水资源远程监测管理系统.doc

沧州世纪昭阳网络科技有限公司 水资源远程实时监控网络管理系统白皮书 水资源远程实时测控系统技术白皮书沧 州 市 世 纪 昭 阳 网 络 科 技 有 限 公 司Cangzhou City Shijizhaoyang Web& Science Co.,Ltd.2006年9月地址：沧州市东风路121号邮编：061000电话传真：5515375网址：信箱：热线 39 页目 录1前 言32系统总体设计42.1水资源远程实时监控网络管理系统的示意图42.2以省为应用实体的水资源无线监控与管理系统构成示意图52.3系统组成53计量仪表和水泵控制设备53.1流量计63.2压力式水位计64水资源测控器（遥测终端）64.1测控器功能模块介绍64.2一般规定指标84.3功能和性能参数84.4电磁兼容114.5环境要求114.6安全要求114.7水资源测控器符合的国家和行业标准125GPRS/GSM传输网络系统125.1GPRS/GSM传输网络介绍125.2系统特点135.3GPRS/GSM模块主要功能特点145.4两种接入方式155.5GPRS/GSM核心应用模式156控制管理中心156.1管理中心硬件设备156.2管理中心控制软件166.2.1支撑应用软件的平台软件166.2.2应用软件功能模块166.2.3系统接口336.2.4数据库结构.341 前 言水是人类赖以生存的最重要的资源。中国的河川径流总量居世界第6位，水资源总量为28000亿m3，人均只有2480 m3，仅为世界平均数的1/4。水资源不足引发地下水超采，造成地下水位的持续下降，又进一步带来了地面沉降、地面塌陷、荒漠化及沙化、海水倒灌入侵等各种问题。同时，人们节水意识不强，浪费严重，更加剧了我国的水资源危机。“水危机”已成为制约21世纪中国社会经济、工农业发展的主要因素。如何实现水资源的可持续利用?在水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护的综合管理任务中，如何改变过去粗放式的管理方式，而采用集约式的现代管理方式?这些成为我国各级水利主管部门、水利专家学者、行业信息管理者共同思考的问题。为了解决这个难题，沧州世纪昭阳公司研究了许多国际水资源管理的成功经验，参考国内外水利专家先进理论，结合自己成熟的远程采集控制系统，推出了水资源远程实时监控网络管理系统，它以3S技术（RS遥感 、GIS地理信息系统、 GPS全球定位系统）、多媒体、无线网络等高新技术为支撑，对水资源信息进行实时监控和综合分析管理，变水资源的“供应管理”为“需求管理”，突出水质管理和水环境保护的重要性，强调水资源综合管理的地位和作用，真正实现了对水资源的高效利用和管理。世纪昭阳水资源远程实时监控网络管理系统已成功应用于水利行业的多项重要工程之中，受到用户的广泛好评，随着系统的推广和使用将给各地水政管理部门带来良好的经济效益和社会效益，同时也为全国建设节水型社会的目标贡献出我们的力量。2 水资源远程实时监控网络管理系统总体设计2.1 水资源远程实时监控网络管理系统的示意图2.2 以省为应用实体的水资源无线监控与管理系统构成示意图2.3 系统组成整个水资源远程实时监控网络管理系统可划分为四个部分：1. 计量仪表和水泵控制设备2. 水资源测控器3. GPRS传输网络4. 控制管理中心3 计量仪表和水泵控制设备常用的计量仪表包括上旋翼水表、超声波流量计、压力式水位计等。其主要功能是：测量用水的瞬时流量、累计流量、水位等多种数据，通过信号线，把采集数据发送给水资源测控器。3.1 流量计目前，市场上的流量计品种繁多，应用场合不同。由于地下水的水质较硬，水质中含垢、含悬浮颗粒较多，所以针对地下水的取水计量比较适合的流量计有：上旋翼式远传水表和超声波流量计。1. 流量计的功能是：测量水流量，通过信号线，把数据发送给水资源测控器。2. 主要技术要求l 流通能力大，不怕泥沙，防堵塞；l 计量性能稳定；l 压力损失小；l 可根据需要配制远传输出装置； l 无故障运行时间大于5万小时。3.2 压力式水位计1. 压力式水位计的功能是：测量水位，通过信号线，把数据发送给水资源测控器。2. 压力式水位计的工作原理：压力式水位计的传感器中内置扩散硅敏感元件，利用其压力电阻效应，将承受的液压转换成电信号，再由电压电流转换器，把电信号变换成4-20mA标准远传信号。计算公式： P = P1 + Q*H 其中：P:被测液体压力， P1:大气压力，H: 液体深度，Q：被测液体比重由于大气压随着地理位置高度的不同而变化，为了消除大气压变化引起的测量误差，传感器采用导气电缆，将大气压P1导入敏感元件另一侧，导气电缆的导气孔与大气连通。