自动化遥测系统

2024-10-02

自动化遥测系统（共10篇）

自动化遥测系统篇1

水情信息的获得是防洪和水利调度的决策依据, 而利用原有的水文水情采集方法进行的人工观测通常非常耗时而且效果不好。观测的误差较大, 所以科技对水情测量的发展提供了较先进的技术。水文水情遥测系统的出现能够实现有效的水情测定, 并能够从根本上解决控制不佳和调度失衡的问题。

1 水利水情自动化遥测系统的现状分析

1.1 水情遥测系统的概述

水情遥测系统主要为了满足防汛指挥系统建设的要求, 对实时水情进行测量和报告的自动化系统。水情遥测系统的发展是现代化水利水情检测技术发展的重要表现。水情遥测系统的建设经历了几十年的发展已经对多种高科技技术都具有一定的应用。系统通信方式由最初的超短波到如今卫星有线共用的方式, 对水情遥测系统的发展提供了更高的技术支持。并且, 通过系统的不断改进和组成元件的质量提高与技术发展, 其关键设备遥测终端的质量也不断提升, 无故障工作时间的提升度更是极为可观。

从工作内容上来讲, 系统的功能由最初仅仅对降水量、水位信息的测量转向水位、流速、流量、蒸发量等多种参数的共同测量。用户不仅可以对硬件进行编程和开发, 还能进行远程的控制, 对水情遥测系统的参数控制都能较快的掌握。所以水情遥测技术的开发极大地方便了系统的维护, 并能够合理的利用数据库和图形报表软件, 让水情信息加以量化。

1.2 水情遥测技术的具体结构组成

水情遥测系统的组成包括多种设备。一般来说, 主要的设备有水位传感器、降雨量测试器、要测站、通信设备和中心计算机系统等。在系统中, 遥测站通过传感器自动实时对水位进行采集, 通过无线通信装置向中心计算机系统发送水情报告, 最终通过中心计算机系统对所接收的水情数据进行具体的分析和预警。一般情况下, 水情遥测系统的结构图如下图所示:

2 水利水情自动化遥测系统的具体应用

2.1 水利水情自动化遥测系统的具体应用方案

水库在汛期要做到科学调洪, 就要对水情遥测系统做好准确和科学的应用方案。首先, 要及时并准确的采集各种水文水情的数据。对数据的把握是防洪调度的基本依据, 也是水情自动化测报的基本应用。让水情具体情况通过数据快速的传入到计算机中心能够极大的提高水情信息的时效和精确度, 从而让指挥系统能够迅速得出科学正确的实施方案。其次, 建立预报调洪的计算机模型。对水情的分析是需要中心计算机系统的整体运作的, 所以科学的应对水情问题应该对每个水库都建立独特的计算机模型, 对水流量、水流算法都进行程序化设计, 让计算机系统迅速加以分析和预测。

2.2 水情遥测系统的模块分类和应用。

水情遥测系统的模块分类主要分为信息采集子系统功能模块、数据终端模块、洪水预防子系统功能模块、洪水调度及水务子系统功能模块。下面笔者就对模块的分类应用做出具体分析。

对信息采集子系统功能模块的介绍。信息采集子系统一般采用GPRS组网传输水位的具体测量信息, 并利用定时自报, 结合定量加报的工作体制, 自动把数据终端站的信息发回到中心站。水位加报有两个水位标准, 一个是警戒水位, 一个是加报水位, 在利用定时定量预警设定之后, 对警戒水位与加报水位的监测可以通过SMS实现。雨量与水位的采集让水情测量的数据库记录多了更多的数据, 通过数据库存储水位和雨量的数据可以有效的开展预测工作。

对数据终端模块的功能介绍。数据终端机具有高可靠和低功耗的要求, 还能在满足基本功能的情况下十分快捷的处理传感器接口类型和数量。变换数据传输格式, 可以通过参数的改变与设计定义传感器和报警器的信息输入输出。通信接口都能同时连接两个或两个以上的通信口, 并根据所测量参数的不同进行不同的软件配置和频率输出。

