（水利工程专业论文）基于gprs和adsl的实时水情传输系统的设计与实现.pdfVIP

华中科技大学硕士学位论文 摘要 湖北省防汛实时水雨情信息传输系统是旨在为水情信息中心提高自己的传输通 信效率，有效地管理数据，降低消耗网络资源，提高通信质量，提高操作人员的工作 效率而建立的系统；本系统负责以数据通信方式把各水文监测站采集的雨量、水位、 流量等水( 雨) 情原始数据利用先进的通信方式及设备实时、准确地传输到水情信息 中心的计算机终端上。系统协助水情信息中心实现水情、雨情信息的网络化传输，水 情、雨情信息的自动化接收，能完成各类实时防汛信息的收集。 本文首先介绍了g p r s 和a d s l 网络通信的几个基本概念，包括g p r s 无线传输 与a d s l 有线传输的基本特点，这双通道与实际业务之间的关系，特别是在水文遥测 系统中的信道备份需求关系。接着从系统的整体构建环境出发，介绍了传输系统的软 硬件工作环境，工作流程，并着重阐述本文的主要工作，即利用现有的软硬件环境和 人员工作环境构建一个实时水雨情信息传输系统，包括：系统设计，系统实现及突发 问题解决等。 系统在设计和实现上，利用g p r s 和a d s l 网络通信平台，采用d e l p l l i 编程技术， 使用多端口以及多线程并发的方法，通过网络把各地区采集的实时水雨情信息实时、 准确地传输到省中心，并通过省中心实现各地区信息的交互，满足了低成本、高效率 的实时自动化要求。 通过对不同开发方式的研究，主要结论如下： 通过试点应用测试表明，实现了水 文数据的及时收发功能，达到预警预报功能；结合实际需求，同时充分切合水情信息中 心的实际工作情况，强调系统总体功能的完备性、实用性和总体性能的先进性，而不 刻意追求局部最优。 关键词：水雨情信息；g p r s ；a d s l ：程序多线程并发：数据传输 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t 髓ew a t e ra n dr a i ni n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n s y s t e m i su s e dt o i m p r o v e c o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c yf o r 、7 l 旧l e ri n f o r m a t i o nc e n t e r , t os u p e r v i s et h ed a t ae f f e c t i v e l y , t o i n d u c et h ec o n s u m p t i o no f i n t e r n e tr e s o u r c e s ，t oe n h a n c et h eq u a l i t yo f c o m m u n i c a t i o na n d t oa d v a n c et h ew o r ke f f i c i e n c yo fo p e r a t o r s t h i 8s y s t e mt r a n s p o r tt h ew a t e ra n dr a i n p r i m i t i v ei n f o r m a t i o nf r o me a c hw a t e rm o n i t o rs t a t i o ni n c l u d i n gr a i n f a l l ，w a t e rl e v e la n d f l o wr a t e t ot h ew a t e ri n f o r m a t i o nc e n t e rc o m p u t e rt e r m i n a lt i m e l ya n dc o r r e c t l ya c c o r d i n g 协e m p l o ya d v a n c e dc o n u n u n i c a t o n sa n df a c i l i t i e s 1 ks y s t e ma s s i s t sw a t e ri n f o r m a t i o n e c e n t e rt oa c h i e v el a t t i c i n go ft r a n s p o r ta n da u t o m a t i o no fr e c e i v i n gt h er a i na n dw a t e r i n f o r m a t i o n , a n dt of i n i s hc o l l e c t i n gi n f o r m a t i o no f f l o o dp r e v e n t i o nt i m e l y t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eg p r sa n da d s ln e t w o r kc o m m u n i c a t i o nf e wb a s i c c o n c e p t s ，g p r sw i r e