从而使计算公式变为：P = Q*H这样就消除了大气压力变化引起的测量误差，测量精度可达0.5 %。4 水资源测控器（遥测终端）4.1 测控器功能模块介绍该控制器以高性能的微电脑为核心，以智能卡（非接触高档射频卡）为数据载体，全表贴工艺，全工业级芯片设计，在软件和硬件上均有强大的抗干扰措施，保证控制器计量准确，运行稳定。该控制器技术领先、功能完备、安装便捷、使用方便。水资源测控器的主要功能是：数据采集发送、远程控制、自动报警等。本系统遥测终端的功能由水资源测控器实现，水资源测控器内含：数据采集模块、控制模块、存储模块、显示模块、备用电源模块、防雷击/防电涌模块、GPRS模块、接线端子等。我们开发的水资源测控器模块结构如图：显示模块控制模块电源模块计量模块表线故障检测模块读卡模块通讯模块时钟模块单片 机I/O扩展模块水位采集模块数据存储模块1 显示模块：静态显示，可以显示7位累计取水量和剩余用水量，6位水位数据。2 控制模块：控制3路继电器输出，输出触点有常开、常闭两种。触点容量AC220V， 10A。3 电源模块：内含防雷击保护器件，能有效防止雷电对设备的破坏。电源电压AC220V、AC380V可选。4 时钟模块：时钟精确到秒，停电后时钟能运行10年。5 水位采集模块：能采集1路水位数据，测量范围可从0.00米200.00米。6 计量模块：内含防抖动电路、抗干扰电路，保证计量用水量准确可靠。7 表线故障检测模块：能够自动检测水表信号线的开路、短路故障。当有人为破坏时，能够自动报警，并停止供水。8 读卡模块：采用进口高频射频芯片，读写卡有效距离10cm，IC卡为M1卡，读写速度快，可使用10万次。9 通讯模块：内含串行通讯芯片，用于传输数据或接收命令。10 I/O扩展模块：可以扩展2路数字输入量和2路数字输出量。11 单片机采用美国ATMEL公司生产的高性能单片机AT89C55WD，程序空间容量大，电磁兼容性好。12 存储模块：采用大容量、高可靠性的串行E2芯片，最大容量1M. 停电后数据可保存10年不丢失。4.2 一般规定指标1. 产品正常使用条件1) 环境温度：室外用产品 4085；2) 相对湿度：小于85；3) 大气压：86 kPa106 kPa；4) 工作电源：电源电压AC180-250V，50Hz2. 外观及结构1) 金属外壳应无裂纹，表面无褪色，无永久性污渍。金属外壳不露底层金属，表面无起泡、腐蚀及涂层脱落现象。各种标志（输入端子、输出端子和电源端子标志，以及如有电池盒时，电池极性标志）清晰。2) 零部件、紧固件安装应牢固无松动。操作件应操作灵活，无阻滞。3) 读卡器的读卡头结构参数应符合IS0/IEC14443-1：2001的规定。4) 外壳防护等级应符合GB4208-1993中的IP55级要求。 4.3 功能和性能参数1. 系统总体性能1) 本系统遥测终端的功能由水资源测控器实现，水资源测控器内含：数据采集模块、存储模块、显示模块、备用电源模块、防雷击/防电涌模块、通讯模块、接线端子等。水资源测控器的主要功能是：数据的定时或实时招测、发送、数据自记、自动报警、远程充值和启停泵控制、电机性能监测等。2) 系统完成一次包括全部遥测站数据收集和数据处理以及预报所需要的时间不超过10分钟；单井召测、控制、置参数等返回数据时间不大于10秒的概率大于95%；3) 现场测控器、中心站平均无故障工作时间大于30000小时（MTBF30000）。4) 系统可靠性99.5%5) 对要求水位检测的水井，数据的精度为5。抄表误差应为0.1%。6) 遥测终端应具备数据采集、处理、显示、发送和存储等功能。2. 读卡性能应能读取无触点集成电路接近式卡（射频卡）内的数据。读卡器的射频功率和信号接口应符合IS0/IEC14443-2：2001的规定。传输协议应符合IS0/IEC14443-3：2001的规定。读卡器的性能如下：工作频率：13.56MHz；通信速率：106kbps；读写距离：10mm。 3. 卡控功能用户划卡时，测控器可以把卡内数据读取并和以前测控器内的剩余用量进行累加；每次向测控器充值后，测控器记录充值次数及本次充值数量，同时将测控器中存储的历史用水数据写入IC卡内，用户在进行新的购水充值时历史数据将会自动写到节水办的卡控管理计算机中；在用户购水后未向测控器充值前卡遗失后，可以将遗失卡内的购水量充到补办的IC卡内，补办的卡与遗失的卡有相同的充值第次设置，保证充值的第次的唯一性，用户即使找到遗失的卡也无法向测控器充值。IC卡计算机管理系统可以制作管理卡、清零卡，管理卡可以读取所有测控器内的历史数据及配置参数，清零卡可以对每一台测控器的数据进行清零。用户卡必须与该用户的测控器地址号和充值第次一致才可以进行测控器充值。