GPRS在灌区取水计量远程监控系统中的研究与应用.doc

GPRS在灌区取水计量远程监控系统中的研究与应用水利信息化2010.16中国水利GPRS在灌区取水计量远程监控系统中的研究与应用郎志钦.于建营(河北省水利厅,05001l,石家庄)摘要:以(21世纪初期首都水资源可持续利用规划灌区节水项目量水监控设施建设的研发为例,介绍了利用GPRS实现灌区取水计量远程监控系统的构架,功能,数据管理和应用效果,表明GPRS是灌区取水计量远程实时监测的优选通信网络.关键词:灌区取水计量;GPRS;实时监测StudyontheapplicationofGPRSintheremotewaterintakemeasurementmonitorsysteminirrigationarea/LangZhiqin,YuJianyingAbstract:Withtheexampleofthedevelopmentofwatermonitorfacilitiesconstructionofwatersavingprojectinirrigationarea,itintroducestheapplicationofGPRStomonitorthewaterintakeremotely,anditsframework,function,datamanagementandeffect.ItshowsthatGPRSisbestnetworkforremotewaterintakemeasurementmonitorsysteminirrigationarea.Keywords:waterintakemeasurement:GPRS:instantmonitor中图分类号:TP393+$274.4文献标识码:B文章编号:10001123(2010)16005703灌区在保证农业灌溉,支持经济社会发展和维护生态平衡等方面发挥着重要作用.目前,水利系统已普遍监测大中型灌区水位,水质等要素.形成了一定规模的监测网,收集积累了大量资料,在水资源管理和合理开发利用灌区水资源等方面发挥着重要的作用.但目前灌区量水监测工作还存在许多问题,普遍存在着监测手段落后,信息传输不及时,时效性差等不足,影响了灌区监测资料质量.影响水资源决策判断,优化配置和合理开发.随着信息技术的快速发展.利用远程监控技术和现代通信技术.实现水资源现代化,信息化管理.符合水利发展十一五规划和水利信息化发展规划,是提高水资源管理能力,改善管理手段的有效途径.GPRS为通用分组无线业务的收稿日期:20100802作者简介:郎志钦(1955一),男.高级工程师.简称.是GSM系统中有关分组数据的标准.GPRS网络使得用户能够实现端到端的,广域的无线IP连接,充分利用共享无线信道,采用IPOverPPP实现数据终端的高速,远程接人.鉴于GPRS业务具有接入迅速,永远在线,流量计费等特点,GPRS业务在许多行业得到快速,广泛应用,尤其是远程遥测,遥感,遥控和移动性数据查询,发布等方面.在水文水资源,防汛抗旱,水土保持,节水灌溉,工程管理等方面得到了推广应用.21世纪初期首都水资源可持续利用规划灌区节水项目量水监控设施建设项目已初步通过专家验收,以其为例,从系统结构,功能,数据处理,应用效果几个方面介绍GPRS在灌区取水远程计量中的研究与应用一,系统构架灌溉取水计量远程监控系统主要由现场采集站点(水位,水量等),GPRS网络,数据管理中心等组成.如图1所示.现场采集站点.主要由信息采集终端,GPRS无线模块(H7710DTU)及电源等组成.信息采集终端主要完成来自监测物理量传感器信号的采集,数据转换,定时存储记录等;通过GPRS无线模块与数据管理中心)实时通信,接收控制指令,发送实时监测数据或历史记录数据等.GPRS网络.GPRS网络是在现有GSM(全球移动通信系统)网络中增加GGSN(GatewayGPRSSuppo一ingNode.网关GPRS支持节点)和SGSN(ServingGSN,服务GPRS支持节点)来实现的.SGSN通过帧中继连57水利信息化CHINAWATERRESOURCES2010.16图1灌区取水计景远程监控系统架构图接到基站系统.GGSN经由基于IP的GPRS骨干网与SGSN连通从而完成远程数据通信.数据管理中心.数据管理中心由通信服务器,应用管理机及实时监控管理软件构成.系统网络的接入可采用由GPRS骨干网经GGSN网经防火墙到lnternel公网接人方案.或APN接入路由器的专网接人方案.通过GPRS无线数据网络,实现信息的远程实时采集和数据管理.二,功能要求灌区取水计量远程监控系统不仅要自动完成监测,信息存储和信息远程传输.而且还要能够存很大程度上实现信息的自动化处理.系统采用现代计算机自动监控技术,无线网络技术,实现灌区水资源信息数据的自动采集,数据存储,数据传输和数据自动化处理.系统应主要具备以下几方面功能:1.自动采集功能自动采集分为连续采集和非连续采集.对于灌区来说,其变化相对平缓,采用非连续性的定时采集,也即相隔一定的时间进行一次监测,一般设定为15分钟或30分钟.2.