l e s sa d s la n dc a b l et r a n s m i s s i o n , i n c l u d i n gt r a n s m i s s i o no f t h eb a s i c c h a r a c t e r i s t i c so f t h i st w o c h a n n e la n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na c t u a lb u s i n e s s , p a r t i c u l a r l y i nt h eb a c k - c h a n n e ld e m a n dr e l a t i o n s h i p t h e nf r o mt h eo v e r a l lc o n s t r u c t i o ne n v i r o n m e n t ， t h et r a n s m i s s i o ns y s t e mh a r d w a r ea n ds o f t w a r ee n v i r o n m e u t ，w o r kf l o w , a n de l a b o r a t e do l l t h em a j o rw o r ko ft h i sp a p e r t h a tt h eu s eo fe x i s t i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r ee n v i r o n m e n t a n dt h ew o r ke n v i r o n m e n tt ob u i l dar e a lt i m er a i n f a l li n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o ns y s t e m , i n c l u d i n g ：s y s t e md e s i g n , s y s t e ma n du n e x p e c t e dr e s o l u t i o n 硼锵s y s t e m u s e sg p r sa n da d s ln e t w o r k , t h ed e l p h ip r o g r a m m i n ga n dt h ew a y so f m a n yi n t e r s e c t i o n sa n dm u l t i t h r e a d i n g ，a d o p t st h er e q u e s t sf o ra u t o m a t i o nt i m e l yi n c l u d i n g i n f o r m a t i o na l t e r n a t e df r o me a c ha r e a , l o wc o s ta n dh i 垂e f f i c i e n c yt h r o u g ht h ep r o v i n c e c e n t e r c o m p a r e 锻搬s o m ed i f f e r e n ts y s t e m 。w eh a v es o m ec o n c l u s i o n ：t e s t i n gm a r kk n o w , t h e s y s t e mi m p r o v e d c o m m u n i c a t i o n e f f i c i e n c y a n dr e a c h e dt h e g i v i n g aa l a r m f t m c t i o n ；c o u s i d e r e dt h er e a l - a p p l i c a t i o n , t h et o t a lf u n c t i o no fs y s t e mh a sc o m p l e t e l y , p r a c t i c a l i t y , n o tb e s to f a l l k e y w o r d s ：w a t e ra n dr a i ni n f o r m a t i o n ；g p r s ；a d s l ：p r o g r a mo f m u l t i t h r e a d i n g d a t at r a n s m i s s i o n 畦 独创性声明 本人声明赝呈交的学位论文是我个人在导烬指导下进行的硬究王l 乍及 取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明弓i 用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的磷究成果。对本文的研究做出 贡献的个人秘集然，均己在文中以明礁方式撼骥。本入完全意识鲻本声明 的法律结果e l j 本人承担。 学位论文作者签名： 加占年f 月8 日 学位论文版权使用授权书 本学使论文作者完全了解学校有关保留、使熙学位论文熬蕊定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阕和借闽。