4. 远程通信功能测控器能通过RS232、485接口连接GSM/GPRS等通讯模块，采用内部的HCP规约，向上位机发送数据。远程控制功能包括：1) 召测：具有单井和群井实时、定时召测功能。电脑召测的水量数据必须和水表、控制柜上的数据完全一致，且准确稳定。因故障原因，无法及时召测数据的，应提示可能出现的故障原因。正常召测后，水资源测控器上以往的自记数据应当立即召回显示储存。2) 充值：必须具有电脑远程充值功能，且准确无误。如因通讯原因出现无响应现象（包括召测和启停泵），不得出现误充、多充、少充等其他情况（具有纠错功能）。充值成功后采用短信的方式通知到用户登记的手机号上。3) 启（停）泵：购买水量用完后将自动停泵并可实现远程控制启（停）泵，充值后自动启泵。水位定时召测时，停泵后静水位的测量采用定时实时发送。需对单井或群井启（停）泵的，其范围的设定由招标人提供中标人，实行定时群控。4) 远程设测控器表底数：在每次更换水表时，需要通过在中心计算机上将测控器的初始累计用水量值与水表的初始表底数设为一致。5) 每次对召测、充值、启（停）泵的操作，均应显示用户名称、累计水量、剩余水量、瞬时流量、水位埋深、时间等数据。6) 可以通过中心控制软件设置测控器上报数据的频次，可以设定水位、累计用水量、剩余水量、表具攻击、市电掉电、蓄电池电压等上下线报警值；可以将报警数据通过短信方式发送到预先设置好的手机号中。5. 数据采集和处理功能1) 脉冲发讯水表数据采集l 产品联机运行时应能读取单个脉冲水表（脉冲频率不大于3Hz，干式触点输出，幅值0V5V，幅值偏差5%）的计量脉冲输出，每计量1个脉冲，控制器内的剩余用水量减1，累计用水量加1；当控制器内的剩余用水量递减到0时，继电器输出触点断开（停止供水）。l 表线故障报警功能：水资源测控器能够检测水表脉冲线的线路状态（正常或故障），当线路发生故障（开路或短路）时，水资源测控器的表线故障指示灯亮，同时蜂鸣器响，继电器输出触点断开（停止供水）。l 从上电到断电的整个运行过程中，抄表误差0.1%。l 可以手动和远程设定测控器初始累计用水量使之与水表的表底数一致。l 可以识别水表的正反转：分别采集正累计流量和负累计流量并且正累计流量减负累计流量应等于水表的读数，误差应在0.1%以内。2) 智能水表数据采集：可以通过RS232、485接口采集如超声波流量计、电磁流量计等数值水表的数据。3) 水位采集功能：支持压力式水位计、浮子式编码水位计、其他通过通讯接口连接的智能水位计的数据采集。水位采集精度0.5%.4) 阶梯水价设置功能，可以通过远程、或者IC卡设置该用户的阶梯水价，用户进行IC卡充值实际是预存水费，测控器可以根据该月的累计用水量自动计算出对应的购水量。6. 显示功能显示的内容主要应有：累计水量（已用水量、正累计水量、负累计水量）、剩余水量（购买水量）、瞬时流量、水位埋深、时间、电源工作状态指示、接收及警报信号指示等。以上显示可以采用滚动显示，配合面板按钮也可以固定显示某个实时数据。7. 下限报警功能当测控器内的剩余用水量小于等于报警下限（可用卡设置）时，测控器的下限报警指示灯亮，提醒用户及时购水充值。同时可以是水位、蓄电池电压等下限报警。8. 数据存储功能测控器可以设定以每小时为时间间隔的数据存储策略，实际可用存储容量应大于128K，掉电不丢失，数据可保存10年。当用IC卡读取内部值后，可在上位机上显示存储的值。9. 输出控制功能产品具有继电器输出控制接口，在剩余用水量为零或表线故障时自动断开继电器触点，停止供水。10. 电源测控器功耗应不大于10W。采用浮充蓄电池作为备用电源，断电运行，外部供电故障系统正常运行时间不低于2天。4.4 电磁兼容1. 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度2. 静电放电抗扰度3. 电快速瞬变脉冲群抗扰度4. 浪涌（冲击）抗扰度4.5 环境要求1. 气候环境适应性要求1) 环境温度：室外用产品 4085；2) 相对湿度：小于85；3) 大气压：86 kPa106 kPa；4) 工作电源：电源电压AC220V，50Hz2. 机械环境适应性4.6 安全要求1. 基本安全要求2. 绝缘电阻3. 抗电强度4. 