对信息处理查询子系统功能模块的介绍。数据库包括水情遥测过程中的数据, 以及分析图像, 预测数据等。通过对静态图表和动态监视表进行系统的显示和分析, 对降雨量和水位以及流量动态都具有较强的反映作用, 通过对数据的统计和计入, 利用科学的检索和查询功能对历史雨量、水位和流量进行对比和分析, 利用数学建模的方式推演水位和水情的最终结果。同时, 信息处理查询子系统功能模块还能对系统进行实时备份和装载。

对洪水预报子系统模块的分析。对洪水预报子系统的总功能规划在中心站, 具体具有以下几项功能, 实现实时预报, 可以通过在线和离线两种方式进行。当系统处于应急状态时, 主要控制站仍能进行正常工作, 具体预报工作又包括洪峰总量和流量等参数。然后利用各种参数对洪水调度和泄洪控制进行计算和推演。

2.3 水情遥测系统的科学调控。

水电站的建成和水情遥测系统的建立都要做好科学的调控。一方面要确保电站的运行安全, 通过安全调控措施做到度汛的目的。另一方面要考虑水资源的浪费情况, 尽可能的减少弃用水, 对水资源也要保证最大的效益。也就是说, 对水情遥测系统进行利用的过程中, 不仅要达到水情的管理和预防, 还要考虑到预见性的科学调度, 做好水资源的经济效益工作。运用科学的处理方法, 能够在发挥水情监测的具体作用的同时, 顾及到其社会效益和经济效益, 并能最大程度的发挥自身的具体作用。

3 水利水情自动化遥测系统的具体意义与发展前景

水情遥测系统科学技术的发展和应用逐渐取得了显著的效用。而且在水利水情的测控中也具有重要的意义。首先, 水情遥测系统为汛期的水情调控起到了科学合理的作用。尤其是对雨量和水位的整体数据参数的参考, 更是对水情系统调控起到了决定性作用。

水情自动化测报系统的运作已经解决了长期以来水情监测与信息不畅的问题, 所以, 水利水情自动化遥测系统的发展会继续向快捷、自动化和高效率的方向发展。水情水调自动化技术也就是水情遥测技术, 是我国目前大力推进的水利信息化技术的重要组成部分。

参考文献

[1]张鸿, 王东, 王弛等.水情遥测系统在水库科学调度中的应用[J].黑龙江水利科技, 2012 (11) :238-239.

[2]盖优普.基于水情水调自动化系统的通信协议研究[D].北方工业大学, 2008.

遥测气象数据的逐时自动备份篇2

【摘要】根据自动气象站对数据安全的要求，设计并成功实现遥测气象数据的逐时自动备份。本文介绍其关键程序——时间控制程序和资料备份程序的目的任务和应用方案。

【关键词】自动气象站；遥测数据；安全备份

1.备份项目

自2004年12月31日20时开始，全国气象部门统一将地面气象测报软件切换为OSSMO_2004版，该软件与自动气象站监控软件（SAWSS）和通讯组网接口软件（CNIS）相结合，构成地面气象测报业务系统软件。数据备份的对象即是由SAWSS软件从自动站采集器读取的实时遥测数据，具体包括以下数据文件：AWSSource文件夹。

ZIIiiiMM.YYY自动站正点地面常规要素数据文件（简称为Z文件）

PIIiiiMM.YYY月逐分钟本站气压文件

TIIiiiMM.YYY月逐分钟气温文件

UIIiiiMM.YYY月逐分钟相对湿度文件

WIIiiiMM.YYY月逐分钟1分钟平均风文件

RIIiiiMM.YYY月逐分钟雨量文件

ZZ.TXT自动站每分钟实时地面常规要素数据文件（简称为ZZ文件）

FJ.TXT大风数据文件（简称为FJ文件）

HIIiiiMM.YYY自动站正点辐射数据文件（简称为H文件）

HH. TXT自动站每分钟实时辐射数据文件（简称为HH文件）

BaseData文件夹

BIIiiiMM.YYY——月基本数据库文件。包括自动站和人工观测的数据（简称为B文件）

ReportFile文件夹

AIIiii-YYYYMM.TXT——月地面气象资料文件（简称为A文件）

JIIiii-YYYYMM.TXT——月分钟观测数据文件（简称为J文件）

RIIiii-YYYYMM.TXT——月气象辐射观测数据文件（简称为R文件）YIIiii-YYYY.TXT——年地面气象资料文件（简称为Y文件）

SysConfig文件夹

本文件夹存放OSSMO_2004所需要的用户参数库，包括台站参数、旬月气候要素、仪器鉴定证数据、通信组网参数等重要信息。

2.技术方案

利用网络技术，通过时间控制程序和资料备份程序，将自动气象站遥测到的各正点资料在其他计算机上实时备份，由计算机自动执行。具体步骤如下：

（1）将运行监控软件SAWSS的计算机（简称ZDZ）与另一24小时开机的计算机（例如9210接收机，简称JSJ）连成局域网，通过对网卡极其所绑定的通信协议参数的正确配置，确保网络畅通。