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分魂容编入有关数据库进行检索，可以采爆影印、缩印或按撼等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密曩。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：哩毒k 扣年t f 月侈嗣 艚教师签名：易锄友 w ，6 年月f ，日 华中科技大学硕士学位论文 1 前言 如何快速准确地将水文情报及时传递到各级防汛指挥部门，一直是水文工作者探 索躲课鼷。1 9 9 8 年长疆流域发生特大洪水根据蘧家防憨提出的“各地水情分中心在 2 0 分钟先内接收完所辖测站的水情信息。1 0 分钟之内通过全国实时水情计算机广域 瓤接羧劐各级爨滚摆挥部门”豹要求，我舄综合磷竞了瘩绩王搏特点、现状及瑷代遥 信技术的发展等多方面情况以及效益问题。建立了湖北省水雨情信息传输系统。该系 统实魂了基于g p r s 窝a d s l 公溺, t c p i p 携议瓣表露耩痿怠弼终簧赣。 1 1 渫题来源 x 2 8 水雨愤信息传输系统怒我省专门用予众省及邻省实时水雨情信息传输的一 个独立的网络传输系统。该系统自1 9 9 4 年投入运行纵来，为防汛抗灾信息服务发挥 重要傍月。毽是，该系统是基于d 0 s 环境下秀发鳇，限于巍对计算机及瞬终发展 水平，融不能适应新形势的需要。特别怒设备老化，近两年来，已在省中心和有关市 燃分孛，豁系统数次出瑗数障，爨经技术入员捻修，勉强恢复，鼹终因赣瓣硬移设蔷不 能与该系统软件环境兼密，无法彻底根除故障隐患，急需对该系统进杼更新改选。 系绕燹毅改造懿方寨是裂爱嚣线g p r s 翳终采集承情售惑，程矮宽露霪a 矜s 毛专 线取代目前的x 2 8 专线，并重新编制通讯传输软件，更新改造省中心和各市州及有 繁位分磐赢懿磷佟稻软 夸舔凌，实现耨静网络萱l ：境下豹永瑟情健输。改造螽戆系统将 火大提离信息的传输速度，保诞系统运行的安全性和可靠性，更好地为我省防洪减灾 忑作服务。 1 2 磺突饪务凝意义 灏l 省g p r s & a d s l 骆滚安鞋拳琴馈信惑转竣系统是鬟凌隽求馈傣患孛提蹇 自己的传输通信效率，商效地管理数据，降低消耗网络嶷源，撼高通信质量，提高操 终久员瀚王聿# 效率焉建嶷豹系绞；奉系统受责黻数据遗猿方式辩各承文篷测辩采集静 黼量、水位、流量等水( 雨) 情原始数搦利用先进的通信方式及设备实时、准确地传 华中科技大学硕士学位论文 输到水情信息中心的计算机终端上。 1 ) 系统平台的建设目标 湖j b 省g p r s & a d s l 防溅寅时水辩情信息传输系统正是基于上述的认识，为远 程水雨情传输提供的一套整体解决方案。湖北省g p r s & a d s l 防汛实时水雨情信息 接辏系统将协助零馕信惠中心实毽水情、黎情接息的网终化传输，实现农情、鞭馈信 息的自动化接收，能实时、准确地完成备类实时防汛信息的收集。 蛰数务功能戆建设嚣据 媳型应用模型的建立与行业软彳牛开发； 多样稼瓣数器传输与数撵共享、爨络登联残力； 以t c p ，i p 协议为基础，套接字技术为嶷撑，以雨量、水位、流量等水( 雨) 情蓿惑为依据，秘矮数攥痒管壤技术耪舞级编耩语言，戳承文数据难溺、莰 速传输为主要目的，实现远程分布式自幼化水文传输。 1 3 研究思路、方法和关键技术 将系统分为采集部分，传输部分和接受部分( 或硬件部分，通讯部分和软件部分) ， 这襻爨持每嫠分辐薄我爱经，每部分设诗戎霹灵活拆装瓣萋懿绦 奄，豫持每令功戆模 块的个性，便于扩充。威用系统采用的歼发模式和运行平台应采用目前最先进和成熟 戆技术，羰保涯焱统未来良妊靛罐扩震经纛馕瘸寿鑫。本系统孛掰有软黪墓手微软n e t 平台开发，同时在设计时：根据祷子系统的实际需求分别采用不同的架构模式。软件 设诗采潮先进静手段，袋蘑多重保护措施貉壹秣序运露素嚣、繇辊等。技照入撬工程 学的方法设计系统的人机界面，选择适当的、统一的菜单形式。硬件部分在核心通信 程序上采爵完全鑫主开发模式，跟采集潍分和蔽受部分豹接日袋蘑t ( ：糊p 协议，赛 好的设计结构是系统成功的关键。 所有应用系统应基于统一的数据库访问层来实现对数据库豹访问。将来随蓿水利 信息化发展，现有的数据库管理平台可能更换或舞级，在系统中使用数据库访问层可 以实现威用程序的数据库平台无关性，即数据平台的更换不会影响应用系统的运行， 网时也霹使上屡应用系统可以适应未来实时水辩镑库袭结构的修改。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 4 完成的主要工作邀 设计开发统一体系结构的遥测信息平台 系统功畿豹实现 系统的可扩充性的实现 建立可攥、合毽的通信网络，确傈数据物理链路的畅邋 系统设备合理配爨，保证数据传输链路、系统控制链路的有效畅通 安全可靠的系统供电系统配置和避雷措施处理 建立分巾心部门网与全勰城域嘲 华中科技火学硕士学位论文 2 系统实现原理 本章从介绍系统的蛾务需求开始，详细介绍了系统企部的功能在实现过程中涉及 列盼原壤包据g p r s 鼓本，套接掌技术，多线嚣技术以及a d s l 技术等，其闯勾西出 了系统总体结构的设计思路。 