接触电流4.7 水资源测控器符合的国家和行业标准1. GB/T191-2000 包装储运图示标志2. GB/T2423.1-2001 电工电子产品环境试验 试验A：低温3. GB/T2423.2-2001 电工电子产品环境试验 试验B：高温4. GB/T 2423.4-1993 电工电子产品基本环境试验规程 试验Db：交变湿热试验方法5. GB/T2423.5-1995 电工电子产品环境试验 试验Ea和导则：冲击6. GB/T2423.6-1995 电工电子产品环境试验 试验Eb和导则:：碰撞 7. GB/T2423.10-1995 电工电子产品环境试验 试验Fc和导则:：振动（正弦）8. GB/T 4208-1993 外壳防护等级（IP代码）9. GB/T 4798.1-1986 电工电子产品应用环境条件 贮存10. GB4943-2001 信息技术设备的安全11. GB/T 9813-2000 微型计算机通用规范12. GB 9969.1-1998 工业产品使用说明书 总则13. GB/T 14436-1993 工业产品保证文件 总则14. GB/T 15464-1995 仪器仪表包装通用技术条件15. GB/T 17626.2-1998 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验16. GB/T 17626.4-1998 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验17. GB/T 17626.5-1999 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验18. GB/T 17626.11-1999 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验19. IS0/IEC14443-1：2001 识别卡/无触点集成电路卡/接近式卡 物理特性20. IS0/IEC14443-2：2001 识别卡/无触点集成电路卡/接近式卡 射频功率和信号接口21. IS0/IEC14443-4：2001 识别卡/无触点集成电路卡/接近式卡 第四部分：传输协议5 GPRS/GSM传输网络系统5.1 GPRS/GSM传输网络介绍GPRS/GSM传输网络负责实现数据的无线传输功能。GPRS方式实时在线，可按流量计费；GSM方式可定时/手动发送、接收短信，按条计费。用GPRS/GSM方式实现无线远程传输，高效低成本，特别适合水务部门控制井点多、分散、中小流量的数据传输特点。本系统提供三层保障：l 以专线（或者宽带互联网专线）GPRS为主；l 以GPRSGPRS为辅（申请移动的APN业务）；l 以GSMGSM作为最后保障。当专网通信出现故障时，通讯通过RS232口连接的GPRS模块与采集器的GPRS模块直接通讯，当GPRS通信也出现故障时，通讯服务器可由GSM模块与采集器的GSM模块直接通讯。GPRS网络通讯原理图：GPRS网络通讯原理图5.2 系统特点1. 强化了对取水用水的统一监控管理的实时性：节水办可以实时在线监测到各个取水口的累计取水量、水位等实时数据，能实现取水用水、水费征收月度报表功能。2. 全部利用专线连接移动专网以及三种无线通讯备份：实现了安全可靠的网络通讯系统。3. 实现通讯平台的低成本和一体化运行：保证高的带宽和低廉的月使用费。在*省水利厅统一与*省移动商谈好GPRS各个点的包月费后，各个地市、区县将享受到特别优惠的包月服务费用。4. 采用了统一的数据交换标准后可以实现不同的地区应用系统之间的数据交换和共享。5. 实时性强由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理大量采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。6. 大大减低水资源监控系统建设成本和运行费用。由于采用统一通讯服务平台和利用了水利专网以及以将来以省水利厅为整体的GPRS包月服务策略，大大降低了各个地方的建设和运行成本。前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低。7. 覆盖范围广GPRS覆盖范围广，在无线GPRS/GSM网络的覆盖范围之内，都可以完成对测控器的控制和管理，而且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。8. 系统的传输容量大地市服务器要和每一个计量数据采集点保持实时连接。由于数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。9. 数据传送速率高每个数据采集点每次数据传输量在1Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（10Kbps）的需求。5.3 GPRS/GSM模块主要功能特点1. 使用方便、灵活、可靠2. 支持双频GSM/GPRS3. 