（2）在备份机如：9210接收机的D盘建立D：＼ZDZ＼AWSSource、D：＼ZDZ＼BaseDat、D：＼ZDZ＼ReportFile、D：＼ZDZ＼SysConfig四个文件夹，并将其的D盘设为完全型共享。

（3）在ZDZ的D盘建立D：＼SJBF文件夹，其下安装时间控制程序SJBF.EXE、时间参数配置文件TIME.DAT和资料备份批处理程序ZDZSJBF.BAT。

（4）在ZDZ中，通过“网上邻居”访问JSJ的D盘，用鼠标右键选择“映射网络驱动器”命令，将JSJ的D盘映射为G盘。

（5）将时间控制程序SJBF.EXE加入到ZDZ系统的“启动”组中，运行此程序，或重新启动计算机，则资料备份批处理程序将在每小时正点3分钟后自动执行（具体执行时间可通过配置TIME.DAT文件按用户需求灵活确定），可以把最新的遥测数据和系统参数备份到JSJ中。

（6）当ZDZ因硬盘故障无法读取自动站数据时，则可利用在JSJ所做的备份避免资料丢失。

（7）依照上述方法，可方便地在多台计算机上进行资料备份，只需对程序的有关配置稍加修改即成，从而使自动站资料安全实现了万无一失。

3.小结

自动化遥测系统篇3

水情自动测报系统(以下简称“水情系统”)是集通信、遥测和计算机技术于一体,用于水情数据自动采集、传输、处理和预报的自动测报系统,可以最大限度地减少洪涝灾害损失以及进行优化调度,提高水资源利用率[1]。水情系统一般由遥测站、遥测通信网、中心站3部分组成,遥测通信网是连接遥测站和中心站的数据传输通道,是整个水情自动测报系统安全、稳定、可靠运行的基础。水情遥测通信网的设计需要根据系统需求、运行环境和水情通信特点,在中心站和遥测站之间建立稳定可靠、经济合理的数据传输通道,构建水情数据的双向传输遥测网。

1水情通信网分析

对于水情遥测通信网,影响通信质量的因素包括信道、通信规约和工作体制,其中信道是指为信息传输提供的信号通道,通信规约是指通信双方必须共同遵守的约定,主要是数据传输协议。

1.1遥测网常用的信道

水情系统常用的信道包括超短波(Very HighFrequency,VHF)、GPRS/CDMA、公共交换电话网络(Public Switch Telephone Network,PSTN)、卫星等。

1)超短波通信方式。超短波是水情系统中应用最早、最成熟的传输信道,采用地面视距通信,适用于平原和丘陵地带。VHF通信网具有可用于恶劣环境、传输实时性好、信号稳定、设备简单、易于实现、为专用信道且无通信费等优点,但其功耗大,存在同频干扰,在距离长、站点多、多高山阻挡的情况下,需建中继站接力转发[2],从而导致建设成本增加,可靠性降低,且维修与维护困难。

2)GPRS/CDMA通信方式。GPRS/CDMA是公网无线数据传输通信,具有覆盖面广、稳定可靠、网络功能强、通信费用低、不受地域限制等优点,同时其设备体积小、功耗低,可安装在室内,没有引雷部件,因此在SCADA系统中得到广泛应用。GPRS/CDMA按流量计费,非常适合于数据传输频繁、突发性强、单次流量不大的数据业务,移动公网覆盖即可使用,组网快,传输质量高且距离远,无建网和维护成本。

3)PSTN通信方式。PSTN具有设备简单、可靠性高、组网灵活、设备成本低、维护方便等特点,但按话务计费,资费高,同时电话线路可能构成引雷装置,通用Modem功耗大。

