DB43-T 2765-2023 大坝安全监测数据通信规约

ICS27.140CCSP59大坝安全监测数据通信规约TransmissionprotocolsfordamsafetymonitoringdataDB43/T2765—2023前言 Ⅲ 2规范性引用文件 3术语、符号和代码 5监测系统基本构成 6通信与传输 7监测站（遥测终端)通信规约 8平台通信规约 9巡查终端通信规约 附录A（规范性）采集设备、智能传感器和其他监测设备的寄存器功能和地址表 附录B（规范性）大坝安全监测元素信息标识符定义 附录C（规范性）传感器类型代码 附录D（规范性）监测类型代码 附录E（规范性）传输状态代码 DB43/T2765—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由湖南省水利厅提出并归口。本文件起草单位：湖南省水利水电科学研究院、长江水利委员会长江科学院、中电科新防务技术有限公司、湖南省科宏大坝监测中心有限公司。本文件主要起草人：王祥、梁经纬、伍佑伦、宋子龙、吴苏、喻成、黄跃文、潘志德、姜楚、毛索颖、赵毕坚、李璐、韩振宇、朱渊、陈迪、杨媛丽、任朝栋、范泽中、王钦。大坝安全监测数据通信规约本文件规定了大坝安全监测系统的数据传输网络方式、链路协议、数据通信规约等技术要求，给出了大坝安全监测数据传输规约类标准的编制依据。本文件适用于水利部门主管的水库大坝安全监测系统的信息采集和传输，其他部门管理的水库可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2260中华人民共和国行政区划代码GB/T28181公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求GB/T33745物联网术语GB/T33905.3智能传感器第3部分：术语GB/T50095水文基本术语和符号标准SL26水利水电工程技术术语SL/T213水利对象分类与编码总则SL268大坝安全自动监测系统设备基本技术条件SL/T292水利系统通信业务技术导则SL551土石坝安全监测技术规范SL601混凝土坝安全监测技术规范SL/T651水文监测数据通信规约SL766大坝安全监测系统鉴定技术规范SL/T803水利网络安全保护技术规范SL/T812.1水利监测数据传输规约第1部分总则GM/T0008安全芯片密码检测准则3术语、符号和代码3.1术语和定义GB/T50095、SL26、SL/T812.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。监测平台monitoringplatform承担水库大坝安全监测数据的接收、解析、处理、储存、转发、交互的信息化平台。DB43/T2765—2023监测站monitoringstation为收集监测数据而在水库特定区域设立的，能按照预设指令或远程控制指令自动完成数据采集、存储、处理、传输等功能的设备集合。视频监视站videostation指监控摄像头、监控网络、监控主机和显示设备集合的总称。预警站warningstation指安装有声、光报警装置的站点，依据指令或监测监视情况发出安全预警信息。采集设备acquisitiondevice指按某种数据采集方式进行数据采集的设备，具备传感器信号的采集、处理、储存、传输等功能，如智能传感器、信号处理模块、多功能信号采集仪等设备。监测要素monitoringessential指通过监测采集设备获取的库水位、雨量、温度、渗压、渗流量、位移、应力、应变、视频及图片等监测数据或信息。信息元素informationelements特指描述具体大坝安全监测要素（参数）属性及其情势物理量的信息体。本文主要指大坝安全监测要素（参数）、监测站、视频监视站等设备运行参数。一体化监测设备integratedmonitoringequipment指集监测数据感知、采集、处理、传输及供电等多种功能于一体的监测设备，可直接与监测平台通信。3.2符号和代号GB/T50095、SL26等标准界定的以及表1的符号、代号和缩略语适用于本标准。表1符号、代号和缩略语GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）即全球导航卫星系统，它泛指所有的卫星导激活态用以接收下行数据，而在剩余时间段关闭接收机进入体眠态，信止接收下行数据的一DB43/T2765—20234总则各级各类水库大坝安全监测系统的设计与建设以及相关设备的生产制造应符合本文件的规定。