符合ETSI GSM Phase 2+标准4. 数据中断永远在线5. 实时时钟6. 支持A5/1&A5/5加密算法7. 透明数据传输与协议转换8. 支持虚拟数据专用网9. 端消息数据备用通道（选项）10. 支持动态数据中心域名和IP地址11. STK卡特殊功能配置12. 支持TTL/RS-232/485或以太接口13. 支持音频接口，方便维护操作14. 系统配置和维护接口15. 通过Xmodem协议进行软件升级16. 支持空中软件升级和远程维护17. 自诊断和告警输出18. 抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求19. 防潮设计，适合室外应用5.4 两种接入方式1. GPRS无线接入方式（在GPRS/GSM模块上设置移动内网固定IP）2. INTERNET互联网接入方式（需要为管理中心计算机申请一个动态域名）5.5 GPRS/GSM核心应用模式GPRS/GSM模块支持四种核心应用模式：每种模式支持常连接方式和中心呼叫激活回传方式。1. RCP ：GPRS/GSM模块通过mc8k 服务器进行可靠数据通讯 2. ByPassRCP/UDP ：GPRS/GSM模块通过mc8k 服务器进行UDP数据通讯3. TCP：GPRS/GSM模块直接与用户应用服务器进行数据通讯4. UDP：GPRS/GSM模块直接与用户应用服务器进行数据通讯6 控制管理中心6.1 管理中心硬件设备管理中心的硬件设备主要由通讯主站服务器、WEB应用服务器、数据库服务器、路由器、硬件防火墙、网络交换机、磁盘阵列、工作站（计算机）、打印机、UPS电源等组成。l 通讯主站服务器：运行GPRS通讯数据传输软件，负责接收和发送各个监控点的水资源监控器的采集数据、传送控制命令等，并将采集的数据发送到水资源监控中心的应用服务器。通讯服务器主站通过移动专线（互联网专线）接入移动网，再通过GPRS网络与采集点的水资源测控器实现双向通讯。l WEB应用服务器、数据库服务器：提供取水实时监控及管理软件服务。l 防火墙：目的是在内部、外部两个网络之间建立一个安全控制点，通过允许、拒绝或重新定向经过防火墙的数据流，对进、出内部网络的服务和访问进行审计和控制。恰当的将其部署到网络中的合适位置，对之进行正确的策略定制和管理，可将大部分网络攻击抵挡在防火墙之外，保护整个网络系统的安全。l UPS电源：市电断电后，可给数据库服务器、终端计算机、打印机等负载供电，使之正常工作。6.2 管理中心控制软件6.2.1 支撑应用软件的平台软件1. 数据库服务器软件1) 操作系统：windows 2003 server2) 数据库管理系统：SQL 2000 企业版/标准版2. WEB应用服务器软件1) 操作系统：WINDOWS操作系统2) J2EE应用服务器：JBOSS3) 开发工具：Eclipse3.1.04) 数据展示、表单工具：明宇报表系统3. 客户端软件1) 操作系统：沿用（Windows 2000 /XP/98/ME）2) 浏览器：IE66.2.2 应用软件功能模块水资源远程实时监控网络管理系统的中心管理软件包括如下图所示的几大功能模块：基本信息管理、远程操作管理、售水业务管理、统计分析管理、报表输出管理、系统参数设置。水资源远程监测系统报表输出管理统计分析管理系统参数设置售水业务管理远程操作管理 基本信息管理 其中每个功能模块都由若干个相关的子功能模块组成。通过综合分析和归纳各个子系统的设计开发对软件环境的具体要求，并在广泛深入调研各种软件技术及开发工具的可用性、成熟性、先进性等的基础上，提出系统开发运行的软件环境。1. 基本信息管理（用户管理、自备井管理） 用户信息管理1) 增加用户当某些取水用户安装了远程监控设备，并且要纳入管理时，需要增加该单位的基本情况。录入用户基本信息的同时，录入该用户的取水许可证、计划用水等信息。用户基本信息添加页面如下（例图）：2) 查询用户信息查询用户信息，有以下几种方式：web界面、csv、Excel、xml格式。其中web界面格式显示用户关心的内容，其他的格式显示全部的内容。另外，在web查询界面，有删除和修改用户信息的操作功能。Web界面格式的查询界面如下所示：3) 删除用户信息删除用户信息的同时，与该用户相关的信息，如：自备井信息、取水计划等信息也会相应地删除。4) 修改用户信息当输入有误，或者用户信息有变时，可以修改用户信息的部分或者全部的内容。5) 统计用户信息在查询用户信息的界面，可以按照用户的编号、所属的行业、取水的性质以及管理该用户的管理员等，统计用户的数目。