数据存储功能南于系统采用非实时数据通信,所58以必须对定时监测数据进行存储记录.以便能够更准确地扑捉到每日的最高,景低水位值或突发事件引起的突变值.存储要有一定的容量,也就是说要存储一定时间长度的数据.在存储数据的格式和存储器容量确定的情况下.最大存储时间就与存储记录的间隔时间相关,该系统采用定时存储记录.时间间隔为15分钟,信息数据记录存储容量为1年.3.指令自动接收与数据自动传输功能信息测控终端设备要有能够对数据管理中心的指令自动接收和识别,执行等功能,根据指令要求自动查询数据,自动完成数据传输等.同时应具备远程配置功能,包括测控终端时钟校对,IP地址变更,域名变更,多中心设置,数据报送模式等.4.自动报送与单点招测功能在数据管理中心通信服务器(或监控机)连续工作状态下.采集站点信息采用定时自动报送模式,远端数据通过GPRSInternet直接报送到数据管理中心,否则要通过单点召测或巡测模式.单点召测功能还用于需要现时遥测站点信息情况,现时了解某站点灌区水位,流量等(或其他信息)状况5.数据管理功能数据管理中心对遥测的站点信息自动完成数据的分类,分时,分域,按照信息类别,时间,地域自动汇总,存储,按时段,地域,类别进行查询浏览,统计(平均值,最大值,最低值),并按水资源监测规范要求形成日报,月报,年报,以便上报或留档及资料整编.过程线图形管理.按时间轴,根据选定时间段绘制流量过程线,清晰,形象,直观地了解其变化情况6.水位一流量关系管理对于规则断面渠道的均匀流,在糙率一定情况下.过水断面流量可利用相关公式计算.对于非均匀流或在无法确定糙率的情况下.可根据站点控制断面的实测数据,系统采用最小二乘法进行回归处理,找f控制断面的水位一流量回归曲线和以一定分辨率(如:c-n)分辨的水位对应的流量表,便于分析,修改和自动查询.三,信息采集终端现场数据信息采集终端主要由变送器,测控终端,供电电源,避雷器等组成,详见图2.一GPRS/CDMA数一(RUT)端变送器.对于明渠自动测流,目前有直接断面流量法和水位流量推算法两种方法.直接断面流量法一般以进El超声波流量仪为主,仪器直接测定断面水位流速和过水断面水深.积算断面流量.水位流量推算法是测定明渠水位,根据明渠较为固定的水位一流量关系推算水量.对于自水利信息化动监控系统一般多采用监测明渠水位推求明渠水量的方法.明渠水位检测常采用的传感器有:超声波水位传感器,压力水位传感器,浮子水位传感器等.测控终端.位于实时监测现场.主要完成监测物理量的自动采集,数据转换,存储记录,GPRS模块通信控制,指令接收,远程配置,数据显示等管理功能.供电电源和工作模式.信息采集站点一般远离城镇.多采用太阳能供电或蓄电池供电.这就要求信息采集站点设备采用低功耗设计,具备中断(时间中断,远程唤醒中断)唤醒休眠功能.考虑灌区监测的特点,GPRS无线数据模块采用定时段开启方案和定时发送模式.并可通过数据管理中心远程配置系统设置四,系统管理中心系统管理中心是整个系统的管理枢纽,是系统的信息监控中心和信息管理中心,为系统提供运行平台和运行环境,包括硬件和软件.系统管理中心一般由通信服务器,应用客户机,通信接口(ADSLModem或路由器),防火墙等组成,其结构见图1所示.软件系统包括信息采集软件和数据管理软件,采用全中文操作,人性化界面,标准化通用数据结构,其结构如图3所示.五,应用效果该系统在2l世纪初期首都水资源可持续利用规划灌区节水项目量水监控设施建设项目中得到应用.主要在张家口,承德地区的大中型灌区得到推广,经过几年来的应用运行,取测站参数设置测站远程配置密码设置用户注销J数据处理记录查询修改数据常规查询数据综合查询GIS功能_电子地图/地理信息在线帮助图3系统功能结构示意图E1报表查询打印月报表查询打印年报表查询打印过程线绘制数据统计比较GIS基本操作功能专题图绘制综合分析功能2010.16中国水利得了良好的效果,用户和专家给予了高度评价,认为系统先进实用,准确可靠,安装简捷易操作.显现以下特点:GPRS是灌区取水计量远程实时监测的优选通信网络.GPRS是公用无线数据通信网络,有商家提供并收取一定的占用(租用)费,一般按流量收费.费用比较低,不需要用户维护,且具有可靠性高,实时性强,覆盖范围广等特点.用户系统建设成本,运营成本低.是灌区信息(或其他信息)远程实时监测的优选通信网络.时效性好.信息采集站点采用自动检测模式,定时存储记录,并定时报送或可随时响应数据管理中心的实时在线召测,将实时采集数据或历史存储记录数据发送给数据管理中心,提高了数据监测数据的实时性,准确性,可靠性和时效性.准确反映变化过程.信息采集站点一般为l5分钟记录一次数据,根据这些数据可以准确了解灌区水位,流量的变化过程.方便灵活.系统集成化程度高,组成比较简单,安装时只要将数据采集终端设备固定在避雨,避水的墙壁上,连接变送器,申办GPRS无线数据SIM卡即可.系统管理软件报表具有自动生成功能,可以对数据按照规范要求生成月报和年报,并可绘制各种专题分析图.提高了资