采集设备、监测站接口及数据通信协议应符合数据采集通信规约，监测站、视频监视站、预警站、巡查终端与监测平台之间的数据传输通信协议应符合报文传输规约。大坝安全监测系统涉及的仪器设备产品制造除应符合本文件规定外，还应符合相应国家标准、行业标准的要求。5监测系统基本构成大坝安全监测平台平台通信规约GB/T28181巡查终端通信协议TCP/IPAPI接口协议监测站视频监视站预警站巡查终端设备采集通信协议采集设备（MCU）智能传感器视频摄像头预警设备图1监测系统基本构成监测系统应采用扁平化组网方式，所有监测站、视频监视站、预警站、巡查终端等通过监测平台接收、解析、处理、储存、转发、交互数据信息及指令。监测站、视频监视站、预警站、巡查终端等与监测平台之间的通信方式主要有有线网络、无线局域网络、4G/5G、卫星通信、北斗短报文等。已建的监测系统或监测中心站宜采用API接口与上级监测平台进行数据及功能交互。传感器应先接入采集设备进行信号转换，再将数据传输至遥测终端；智能传感器可直接接入遥测终端；一体化监测设备可直接与监测平台通信。6通信与传输6.1一般规定6.1.1网络通信对象包括采集设备、监测站、视频监视站、预警站、巡查终端、监测平台。6.1.2监测站与监测平台间宜采用有线网络或4G/5G通信；不具备以上通信条件的，可采用北斗短报DB43/T2765—2023文或卫星通信。监测站（遥测终端）应具备多通道通信功能，宜采用主、备通信方式。6.1.3具备NB-IoT通信条件的，宜采用低功耗NB-IoT遥测终端或采集设备通信。6.1.4采集设备的通信协议不应采用私有协议。6.1.5视频、图片传输宜采用有线网络或无线中继网络；不具备以上网络条件的，可采用4G/5G通信。有视频汇集的站点，宜采用有线网络。6.1.6视频传输宜采用GB/T28181协议；图片传输宜采用FTP协议。6.2采集设备与监测站6.2.1通信模式采集设备与监测站的通信可分为串口通信、有线网络通信以及无线通信三种模式，分别符合a）串口通信模式，应采用MODBUS-RTU协议，可选用RS-485/422、RS-232等接口，宜采用RS-485接口。b）有线网络通信模式，宜采用MODBUS-TCP协议，可选用RJ-45接口标准或SC光纤接口标准，宜采用光纤接口。c）无线通信模式，宜采用2.4G、ZigBee、蓝牙、LoRa等通信方式，采用透传模式。单个设备采集时间不应大于5秒，监测站（遥测终端）采集时间不宜大于5分钟。6.2.2传输规则链路上所有设备的传输模式和串口通信参数应相同；同一链路上，主站连接从站数量不应大基于MODBUS协议的链路传输规则依据SL/T812.1有关规定执行。6.3监测站与监测平台6.3.1传输模式监测站（遥测终端）与监测平台间一般采用M1-M5传输模式，具体依据SL/T812.1规定执行。需进行数据中转的，宜采用M6、M7传输模式。传输模式分类见表2。表2传输模式类型DB43/T2765—2023监测站（遥测终端）采用卫星通信、NB-IoT、LoRa等窄带网络及北斗短报文通信的，宜采用M3、M5传输模式。M6、M7链路传输模式应符合下列规定：a）M6，遥测终端发送报文通过IoT系统中转，IoT系统将收到的报文推送至监测平台，监测平台验证报文数据是否正确后按照IoT系统协议响应报文，IoT系统再将收到的响应报文转发到遥测终端。发送过程中，若超过15秒未接收到监测平台的响应报文，按照丢包方式处理。M6自报式报文传输链路见图2。b）M7，DRX通信方式下，监测平台向遥测终端发出查询请求报文，IoT系统等待遥测终端接收成功后，IoT系统回复消息；若遥测终端接收的请求报文正确，则发送响应帧；请求报文无效，则发送“错误代码”否认帧，监测平台收到后重发查询请求。M7自报式报文传输链路见图3。6.3.2传输规则通信超时处理应遵守下列规定：a）有线通信或4G/5G通信模式下超时等待时间一般为30秒，短报文通信、卫星通信、NB-IoT通信模式下超时等待时间一般为300秒。b）发起端在规定时间内未收到响应报文，应按超时出错处理。c）监测平台对新建立连接的遥测终端发送的报文，报文格式错误或鉴权无效，则回复“错误代码”否认帧；累计超过2次，监测平台断开与遥测终端的连接。d）自报式工作模式中，遥测终端发起多包报文传输时，监测平台接收第2包及以上报文，应等待到超时退出。