6) 数据词典用户基本情况表=主键+添加表信息的时间+用户的编号+用户名称+所在的行政区+单位性质+所属行业+法人+坐标x+坐标y+主管机关+主管人员+详细地址（包括：地址+联系人+手机号码+电话）+取水许可证+收费情况+自备井情况+每月的取水情况+备注 自备井信息管理1) 增加自备井信息在主键不重复的情况下增加水井信息。同时增加测控器信息，和表具信息，在增加测控器信息时，SIM卡号和测控器地址不能为空。当需要装备多个表的时候，可以为一个水井，同时增加多个表具。2) 查询自备井信息同查询用户信息一样，查询自备井信息，有以下几种方式：web界面、csv、Excel、xml格式。其中web界面格式显示用户关心的内容，其他的格式显示全部的内容。另外，在web查询界面，有删除和修改自备井信息的操作功能。l Web界面格式的查询界面如下所示l Execl格式的输出形式如图3) 删除自备井信息删除自备井信息的同时，与该自备井相关的信息，如：测控器，表具等信息也会相应地删除。4) 修改自备井信息当输入有误，或者自备井信息有变时，可以修改自备井信息的部分或者全部的内容。5) 统计自备井信息按照自备井的井深、所属区、取水性质统计井的数目。6) 数据词典自备井基本情况表=主键+所属用户+水井编号+水井的名称+井位置+井所属区+坐标x+坐标y+水位计安装深度+井口标高+凿井时间+水井验收时间+有无泵房+井口径+取水的用途+取水层位+水质类型+井管的类型+水井的召测信息（水位+水温+瞬时流量+累计用水量+测控器地址+SIM卡号+水压+）+表具+水源+测控器+备注2. 远程操作管理包括远程命令、命令信息管理、命令对象管理。其中远程命令包括召测、远程充值、远程设置表底值、远程设置充值次数、上次充值成功的记录、控制水泵启、停。远程召测有定时自动上报和手动召测两种手段。命令信息管理是指对于进行远程操作的所有命令都保存有完整的记录，可以在发出命令的同时记录下来，并进行浏览、按照命令类型或者井号查询等。命令对象管理是指对发出命令的对象-单井或者多个井进行管理，如，按照用户的名称，对所属该用户的所有水井，发出远程命令（召测、充值等全部命令的一种），或者针对水井号，SIM卡号、测控器地址，表号等单井，发出远程命令1) 远程命令l 远程命令的实现如图所示：2) 命令信息管理数据词典l 数据词典命令信息管理的数据词典=主键+命令发出时间+用户的编号+水井的编号+SIM卡号+瞬时流量+累计用量+充值数+充值的时间+操作人员+剩余水量+水位+水压+水泵的启停+结果正常与否。l 命令查询查询远程命令可以按照井号、命令类型进行，如图所示：l 召测信息处理对于召测回来的信息，我们用来统计用户的每月取水量，作为分析行业取水情况、取水量和工业产值的对比，与用户的取水计划，水价策略相结合，作为收取水费的依据。l 通讯费用统计l 远程召测各种统计：3) 命令对象管理所发出的远程命令可以针对单个井也可以针对多个井下发，如图3. 售水业务管理售水业务管理模块是本系统的重要组成部分，内容较为复杂，因此其功能要求人性化，操作简便化。售水业务具体功能应包括如下所示的：正常售水管理、折算售水管理两大部分。售水业务管理正常售水管理折算调节管理1) 正常售水管理正常售水管理指：本单位单井用水量在不足时用户需到节水办办理购水业务。具体数据流程图如下所示：购买量选择条件售水信息表显示统计信息显示查询售信息选择条件与计划量对比显示购买基本情况：计划量、购买水量、超出计划量、购买价格、金额发票打印购买月份区间信息反馈购买金额换算水量单井计划表井控制柜2) 数据词典售水信息表年份用户编号井号售出时间售出水量水资源费 （5种性质）污水处理费+操作员姓名售出时间日期时间水资源费售出水量水资源费价格污水处理费售出水量污水处理费价格地矿费售出水量地矿费价格操作员姓名注册用户表+真实姓名单位总计划表年份用户编号月份工业生活商服特殊单井计划表年份用户编号水井编号月份工业生活商服特殊3) 功能实现用户（或节水办）根据节水办下达的自备井总用水计划分配给该用户的每眼井，节水办按照分配水量进行售水分配。在正常售水业务中用户可选择水量、金额购买进行购买，确认无误后远程发送至井控制柜，当井控制柜收到无误信息后发送信息至用户管理员，同时记入售水信息表数据表。在查询时可按照：用户编号、井号、时间、金额、水量进行复合查询。在统计时可按照：用户编号、时间段、金额上下线、水量上下线统计。l 梯水价分类l 办理售水业务l 取水计划下达4. 折算调节管理折算调节指：本单位多井、多种用水性质的同时某井用水量不足，可从其他不同井、不同用水性质的水量调整到本井，形成水价的不同需要折算处理。