4)卫星通信方式。卫星通信具有传输距离远、信号稳定、组网机动灵活、不受地理条件限制、通信资费与通信距离无关等特点,但设备价格及通信资费高、功耗大。目前遥测系统常见的卫星通信方式为北斗和Inmarsat-C。

1.2遥测网常用的通信协议

1.2.1ALERT 协议

ALERT(Automated Local Evaluation in RealTime)协议源于美国,是南瑞集团公司首先引进的基于单向传输纯自报式工作方式的通信协议,ALERT协议简单,帧结构仅4个字节,是基于VHF而制定的通信规约。ALERT追求低功耗、简练和易于实现,适用于较为单一的小型水情测报系统。但ALERT协议同频干扰会产生碰撞丢包,传输容易误码,传输速率低,通信方式、工作体制及传输数据类型较为单一,仅适用VHF信道和自报式工作体制等。

1.2.2NARI/SP 协议

NARI/SP协议是南瑞集团公司为适应通信技术的发展和大型水情测报系统的建设需要,基于ACS系列数据采集器研发的远程传输标准协议[3]。该协议适用于窄带低速传输信道,包括PSTN、VHF、GSM/SMS、GPRS/CDMA、Inmarsat-C、北斗等,NARI/SP有SPC、SPS 2个子协议。

SPC是一种自动跟踪中心站传输协议参数(如传输密码开关、检纠错协议开关、路由协议开关等)的完全协议,传输的数据类型为单精度浮点数。SPC用于VHF信道时,路由协议打开,信号将沿路由表规定的路由传输,因此可方便地构成网状网络,网内数据可以到达任意一个指定的地址,而不像传统的星形网络,数据只能传向中心站。SPC的路由节点数为15个,该路由表可在遥测站现场设置,也可在中心站设置,更改方便。如果使用南瑞集团公司提供的无线调制解调器[4](ACS-RFMO),利用SPC还可实现中心站 / 分中心站中继功能,即网内数据抵达中心站 / 分中心站后,数据会被自动拷贝一份送给中心站计算机,然后该数据继续沿路由表规定的路径向下传输。整个过程无需中心站计算机介入,从而使VHF组网方式更为灵活。

SPC协议采用载波侦听和冲突避让技术,大大降低了碰撞丢包的概率。带路由信息传输实现了VHF信道单频组网[5],提高了无线频率的使用效率。SPC协议全面支持双向双信道热备份,也支持1路单向、1路双向的非对称双向信道,支持自报式和应答式工作体制。

SPC为SCADA系统的命令空间和数据空间预留了足够的空间,为系统的扩展提供了很大便利。同时, SPC还是一种自动变长度协议,可减少协议中不必要的冗余量,在质量较差的信道中,可以为信号传输达到一定的畅通率提供保证。

SPS是针对Inmarsat-C等有严格的数据包长度控制,且以传输字节数收费的公用信道专门设计的SPC协议的简化版,数据类型为整型数。它以最短的编码容纳最多的信息,适用于数据包小、运行按字节收费的信道传输。

针对卫星信道的延时可能造成的信息中心数据排序困难,在卫星信道数据传输中增加绝对时标,保证中心站数据正确有效。同时具有群呼和组呼功能,可以方便、灵活地实现对遥测站的远程控制。

1.2.3 水文监测数据通信规约与水资源监测数据传输规约

长期以来,国内厂商在水情测报通信规约方面各自为政,各自研发适合自身产品的通信协议,因而不同厂商建成的系统互不兼容,存在“信息孤岛”问题,导致设备维修、更换及日后的系统升级困难。为了规范水文监测和水资源监测系统建设,形成科学合理、相互兼容、资源共享的信息管理系统,国家水利水资源相关部门组织编制了水文监测数据通信规约[6]和水资源监测数据传输规约[7],要求水利系统在建的水情测报系统必须采用该通信协议,保证系统建设的标准化和规范化。

1.3常见的工作体制

1)自报式。自报式是指遥测站报信不受中心站控制,自主地向中心站上报数据。自报式工作体制一般过程为:事件(如定时或水情超阈值触发)唤醒遥测系统后,自动测量、处理以及向中心站上报数据。遥测站设置为自报式时,通信终端平时是关闭的,只有向中心报告时才自动打开,发完数据后返回掉电状态,因此自报式遥测站功耗很低。自报式具有结构简单、实时性好、信道占用时间短、功耗低、费用少等特点。