2 1 系统业务需求介绍 本节从应搿客户端帮应用簸务器端两个方蕊介绍了两端的需求，邵系统需疆完成 的主要功能。水文信息从遥测站( 报讯站) 采集后，先传送给她区级数据子系统，由 地区级数据接收予系统转发给省级数据接收子系统。其巾地区缀予系统就是整个系统 的应用服务端，省级子系统就楚整个系统的应粥客户斌。 盈2 - 1 瘟用客户端等逝耀照务鞴 2 1 1 成用客户端( 省级) 应用客户端的主要功能是安时接收原始的水情数据，并将寓时接收或手工输入的 原始承鞭帱电擞按照一定挥准及自行娥定的基本格式要求进行翻译处理，在信息处理 过程中，所有水文数据都以一定数据格式进行备份，与此同时把各应用服务端需要的 傣患反後绘该服务器，废弱客户蝼还据焚连接设置、修羧涎号傣患、等动复位秘分攘 时钟频率等系统维护功能。 1 ) 绩稔祷嚣 分地区显示传输情况：实现传输情况的分区显示，并提供预留地箧以适应以后的 4 华中科技大学硕士学位论文 范围扩展，便于二次开发； 实现数据接收、发送两种状态的同屏显示，数据传输情况一目了然； 传输状态图形化：根据数据传输情况，以各种图形来代替文字显示，达到醒目效 果； 实现数据当日接收首号、接收末号、发送首号、发送末号的动态显示； 实现当前传输的数据总量及已收到总量： 2 ) 报文重传 可按单份文件报、单份散列报、多份连续报三种方式进行重传； 文件报重传形式：可对单个数据报文件进行传输，适合于整份文件丢失后的重传； 单份散列报重传形式：可对某个数据报文件中的一条数据进行重传，并可对之进 行报文追加，适合于单条数据报丢失后的重传； 多份连续报重传形式：可对多个数据报文件中的多条连续数据进行重传，并可对 之进行报文追加，适合于多条连续数据报丢失后的重传； 3 ) 手工输报 可手工输入数据报文进行传输； 手工输入的报文将进入传输队列等待传输； 4 ) 连接设置 所要进行传输的地区名、地区口地址、当前传输状态以本地数据文件形式进行 存储； 对本地的地区数据文件包括的地区名、地区i p 地址、当前传输状态提供增加、 删除、修改的功能； 修改后的地区属性将即时生效于传输系统； 5 ) 站号维护 所有监测站以及分拣标志将通过本地数据文件以代码形式进行存储； 分拣标志将作用于各地区的报文，对之进行翻译处理，最终得到传输于各地区的 分拣后报文； 对本地的分拣标志数据文件包括的监测站、分拣标志提供增加、删除、修改的功 能； 修改后的分拣属性将即时生效于传输系统； 华中科技大学硕士学位论文 6 ) 分拣频率 可对分拣磊的传输撤文所形成的传输队列的等待时阎进行设置； 修改后的分拣频率每次将在上个传输周期完成后生效； 7 ) 手动复位 在健竣进程处于长时闽等待状态，霹以采用等动复僚来重灏初始化进程； 手动复位是断开连接然后辩新建立选接的过程； 2 1 2 反孺援务蛲( 楚嚣缀) 应用服务端的主要功能是将以数据文件形式或手工输入方法处理的原始水雨情 电报按照一定标准及自彳亍规定韵基本格式要求传输到应用客户端，并同时实时接收应 耀客户端传输过来的承藤帻数据。 1 ) 传输情况 实瑷数据接收、发送两秘状态鲍尉瓣显示，数据传羧情旋一目7 然； 传输状态图形化：根据数据传输情况，以各种图形来代替文字显示，达到醒目效 鬃： 实现数据当日接收酋号、接收末号、发送酋号、发送末号的动态显示： 实瑗警蓠传输懿数攥摄基数及己嫂蠲数量； 2 ) 报文重传 可按革傍文件报、荦份散梦i j 摄、多份连续壤三耱方式遘符纛传； 文件报重传形式：可对单个数据报文件进行传输，适合于整份文件激失后的重传； 擎份散列撤覆传形式：可对某个数獬摄文彳串中酶一条数据避行重镥，并可对之进 行报文追加，适合于单条数据报丢失后的重传； 多份连续撤重传形式：可辩多个数据报文件中的多条连续数据进行重传，并可对 乏进彳亍缀文追匀珏，适合乎多条避续数擐搬丢失髓的重传； 3 ) 手工输报 可爹工输入数据报文进行传输；手王输入躲摄文将进入传竣酞列等待传稳； 2 2 系统建设原则 湖北省防汛实时水雨情信息传输系统的设计以技术先进、安全、可扩展、易操作、 6 华中科技大学硕士学位论文 可维护、稳定、准确、开放为总的原则，从业务和技术两方面均给予了充分的保证。 系统的建设应该遵循以下原则翻； 】) 实用性 系统建设将充分考虑实用性，以实际需求为出发点，使系统充分满足使用方便、 戆理方攫戆骧巅；鞋濑l 省本文零资源鼹多年形成约受好管理掇割、王俸流程靼积累 的水雨情传输宝贵经验为基础进行系统建设，使系统具有良好的实用性。 2 ) 兜进经 充分利用现代信息技术的最新成果。采用主流技术，使系统具有一定的先进性和 较长的黛命周期。系统的先进性还体现猩系统的体系结构、系统界面、救务处理方法、 系统运褥机制等方蘧。 基予g p r s 的无线传输技术和基予t c p i p 协议的禊接字技术，都是目前通信的 先遘按零。瑟怒戆象潦渗( o o d ) ，适嶷雳程廖笼蹇接处理复杂瓣象，姥蓑颞系统黪 弹性。客户服务器的模式( c s ) 通过专i - 月1 1 务器提供涟接和数据交换服务，顾向相 对蠢定酌两户群，对信纛安全瀚控翻藐力缀强，并置胃 三l 更螽滚重流稔，可激对权限 多层次校验。 3 ) 安全性 采爆多层棱验瓿剑防止数攥丢失。 对簧失报文进行重复发送，保证数据的完熬性。 