单位多井多种性质调整水量时数据流程图如下所示：单位所有井列表自备井信息表1井2井3井N井调整调整显示调整内容：1井（增加、减少）|调节数量|价格|金额N井（增加、减少）|调节数量|价格|金额水量调节信息表N/Y井控制柜各井调整类型调整调整各井调整数量1) 数据词典水量调节信息表年份编号井号时间数量金额调整类别调整类别：增加|减少时间：日期时间金额数量购买综合水价（根据本井的用水性质和管网区域确定用水综合价格，包括水资源费、排污费、地矿费）2) 功能实现此模块主要针对单位多井间进行调整水量的实现，具体步骤如下： 显示选择单位的所有井（从自备井信息表中提取） 提取各井价格 选择每眼井的调整类别 输入参与调整井的调整数量 显示此单位的各眼井的调整信息并加以确认 远程发送调整数据给参与调整的每眼井 把调整数据存储于水量调节信息表中l 水价调整5. 统计分析管理针对已有的数据进行图表分析，主要图表有：1) 分析某用户的某个时间段中，以年度、月份、日、小时为单位，取水量，瞬时取水量的变化曲线图和柱状图2) 分析某个用户的某个时间段，以年度、月份、日、小时为单位，每个水井的取水量，瞬时取水量变化曲线图和柱状图3) 某个行政区域内，某个行业某个时间段内，取水量的取水曲线和柱状图。4) 某个行政区域内，某个行业某个时间段内，各取水用户，取水量相比较的取水曲线和柱状图。5) 某个用户的工业产值和取水量比较图，以及历史同时期取水量对比图l 取水量历史对比曲线图l 取水量历史对比柱状图6. 报表输出管理报表输出有多种形式：xml、excel、csv等。对于基本信息类，如：用户基本情况表、自备井基本情况表召测信息表等，报表输出格式，采用的xml、excel、csv格式，对于复杂的报表采用了专用的报表输出，如对于用户取水月报表、年报表等，如图所示：7. 系统参数设置基础代码主要包括行政区划、用水性质、行业、所属的流域等。l 添加子流域l 行政区维护l 水价维护8. 用户的权限包括对用户信息、自备井信息的增加、修改、删除、查询，对远程命令的操作等五级权限管理：用户权限（可以添加不同的用户和登陆密码）、角色权限（不同的用户可以对应一个或者多个角色，每个角色可以赋给不同的资源权限）、资源权限（资源权限指最小应用系统的原子功能，如添加水井、远程充值等）、界面权限（指对资源的增、删、改、查权限）、数据权限（按角色行政管理的范围赋权只能操作本范围内的应用功能对应的数据，如只能招测或者修改中原区范围内的取水户信息数据等等）l 原子功能权限集l 增加角色l 角色赋权l 配置命名资源功能权限9. COM端口设置 COM端口设置主要是对电脑与控制盒的接口设置和测试。6.2.3 系统接口系统接口设计图：城区地下水自动监测系统是对城市自备井的水位、水量等参数进行远程监测与管理的自动化远程监控信息系统，它运行于独立的服务器上，同时，系统将考虑与业主方所有的信息系统（包括：地理信息系统、节约用水管理系统等）对接。本系统与业主方所有的系统对接主要实现：1. 保证水资源实时监控与管理系统与业主方将要有业务系统间无任何运行冲突，并和用户方现有的节约用水管理系统在同一局域网中正常运行，同一局域网中的计算机，可以同时运行水资源监控管理系统、节约用水管理系统、地理信息系统等客户端软件；2. 实现与业主方将要有的业务系统间关联数据的共享与调用。本系统将提供开放式的XML数据通讯方式，将系统中涉及的自备井信息、售水收费管理相关信息、用水计划信息等通过XML数据格式输出，同时对XML文档中涉及的数据格式进行详尽描述，以便其它系统调用。本系统与其它系统之间的数据通信关系见上图所示。6.2.4 数据库结构1. 数据库设计原则数据库设计是信息系统建设的一个重要环节，没有大量的、准确的、实时的数据采集，就谈不上信息的加工处理。因此，在本系统数据库设计时，要求数据结构分明、易于管理，以最佳方式组织数据，使数据库在逻辑上划分合理，减少数据的冗余，实现数据的共享；数据库的组织要可靠性高，便于维护。扩充与更新，便于信息查询。为了提高软件开发的质量和效率，针对信息服务系统所采用的网络环境，在数据库设计中必须遵循以下原则：1) 层次分明，布局合理2) 保证数据结构化、规范化、编码标准化3) 数据的独立性和可扩展性4) 共享数据的正确性和一致性5) 减少不必要的冗余6) 保证数据的安全可靠7) 与现有资料的兼容性2. 数据库整体结构参考中国水利水电出版社出版的水资源实时监控管理系统理论与实践，根据城市节水办业务的实际需求，并考虑到系统未来可扩展性的需要，将本系统划分为以下六大数据库：1) 空间数据库2) 基础业务信息库3) 水资源监控信息库4) 模型库5) 专家知识库6) 其他辅助信息库3. 