控区域的水位、流量、流速、降雨（雪）、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质，温度、湿度、风速、风向、水质、水流速、水量、视频图像或图片等数字化信息，接着通过GPRS、CDMA、3G等无线网络传输到监控中心，再通过数据分析和处理后存储至数据库中，最后通过业务平台进行预警。3.3 系统结构3.4 系统组成无线水利监测系统由监测中心、通信网络、监测设备，测量设备、水文水利监测系统，预警广播信息平台、LED预警信息平台七部分组成。3.4.1 监测中心l 业务平台服务器：用于部署业务平台的服务器。l 数据库服务器：用于存储业务平台的数据库的服务器。l 通信服务软件：用于监测设备与业务平台的交互，远程监测及控制设备以及数据信息接收和存储，是前端设备与业务平台的通信桥梁。l 业务平台：水文水利监测系统、预警广播发布系统、LED内容发布系统等。3.4.2通信网络目前通信网络主要分为GPRS、CDMA、北斗卫星、光纤网络等方式。通信网络选择分析：1）在国内GPRS网络覆盖较好；2）CDMA技术优于GPRS，但是由于它的网络覆盖率不高，有的地区仍无法使用；3）北斗卫星通信方式目前属于试点阶段；4）光纤网络主要用于重点水利工程，费用较大。综合考虑成本、便利性等因素，目前应用较多的是GPRS、CDMA、3G等无线网络，具体采用何种网络还需要根据项目实际情况灵活选择。3.4.3 监测设备监测设备（RTU）负责通过测量设备进行监测数据的采集、预警、控制以及数据的存储和传输。3.4.4 测量设备测量设备指的是水位计、雨量计、温度传感器、风速仪、流量计等。随着水利行业的迅速发展，就水位计这一测量设备就有以下种类：浮子式水位计、光纤水位计、跟踪式水位计、压力式水位计、声波式水位计，种类不一样实现原理各有不同。3.4.5预警广播信息平台预警广播信息平台是将水利监测系统的预警信息通过无线网络发送至预警终端，后者接收信息转换为语音信号后，自动开启音频放大器和本地高音喇叭，使预警信息在极短时间内在各地市及乡镇及时广播预警，通过预警广播，群众可以在最短时间内了解情况，面对灾害做出疏散转移等措施，提高了预警的实时有效性；预警广播不仅可以接收水文灾害的预警，同时也可以为国土、林业、消防、教育、卫生等相关部门在地震、地质灾害、森林火险、化工事故等灾害发生时，通过该平台接口发布预警信息。3.4.6 LED预警信息平台LED预警信息平台就是实时动态将预警信息显示在LED屏，工作人员无需进入业务系统就可以直观了解当前的水文情况和预警信息，目前主要应用于气象预警，防汛会议，汛期监控等。3.5 应用案例该应用案例应用在广西柳州，根据国家编制大纲要求，结合该地区用户的需求，此方案为水利防汛部门建设并实施了基于无线网络的一体化水利防汛监测系统；整个系统由通信监控中心，通信网络、水文水利监测系统，预警广播信息平台、LED信息发布平台五大部分组成，网络拓扑结构如下：在整个系统中，采集和传输终端均采用GSM/GPRS通信网络，GSM/GPRS网络由于网络覆盖好，信号稳定的优点，在小数据传输的工业应用中得到了广泛应用，但是由于其采用的2.5G传输技术，网络带宽较小，延时较大，传输的可靠性纯粹依赖网络难以得到可靠保证，在本系统中，终端与平台之间的通信采用了类TCP滑动窗口机制一方面可以确保数据传输的可靠性，同时也能提升数据传输的速率，这对于确保系统的稳定性和传输效率起到至关重要的作用。水文水利监测系统的采用BS架构建设，主要是对水雨情的监测，数据报表分析，阀值报警，远程设备操作等等，实施中根据该地区的需求以及参照国家建设监测站建设的标准进行建设，安装了自动、人工或简易的雨量站、水位站，在需要重点监测的监测点建设了视频监控设备进行监控以及设置了图像的定时上传；预警广播信息平台，采用BS架构建设，可以通过短信，电话语音也可以通过局域网以及Internet网络使用预警广播信息平台进行多种模式的预警操作；LED信息发布平台，采用BS架构建设，可以通过短信或者Internet网络的方式对报警信息，雨水情信息进行LED屏幕直观显示，为防汛会议，汛期监控起到重要作用；一体化防汛监测系统建设完成后，在汛期提供了良好的保障，得到了用户的肯定，目前系统还在不断的升级和优化，在满足编制大纲的基础上，更进一步的完善了功能，更贴近客户的实际应用和需求。4结束语本文提出的无线水利监测系统，考虑了水文监测信息采集，传输，分析，预警及预警信息多种发布方式，是一套综合的监测预警方案，在一定程度上可以提高系统集成度，解决本文前面阐述的目前通用系统的一些问题。我国的水利建设任重道远，建设一体化快捷的水利监测系统，形成合理布局，功能完善、适应经济社会发展需求、满足水库监测，水资源管理、防汛抗旱、城市防洪、河道监测、地下水、水生态需要的各类监测站网体系，能更有效地发挥水利信息化建设的重要作用，通过规范各平台接口及系统的