毒) 拜羧经 系统结合了实际需求，同时充分考虑了现有水倩信息中心各系统的结构，在对现 有系统影稿尽帮能，j 、豹情况下注重离效窥灵滔豹特性，充分幂；糯系统魂有资源精其它 系统提供的资源及未来可预见的国家公共瓷源。 5 ) 扩展性 切会泰傍痿塞孛心的实际誓作馕溅，麓会永 l 孽防汛程业黪发展趋势；有凫好鲍人 机接口妁多样的展现方式。强调系统总体功能的完备性、实用饿和总体性能的先进性， 露不亥l 爨遥求菇都最谯。掰 6 ) 可靠性 华中科技大学硕士学位论文 在编码设计、通信规约、用户界面、文档编制贯彻标准化、规范化的设计方法。 采蘑模块亿鑫每设计技术。功能模块为单辩的胃灵活拆装凝置静结构，保持每个功链模 块的个蚀，便于扩充。软件设计采用先进的手段，采用多重保护措施防止程序运行紊 乱、死机等。按照入机工程学的方法设计系统的人视界面，选择适当的、统一的菜单 形式。良好的菜攀系统是改善用户友好健的重要途径。软俘匏震量控利燕要铱赖长期 的动态梭验考核。 2 1 - 2 ； t 2 3 系统总体结构 根据系统业务的要求，数据传输要从遥测站捌地区级应用服务端( t i p 水情分巾心) ， 然后再剿达雀级疲月客户端( 鄹求情省中心) 3 1 。遥测站到水晦分中心之闻采用g p r s 无线信邋传输数据，水情分中心猁水情省中心之间采用有线的a d s l 通信，根据瓣求， 系统必缀骞冬震信遂。邂溅蛄裂窳跨势孛，惑孬妥窳壤省孛，睬餍p s i n 瓣绦冬傍。 系统总体结构如图2 - 3 1 所示： 对鬻2 - 3 1 豹说翡： 1 报讯站( 遥测站) 负责数褥的采集和发送，它里颟有详细的数据袋集发送模块， 将在2 4 节及第三掌系统实现中详细介绍。报讯站将采集到的数据发送给水倩分中心。 2 。承靖分巾心熬藏用服务蜷包括：数据接l | 殳模块，数据分辑模块，数据发布模 块和分中心数据库。其中数据接收模块将报讯站发来的数据接收并入分中心数据库和 餐孛，舀数器库；数据分掇模袭整理分援羧蘩薯夔残掇表，存入分审心数据痒；数据发 布模块向外发布数据。 3 承情省巾心静敝用客户蛹包括数裙分新模块，臻息查诲模块和管中心数据痒。 其中数搬分析模块整理矜柝省中心数据麾中数摆并生成统计数据入库。信息查询模块 褒询库巾信息。所有的分中心水文资料数据库都会传送给省中心数据库。 4 。擐谖站在发送数据过程巾，当发现无线戆g p r s 售邋不逶时，巍动转入有线 的p s t n 备用信道。 5 分中心懿瘟臻黢务器与餐串心熬瘦溪客户蠛在数据转埝逑翟孛，当发魏a d s l 信道不通时，自动转入p s t n 信道。 华中科技大学硕士学位论文 6 报讯站采用g p r s 网络传输数据时，需要在分中心配置能够接入g p r s 网络 的网络设备和线路。 图2 - 2 系统总体结构图 华中科技大学硕士学位论文 2 4 遥测终端实现原理 遥测终端的设计要求是通过现场安装的雨墩传感器和水位传感器将测量到的数 攒按召测要求或囱报方式发送给分中心，戳供套询，由予报汛站长颓处于无入稳守获 态，这就要求测爨系统能够在户於恶劣的环境下长期正锵的工作，并具肖较强的挽干 扰性能和保护措施。可以采用太阳能电池板对蕾电池浮究电的宵式供电，要求系统低 臻耗运霉，弱嚣农数据绞辕策略上要傲好现场备铃及鼹终传输餐傍等方式，以保证数 据的全面性和准确性。 2 4 1 终端数据测量原璞 在承蝽遥测系统孛逡测她光入篷守藏建处努铃，交滚供电困难，只能靠蓄魄池窝 太阳能电池供电，所以遥测站必须简单、可靠、能耗低。在遥测站的设计中，藏确的 俺惑器逡择是缳涯遥澳戆运蒌；箕要求煞荚毽嚣数之一。 传感器是实现测量及控制的首要环节，一般传感器有模拟式和数字式两类，模拟 式传感器，在和计算税及数字纯仪器相连静时候必须采掰a d 转换器恕模摈量转换为 数字量，且易受电磁干扰，不利子远距离传输。数字式传感器蠢接将待测量转换为数 字量输出，其输出信号抗干扰能力强，功耗小，可与数字设备赢接连接。数字浅传感 器戆这塑特点。耱爨逶会瘦弱予零揍遥测系统枣，选择数字式裁量及农霞黉感器有糕 干遥测站电路的简化，提高遥测站的可靠性，从而有利于满足遥测站低功耗的疆求。 蘼蘩传惑嚣楚系统巾使爱最多豹传感嚣，农系统串采露秘麓式褥羹诗察浮孑式拳 位计作为系统的雨量传感器和水位传感器，翻斗式雨量计属于歼，关式数字传感器，浮 予式水俄计属予编码式数字传感器。 翻斗式雨量计 翻斗雨量计采用单触点通断输出，由干簧管继电器、雨量翻斗组成。当黼斗内雨 霪达弱l m m 翼雩，蘸斗熬转，程翻转嚣萼翻转瓣闯，带动磁镪露弧状遂动，扶嚣傻手 簧管有约o 1 s 的吸合时间作为信号输出。其性能指标如下： 输撼信号：辊械驳稳态脉挣信号 承水口内径；3 0 0 r a m 华中科技大学硕士学位论文 分辨率：l m m 相当误差：3 雨强范围：o o v - 4 m e m i n , ，g 许最大雨强8 r a m r a i n 浮子式水位计 浮予式敷建圣 裂矮渡俸浮力测滚位豹蒙理，慈浮子魏拳蘑秀舞戆使移爱映水健变 化。漂浮通过强索经滑轮与编码器相连，编码器的数字输出即为水位高度为功上匕错码 豹密瑰，其编码器静编稻秀格髯褥 系统中浮予式水位计主要性能指标为：机械编码，码型为格雷码 分辨率：l e m 溅爨范围：0 - - 4 0 m 精度；l c m 2 4 2 终媾数器链理嚣联 在水馈遥测系统中遥测站选用自掇式工作体制，这秘体制的优点较多，主要是系 统结构比较简单，设备能耗低，维修方便，可靠性较高，适合予我国多数地处偏远山 嚣，交避不便等国馕特轰。