基础业务信息库该库主要用来存储城市供水节水业务中涉及到的基础信息，包括：1) 地表供水源地：主要包括实时水位、进库流量、下泻流量、实时蓄水量等；2) 地下水源地：主要包括水源地名称、年开采量、评价总量等；3) 地下水开采井：主要包括位置、含水层、水位、开采量等；4) 地下水动态：主要包括监测点位置、监测时间、监测含水层、实时水位等。另外，本库具体还涉及到行政区划信息、流域信息、取水工程信息、取水用户信息、自备井信息、测控器信息、取水价格信息、取水计划信息等。这类信息是数据更新频度较低或基本不变的表，我们通常称为基本信息表。4. 水资源监控信息库水资源监控信息库主要存储水资源监控的实时信息、历史信息及与水资源监控相关的数据信息。1) 实时信息：主要包括水井编号、采集时间、水泵开启状态、水位、瞬时流量、累计流量、剩余水量等；2) 历史信息：主要包括水井编号、召测时间、水位、累计水量等；3) 设备运行状况信息：主要包括时间、设备编号、设备工作状态、通讯方式等；4) 月取水记录信息：主要包括用户ID、地表水计划取水量、地下水计划取水量、地表水实际取水量、地下水实际取水量等。5. 其他辅助信息库用于存储系统的用户权限信息、远程命令信息、系统资源信息、开发实现过程的临时信息等，该类信息作为系统运行的辅助信息存在，数据表更新的频率较高，一些数据表在系统运行时被加载为数据库视图在系统被频繁调用，但这些信息往往与系统业务数据没有太多的相关性，因此，被独立建库存储。6. 要素编码设计代码标准制定要讲究科学性、系统性。依据现行国家标准及行业标准，并结合水利科学的特性与特点，以适应信息处理为目标，对水利工程基础设施按类别、属性或特征进行科学编码。1) 代码的编制要参照以下的原则进行l 唯一性：每一个编码对象仅有一个代码，一个代码只标识一个编码对象。相对稳定性。编码体系以各要素相对稳定的属性或特征为基础，编码在位数上也留有一定的余地，能在较长时间里不发生重大变更。l 完整性和可扩展性：编码既反映要素的属性，又反映要素间的相互关系，具有完整性。编码结构留有适当的扩充余地。l 实用性：编码尽可能简短和便于记忆。2) 本系统涉及到的主要要素编码包括：l 河流编码：编码长度为6位，格式如下：流域、水系一级支流编号二级或二级以下支流BT FF SSBT：2位字母表示流域、水系，如：取值HA或者HB，分别表示珠江流域西江水系、北江水系。FFSS：FF表示一级支流编号，当是干流，FF为00；SS表示二级或二级以下支流的编号，当是一级支流，SS为00。参照中国河流名称代码SL249-1999，l 河段编码：在河流编码的基础上前面增加类型码“HD”,后面增加四位序号表示。编码长度为12位，格式如下：河流编码河段序号HD BTFFSS XXXX工程类型，取“HD”l 河流断面编码：在河流编码的基础上扩展得到，编码长度为11位，格式如下：工程类型，取“L”河流编码断面序号A BTFFSS NNN Y断面相关位置其中：A SL 213-98 给定的工程分类标识符，取为“L”BTFFSS 为河流编码NNN 为断面序号Y 为断面在河流中的相关位置，取范围为 1-9l 行政区划编码县以上行政区划，编码原则是6位数字的组合码，按层次分别表示我国各省（自治区、直辖市）、地区（市、州、盟）、县（区、市、旗）的名称，编码格式如下：省（自治区、直辖市）省直辖市、地区县（市辖区、省直辖县级市、旗）AA BB CCAA、BB、CC：分别用2位数字母表示，取值参见中华人民共和国行政区划代码GBT2260-1995乡镇和村庄编码，在其所属县（市辖区、省直辖县级市、旗）的六位码后加下划线及四位代码。前二位为乡镇，后二位为村庄。沧州市世纪昭阳网络科技有限公司自动化工程部2006年9月The security of the vector data is related to state and national security, data sharing, etc. It is the major demand of the state and society that should be solved at present. Digital watermarking technology is one of the cutting-edge technology in information security recently developed, and one of the powerful trick to protect the vector data. At present, research on the watermark generation, embedding and extraction for the vector data is