e）查询应答式工作模式中，遥测终端收到查询请求并响应报文后，监测平台响应正确报文，进入下一个进程；否则进入超时重发机制。报文重发机制见图4。DB43/T2765—2023图4报文传输重发机制6.4视频监视站与监测平台6.4.1传输规则视频监视站（摄像头）与监测平台应采用TCP协议，并具备定时报和远程唤醒功能。视频传输应符合GB/T28181要求。报文传输模式应采用M1、M2、M4模式。6.5预警站与监测平台6.5.1传输规则预警站可与监测站或视频监视站整合。预警站宜具备多路报警通道，灯光和音频通道应独立控制。预警站应监测报警设备工作状态，包括报警功率、音频工作分贝、灯光状态等。预警站应发送链路报，每日自检一次，自检后发送定时报。6.6巡查终端与监测平台6.6.1传输规则巡查终端与监测平台应采用API方式传输内容，通过国密加密算法进行加密传输。API宜采用REST协议、JSON格式传输；调用接口时，应进行身份验证或鉴权。7监测站（遥测终端)通信规约7.1MODBUS-RTU通信7.1.1MODBUS-RTU帧字节结构通信波特率采用9600bps；帧字节结构为1个起始位“0”，8个数据位，1个偶校验位，1个停止位“1”；低位在前，高位在后，每个字节从左到右顺序发送。表3MODBUS-RTU帧字节结构“0”“1”DB43/T2765—20237.1.2MODBUS－RTU报文帧报文帧结构应符合下列规定：a）报文帧包括1字节设备地址，1字节功能码，0到252字节数据，2字节CRC帧校验码，帧最大为256字节，报文帧由时长至少为3.5个字节时间的空闲间隔区分。表4MODBUS-RTU报文帧结构b）CRC校验采用16位循环冗余码CRC16反向校验，帧校验码前所有信息字节参与校验计算，生成多项式为：1+X2+X15+X16，CRC传输低位字节在前、高位字节在后。设备地址占用1个字节，地址可用区间为00H～FFH，其中00H和01H默认为广播地址，自定义的地址区间为02H～FFH。MODBUS通信规约常用功能码规定见表5。表5MODBUS常用功能码规定MODBUS数据域为主、从设备间通信的数据，包括寄存器地址、寄存器数量、数据长度、寄存器值、异常功能码等；数据域从左向右，高位字节在前，低位字节在后。设备的寄存器地址应符合以下要求：a）寄存器地址为1000H～2FFFH，可用的寄存器数量总数为8096个。b）寄存器地址由2个字节组成，第1个字节数据范围为10～2F，第2个字节数据范围是00～FF。其中，第1个字节对应从设备类型，第2个字节对应从设备的数据寄存器类型。设备类型与寄存器地址的第1个字节形成映射关系见表6。表6MODBUS-RTU通信的寄存器地址c）MODBUS-RTU通信中每个寄存器地址存放2个字节数据，其数据长度依据数据类型决定。其中，ASCII数据类型是按照ASCII码十六进制格式存放，以表示对应的ASCII码表字符。如ASCII数据“3131313131313131”，表示字符：“11111111”。d）采集设备寄存器功能和地址分配根据采集类型不同，应符合附表A.1～A.2规定。GNSS设备寄存器功能和地址分配应符合附表A.3规定。视频图像处理设备的寄存器功能和地址分配应符合DB43/T2765—2023附表A.4规定。从设备为智能传感器或其他设备时，其主要寄存器功能和地址分配应符合附表A.5规定。当采集设备响应异常时，应发送异常功能码。异常功能码列表见表7。表7异常功能码列表7.2MODBUS-TCP通信7.2.1MODBUS－TCP报文帧结构MODBUS-TCP与MODBUS-RTU通信协议类似，通过MODBUS寄存器地址来交换数据，仅在硬件接口、报文帧结构等方面有差异。报文帧结构对比见表8。表8MODBUS报文帧结构对比无有有有有有无有有无MODBUS-TCP采用专用的MBAP报文头识别MODBUS应用数据单元，有7个字节，分别是传输标志2个字节、协议标志2个字节、后续字节长度2个字节、单元标志1个字节。表9MODBUS-TCP数据结构域7.3MODBUS报文格式7.3.1查询数据：功能代码为03H，实现查询-应答功能，主设备发出查询数据帧，从设备返回响应数据帧或错误指示帧。表10主设备发送的报文格式DB43/T2765—2023表10主设备发送的报文格式（续）表11从设备响应的报文格式表12错误报文格式7.3.2写入单个数据：功能代码为06H，实现采集设备单个信息的配置，主机设备发出写入数据帧，从设备向对应的寄存器写入数据，返回响应数据帧或错误指示帧。