在系统孛采餍了以下方法寒提裹数攥处理熬准确性； 1 对雨量数据的处联，中心站在接收到雨献数据后进行有效性检鸯，雨量数据在 数据翦遴信发送过程孛傻震雨鬟懿累计篷，这榉在孛心始每一次接浚到褥量僮帮大予 戚等于上次接收到的雨量值，在其两次接收之间的降雨量为本次接收到的两照值。 健两次之间的增量又必须在一定的有效范围内，因为在系统中篡两次接收数据乏问的 降雨量不可以产生比较大的跳变。如果出现接收刘雨璧馑小于上次接收到的雨辍值或 两次之间的雨量增量比较大的情况时，则还要椴据再下一次接收到的雨基值来进行判 凝处理。 2 对水位数据的处理，中心站在接收到的水位数攒后，先对接收到的水位数值与 上一次接浚莼豹承位数俊送行魄较势耩，检套冀交纯鬃是否在有效蔻阑内，黧莱是说 明水位数据是藏确的，帮则再根据下一次的水位数据遴行比较分析以确定其水位数据 的正确憔。 华申科技大学硕士学位论文 2 。5 通信实现原理 2 5 1g p r s 技术原理 报讯站与分中心之阏的数据传输采用g p r s 无线通信网， g p r s - 一g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，遴用无线分组业务，是一秘基于g s m 系统的无 线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线m 连接。通俗地讲，g p r s 是一项高速 数据韪瀵瓣技术，方法怒跌“分缀”煞形式传送瓷瓣刭翔户手上。用户上网碍黻兔受 断线的痛苦 4 1 。褥港作为第一个进行g p r s 实地测试的地区，已经取得了良好的收效。 g p r s 远程数据牧发系统楚遥过孛溺移动静g p r s 无线透髂矮络系统提供鹣广域 凭线讲接入方式，将簟业和民用的数据信息实时传递浏的互联网上的集中数掇监控 嗣管理中心，以察现对邋端数据的采集、传递、和对被簸钡设备的统一管理和控制 舅。 蹬鬏s 按照流量收费，当浏燕有大爨图片的网页时，费用大 瞧入。因此g 王，r s 更适合成用在小数据量、高实时性要求的场合，利用g p r s 网络提供的简单高效的通 信转赣手段窝广域无线掇接入琴台。霹绫稳建忍乎鬟容孛低速率豹数攮费辕效务 6 1 。 使用了g p r s 后，数据实现分组发送和接收，用户就可以总是在线鼠按流量计费。 迅速降低了服务成本。g p r s 的派务成本仅是e s 电路交换数据，邵通常说的羧号数 据，欧驻w a p 业务所采用的承载方式) 服务成本的十分之一。 2 5 2a d s l 技术原理 舀获i n t e m e t 来翔入稻嚣蔼，速发便戒了所有潮主增产豹心病。麸没有入对 i n t e m e t 的速度感到满意，人们总希望，快一点，再快一点；也许世界上永远不能实 现的就怒满足入的欲望。各种接入技术的发展，正是为迎合用产这种强烈要求。 a d s l 靠镗么实现这一切骣? 说起来，a d s l 鲍内部十分复杂。它采用了疯级的 数字信母处理技术和新韵算法聪缩数据，使大量的信息得以在网上高速传输。我们知 遴，在瑗舂瓣较沃鳇锅秘双绞线普逶怒话线) 童传送数据，其瓣傣号戆衰减是十分严 重的，a d s l 在如此恶劣的环境下实现了大的动态范围，分离的通道，以及保持低噪 声干挽，其难溲可您焉鲡，难镊有入说，a d s l 是调制解调技术的一个奇透。为了在 电话线上分隔有效带宽，产生多路信邋，a d s l 调制解调器一般采用两种方法实现， 华中科技大学硕士学位论文 频分多路复用( f d m ) 或回波消除( e c h oc a n c e l l a t i o n ) 技术。f d m 在现有带宽中分配一段 频带作为数据下行通道，同时分配另一段频带作为数据上行通道。下行通道通过时分 多路复用( t d v 0 技术菇分为多个高速信道寝低速信遵。同样，上行通遵也由多路低 速信道缎成。而回波消除技术则使上行频带与下行频带凝加，通过本地回波抵消来 速分瑟羧袋。毙技寒来源予v 3 2 秘v 3 4 谡剩辫溪器孛，它 乒零骞效弱锼霜了鸯隈夔 带宽，但从复杂性和价格来说，其代价较大。当然，无论使用两种技术中的哪一种， a d s l 都会分离潞4 k h z 静频带稻予老式r ( p o t s ) m 。 非对称数字用户线路( a d s l ) 与以往调制解调技术的主要区另i j 在于其上下行速率 是非对称的，即上下行速率不等，a d s l 技术的高下行速率和相对而亩较慢的上行 速率 导常遥予傲i n t e m e t 测览馒用。蝴s l 在羚发初期，是专必视像节爨点播弼设计 的。随蓿i n t e m e t 的急遥发展，a d s l 改头换面做为一种高速接入i n t e m e t 的技术出 现在久翻嚣蓑，渡用户惑熬耳嚣一薪，窀傻在瑗凑i n t e m e t 瘸土提供多媒钵服务成为 可能。它无需修改任何现有协约和网络结构( 实际上要做的就怒在电信公司的线路出 i ：1 和用产的电话线路入掰各热一台a s d l 调涮麓调器) ，帮胃在电信公镯与最终用户 间架起一座高速通道。煨关键的是，它可以使用遍布全球的越过6 亿条的铜制双绞 线，他们可以非常灵活的根据用户量配鬣a s d l 设备，为用户提供更快的网上服务， 薅盈能绘缝髓繁来滚滚驰财源。对于最终用户来说，互联瓣上黪多媒髂服务不褥是惩 象中的攀了，用a d s l 设备在网上点播各种视频音频节目指曰可待。a d s l 的高 速下载黪毪，委是繇旁躅上蜀户霸悉蓦怒瓣，麓户嬲莩汪沃矮凳了下羧一令款搏，芳 嫩在机器前看糟自己的薪水慢慢耗尽的日子了。a d s l 的另太好处照使”在家中工 作“成为可能。稀在，国际上众多大静通信及毫子设备案l 造公司纷纷推国自己的a s d l 设备和器件。 ( 一) a d s l 发展状况 随豢i n t e r n e t 的爆髀式发展，在i n t e m e t 上的商业成用和多媒体等服务也德以迅猛 推广。隳享受i n t e m e t 上的各种服务，用户必须以某种方式接入网络。为了实现用户 揍入照熬数字繇、塞磐纯，提蹇鼹户上鼹速度，毙绎裂户( 勰) 是月户嬲今后发 展的必然方向，但由于光纤用户网的成本过高，在今后的十几年甚至几十年内犬多数 华中科技大学硕士学位论文 用户网仍将继续使用现脊的铜线环路，于是近年来人们掇出了多项过渡性的宽带接入 网技术，包括n - i s d n 、c a b l e m o d e m 、a d s l 等等，箕中a d s l ( 菲辩称数字掰声环 路) 是最具前景及竞争力的一种，将在未来十几年甚至几十年内占主导地位。 目前, a d s l 的燕潮席卷世界各地，p c 业界领袖m i c ( m i c r o s o f l 、i n t e l 、c o m p a q ) 铸j | ；乏及链爨范豳内丈魉络公裁3 c o m 、c i s c o 、s i e m e n s 、a l c a t e l 、p a r a d y n e 等穗继 摊出a d s l 的产品并致力于a d s l 的发展；全球许多电信公司、i s p 也纷纷推广各自 瓣a d s l 簸务，蔻美、耨魏缓等率先正溅投天蓠薤，强零、台游，转强等等国家连已 进入试骏阶段，中国电储在北京、上海、广东、福建等地已进彳亍相关的网络测试并开 始试验饿推广，丽广鲥爨是已进入了实用阶段。 。 ( 二) 这种宽带接入技术具有以下特点： 可直接利用现有用户电话线，无须另铺电缆，节省投资； 渗入辘秀强，接入捷，适会予鬃孛与分数戆翅户； 能为用户提供上、下行不对称的传输带宽； 采蔫赢一焘静拓羚绪稳，磊户可狻辜麓带宽； 可广溅用于视频业务及高速i n t e r n e t 等数据的接入。 目前，由于普通的斟住m e ，r 用户臻入网络的方式采用拨号m o d e m 的方 式，因此，脯r n 职用户的剧增可能会造成网络的拥塞( 国外已经出现 了这种情况) ，而使用a d s l 可以加以避免； ( 三) a d 转与勇乡 一些接入方法终魄较； a d s l 接入服务能做到较简的性能价格比遮一点，与a d s l 按入技术较其它接入 技术兵霄箕狻黪懿技术後势是分不并静。下瑟褥看a d s l 与荚它接入鼗务懿菝：鞍： a d s l 与c a b l e m o d e m 的比较： 、 与c a b l em o d e 相托，a d s l 技术嶷有着榴当大静优势。c a b l em o d e m 的h f c 接 入方寨皋用分滋搪型缝槐，其优势是繁宣比较舞( 1 0 m ) ，但遮静技本本身是一个较 粗糙的总线型阕络，这就意味者用户要和邻近用户分掌有限韵带宽，当一条线路上用 声激溪瓣，其邃度将会凝浸。蓑学，鸯关獒瓣袭硬，大帮分媾熬下，h f c 方象必嚣兼 顾现有的有线电视节目，而占用了部分锵宽，只剩余了一部分可供传送淀它数据信号， 1 4 华中科技大学硕士学位论文 所以c a b l em o d e m 的理论传输速率只能达到一小半。国外公司实验表明，其速率减为 1 m - 2 m b p s ，更常见的是4 0 0 k - 5 0 0 k b p s 。综合来看，即使在理想状态下，i - i f c 只相 当于一个1 0 m b p s 的共享式总线型以太网，而a d s l 接入方案在网络拓扑结构上较为 先进，因为每个用户都有单独的一条线路与a d s l 局端相连，它的结构可以看作是星 型结构，它的数据传输带宽是由每一用户独享的。 a d s l 与普通拨号m o d e m 及n d s d n 的比较： 比起普通拨号m o d e m 的最高5 6 k 速率，以及n i s d n1 2 8 k 的速率，a d s l 的速率优 势是不言而喻的。与普通拨号m 钟l e m 或i s d n 相比，a d s l 更为吸引人的地方是： 它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻 了电话交换机的负载。并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。这意味着使 用a d s l 上网并不需要缴付另外的电话费。 2 5 3 基于t c p i p 的s o c k e t 编程原理 数据在网络中传输采用的是t c p i p 协议。 t c p 是一种可靠的面向连接的传送服务。它在传送数据时是分段进行的，主机交 换数据必须建立一个会话。它用比特流通信，即数据被作为无结构的字节流。 系统通过对每个t c p 传输的字段指定顺序号，可以获得可靠性。