表13主设备发送的报文格式表14从设备响应的报文格式DB43/T2765—2023表14从设备响应的报文格式（续）表15错误报文格式7.3.3写入多个数据：功能代码为10H，实现从设备多个信息的配置，主设备发出写入数据帧，从设备向对应的寄存器写入数据，返回响应数据帧或错误指示帧。表16主设备发送的报文格式表17从设备响应的报文格式表18错误报文格式DB43/T2765—2023表18错误报文格式（续）8平台通信规约8.1平台通信规约包括地址编码、通信协议、格式编码、信息要素、报文功能、报文结构的规则、定义和约束。8.2地址编码应符合以下规定：a）监测平台地址包括主服务器地址和备用服务器地址。主服务器地址为01，备用服务器地址为b）水库编码使用水库大坝注册登记号。未获得注册登记号的水库，使用GB2260－2007规定的行政区划代码作为水库编码的前6位，后4位为地址自定义段，不能与其他水库注册登记号重复。编码规则示例如下表。表19水库编码规则示例c）遥测终端编码为10位，前6位为水库编码后6位数字，后4位为自定义段。d）监测点编号由监测类型的2位、传感器序号6位构成；传感器序号从1开始，累计添加，不足位数的用0代替。表20监测点编号规则示例8.3报文编码应采用HEX/BCD编码传输报文帧结构。8.4报文功能码如下表所示。表21报文功能码DB43/T2765—2023表21报文功能码（续）8.5报文定义在釆用HEX/BCD编码报文帧结构时，报文正文结构应一致，只是传输编码不同，且采用与帧结构相同的编码编报报文正文。报文正文与报文帧结构相对应，应分为上行报文正文和下行报文正文。表22上行报文帧结构框架参考报文正文基本结构）表23下行报文帧结构框架参考报文正文基本结构）DB43/T2765—2023表24回复报文帧结构框架表25回复测试报文帧结构框架表26控制字符定义DB43/T2765—2023表26控制字符定义（续）注：控制字符ESC，表示要求遥测终端保持在线状态，该控制字符在通信结束下行控制指令使其处于在线实时通信状态，相当于要求遥测终端从休眠模式转为常在线工作收监测平台的下行命令；可以设定为遥测终端保持在线的时间，若在设定时间内没有接收到监测平台命令，表27上行报文正文基本结构DB43/T2765—2023表28下行报文正文基本结构9巡查终端通信规约9.1巡查终端通信协议采用REST接口，支持多设备登录。调用接口时，获取Token作为“X-Access-Token”参数置于Header中，与报文一同传输，Token在30分钟内有效。9.2接口的调用格式包括传输体、Get/Post/Put/Delete方法，并注意参数的大小写、标点符号、空格等常见错误。9.3监测平台主要通过以下接口与巡查终端通信。表29巡查终端通信接口10.1平台具备双向认证功能，实现基于硬件的数字证书机制，应采用国产商用密码算法。10.2采用安全芯片的，应满足GM/T0008安全等级2级及以上要求。10.3视频及图片传输通信宜采用专网或者VPN方式。DB43/T2765—2023（规范性）采集设备、智能传感器和其他监测设备的寄存器功能和地址表A.1采集设备寄存器功能和地址表表A.1采集振弦式传感器的寄存器功能和地址表读℃读读℃读………………读℃读表A.2采集差阻式、电流式、电压式仪器的寄存器功能和地址表Ω读读读读注：若采集设备同时具有差阻式、电流式、电压式仪器采集功能，本表列举DB43/T2765—2023A.2GNSS设备寄存器功能和地址表表A.3GNSS设备的寄存器功能和地址表读读读0：未定位，1：单点，4：固定个读度读度读读读读读读读读A.3视频图像处理设备的寄存器功能和地址表表A.4视频图像处理设备的寄存器功能和地址表态读读相对的视频文件目录地址及文件名读读），），-渗流异常（大坝渗水痕迹变），），-人员入侵（人脸对比），9－水面异物，10－水面颜色异常，12-温区变化（红外摄像头13-游泳，14－大雨，15－大雪，DB43/T2765—2023表A.4视频图像处理设备的寄存器功能和地址表（续）读1－当期位置拍摄、2－指定预置秒秒根据摄像头有效像素值内，设置文件最大尺寸kbA.4其他设备的寄存器功能和地址表表A.5其他设备的寄存器功能和地址表读℃读%读读读读°读°读°读读读读读读读DB43/T2765—2023（规范性）大坝安全监测元素信息标识符定义B.1基本信息标识符定义表B.1基本信息定义表法产生密钥，第一个字节前半个字节为密钥算法，采用BCD编