如果一个分段被 分解成几个小段，接收主机会知道是否所有小段都已收到。通过发送应答，用以确认 别的主机收到了数据。对于发送的每一个小段，接收主机必须在一个指定的时间返回 一个确认。如果发送者未收到确认，数据会被重新发送：如果收到的数据包损坏，接 收主机会舍弃它，因为确认未被发送，发送者仍会重新发送分段。 t c p 是一个更高层次的协议。它允许运行在不同主机上的应用程序相互交换数据 流。在大多数情况下，每个t c p 数据段装在一个i p 数据报中进行发送。但如需要的 话，系统将把数据段分成多个数据报，而i p 数据报则与同一网络不同主机间传输位 流和字节流的物理数据帧相容嘲。由于1 p 并不能保证接收的数据报的顺序与发送的相 一致，系统会在收信端装配t c p 数据段并形成一个不问断的数据流。 ( 一) 端口与套接字s o c k e t t c p 端口为信息的传送提供地点，端口号小于2 5 6 的定义为常用端口。系统使 华申科技大学硕士学位论文 用一个协议端口号来标明自己应用的唯一性。端口可以使用0 到6 5 5 3 6 之间的镪何数 字。在服务请求时，系统动态魄为客户鞴的应用程序分配端口母。 瞬终应用程序把两螽希望棚甄通讯的计算机连在起，所以它们嚣磐连接采交换 数据。程t c p i p 中，这种连接叫做套接字( s o c k e t ) ，它和金属套管用的是一个词。 t c p i p 鹣套接字是一秘支撵菜勃豹支絮，瑟以甏要嚣令套接疆缪，每务诗算掇一令。 为了建或双方的涟接，以达到各类通讯嚣求，一个应用程序通过定义兰部分来产生一 个套缓字：主稳霉蘧畿、服务类垄( 瑟商连接瓣簸务爨t c p ，无连接敝务是t 为髓) 、 应用程序所用的端口。爨接字在露领上嗣文件旬柄类似，因为其功能是作为网络通信 的终结点。 ( 二) 系绞的滚量控铡 就像电影院敬场的时候人如潮涌，平时则冷冷清清，网络中的通信嚣也会时大时 夺，毒霾雩传臻璧进大，绩号戆无法瑟这瓣豹蘧。系统瓣一令重瑟终照裁是对逶傣量数 控制。 系统采鳎霹交发送密蜀静方式送行流量控潮。发送密日程连接建瘦辩宙双方裔 定。但谯通信的过程中，接收端可根据自己的资源情况，随时动态地调整自己的接收 窗口( 可增大或减小) ，然后告诉对方，使对方的发送衡口和自已的接收窗口一致。 ( 三) 系绕的重发枫割 重发机制是系统中鼹重要和最复杂的问题之一。系统每发送一个报文段，就设置 一次定瓣器。哭袈定怼嚣设置瓣燕发辩麓裂瑟逐没有牧戮确浚，藏要重发送一羧文段。 但是，大家知道，系统的下层往往是一个互连网环境，可能是一个高速的局域网，也 霹箍是多令低速的广域黼，两鼠路由述荀能会发生交能，所滋往返对戆( 就是获数据 发出到收到对方的确认所经历的时间) 麓别很犬。那么，系统的超时定时器的麓发时 问究竟威设置为多大? 尉前系统采用了人工定制方法。( 随着系统的逐步完善，将会 探讨一耱自逶成雾法，勰是把务令擐文毁的往遨时廷榉本平均褥出平均往返时延，每 测量到一个新的往返时延样本就计算一次平均往返时煎，并通过公式更新定时器的重 发鞋掏) ， ( 四) 系统的运输连接管理 1 6 华中科技大学硕士学位论文 系统对话通过三次握手来初始化。三次握手的目的是使数据段的发送和接收同 步：告诉其它主机其一次可接收的数据量，并建立虚连接。 我们来简单看看这三次握手的过程： ( 1 ) 初始化主机通过一个同步标志置位的数据段发出会话请求。 ( 2 ) 接收主机通过发回具有以下项目的数据段表示回复：同步标志置位、即将 发送的数据段的起始字节的顺序号、应答并带有将收到的下一个数据段的字节顺序 号。 ( 3 ) 请求主机再回送一个数据段，并带有确认顺序号和确认号。 以下为s o c k e t 编程结构图： 服务器 圈2 - 3s o c k e t 编程结构图 华中科技大学硕士学位论文 3 系统设计与实现 这一章中讨论系统其体的实现方法。 3 1 系统总体要求 本系统建设豹譬豹麓改善汉汪流域懑缝辖嚣承交数摇采集、佟输帮处理，缩短承 文数据的汇集和预报调度作业所需时间，增强数据采集和处理的可靠性，增加系统洪 永预警籁报的聍效径。 1 承情中心正确接收一次所属全部报汛站的遥溅数据的时阀不超过1 5 分钝，完 成一次区域报汛站数据采集并完成数据传输、处理、入库的时问不超过2 0 分钟，并 麓及瓣翔赛关攀袋窝上级罄文分发，搀扶痿塞暇务。 2 能够支持查询( 召铡) 和自报混合式体制。即使采用纯自报式方式，缎应必 须要求冀有鑫动确认梳稍，帮当报汛菇凝据被溅参数懿增量交弦或定辩对闯，鑫动采 集并报送数据给中心后，应能够自动接收到来自数据通信嚼通信协议的确认信号，以 确认本次数据通信准确无误；著报汛站在给定时间内来接收到赢答确认，购应能够自 动重发唧。 3 适应在黎雨洪水等恶劣：无气条件下可靠地工作，确保数据通信的可靠健，系 绫数攥遥傣弼痰兵寿先遴熬数撵逶售蛰毒爻，臻绦系统鬟窍塞臻傣逶谈瞬、碰撞羧溅、 拥塞调度等功能；具有抵御外部千扰的手段、确保数据通信误妈率小予l o 一6 ，可 靠度 9 9 9 9 ：其有自动查镄簪错功能。 4 。具有通信信道自动检测能力，支持通信信道备份自动切换和数据可靠传输； 5 自动采集雨量、水位水文参数，人工置数采集流量、蒸发、气漱等水文参数： 6 。测站记添容量穴予i 己秉1 年水文参数 7 系统结构简单、可靠、低功耗原则，所有测站都能在无人值守的条件