2)应答式。应答式是指遥测站不主动上报数据,只有接收到中心站召测命令时才会发往中心站。应答式分为随时应答和定时应答,前者可随时接收中心站的指令并作出响应,此方式通信终端必须时刻保持接收状态,一直监听信道的情况,检查是否有召测指令,功耗大,通信规约复杂,只适用通信终端守候功耗不大且电源供给与补充方便的情况下使用。后者是在指定时段自动开机等待中心站指令,超出时段未接收到指令自动关机,适用于遥测站因条件限制,必须使用某些大功耗的信道(如VHF、卫星信道)的情况。应答式完全由中心站控制,有问必答,无问不答,不会产生通道抢占和数据碰撞,但实时性差,功耗高,通信协议复杂。

3)自报应答兼容式。自报应答兼容式是自报、应答工作体制的结合。自报应答兼容式一般工作过程为:平时自动测量、自动处理数据,自动向中心上报,同时通信终端处于接收状态,等候中心站召测指令。因此,这种通信方式既可实时自报,又可进行查询,实时性和可控性好,但功耗最高,通信协议复杂。

2遥测通信网设计

2.1通信网设计原则

水情遥测通信网长期运行在野外无人值守环境中,现场条件复杂,设计时应遵循以下原则。

1)可靠性。可靠性是系统的生命,为保障中心站稳定可靠地获取遥测数据,通信网必须具备高可靠性,具有较强的抗干扰和防雷能力。必要时,信道可采用冗余保护。

2)实用性。信道选择需契合系统需求和地理环境,在分析论证的基础上,因地制宜地确定通信方式,构建经济实用的通信网络。

3)经济性。权衡性能、投资、效益等因素,信道和通信终端的选择不仅要契合遥测系统环境,还应进行低成本规划,综合考虑建设和运行成本,降低通信整体费用。

4)低功耗。低功耗是水情自动测报系统的重要指标之一,通信功耗是遥测站中的最大功耗,低功耗不仅可以降低电源配置和建设成本,还可以减少遥测站的热耗,提高系统的稳定性和可靠性。

2.2遥测网运行环境及特点

2.2.1遥测网运行环境

由于水情测报系统遥测站大多数建在人烟稀少的荒山野岭、河流上游、湖泊边缘等,站点分散,环境恶劣,交通不便,设备维修和维护困难,要求系统可靠耐用;部分站点无公共通信网可使用,现场一般也不具备线供电源;多有高山阻隔,限制VHF通道使用;山区多雷区,设备易受雷电的破坏。

2.2.2遥测网特点

水情遥测网信息报送报文短、信息种类少,通信具有实时、随机、频繁等特点。传送的大多是测值信息,没有控制指令,因此对通信的容错能力要求不是很高。通信网的遥测端长期运行于无人值守的环境,一般为蓄电池供电加太阳能浮充,需进行低功耗设计。

2.3通信方式和规约的匹配

信道是传输信号的媒质,是构成通信网的基本部分。科学地选择信道,使信号有效、可靠地传输,是通信设计的重点之一。

1)VHF信道受地形限制,不适用于高山地貌和一马平川的大型流域,因为在此环境传输需要的中继站级数过多,将影响系统的可靠性及经济性。但其适合处于丘陵地带的中小系统的数据传输。必要时,可在重点中继站(如入口中继站)配置双中继热备份。由于VHF电台功耗大,VHF组网宜采用自报式,既可单频组网也可多频组网。VHF信道如果采用ACS-RFMO +低静态功耗电台,可采用自报与应答兼容工作方式和SPC协议,但应以自报式为主。

2)GPRS/CDMA按流量计费的特点契合水情测报系统短报文、稀路由的数据传输,是水情遥测网最佳的信道,只要有信号覆盖,即可作为各种规模水情遥测网的主辅信道。GPRS/CDMA终端功耗较低,可采用自报式或自报应答兼容式2种工作模式和SPC协议。自报应答兼容式电源控制可采用“永远在线”和“睡眠”2种工作模式,前者可持续供电,定时向中心发送“心跳包”,保持终端在线,可随时自报和应答;后者平时处于睡眠状态,被召测时,遥测终端首先被中心站振铃唤醒,并向中心站发送遥测站IP地址,中心站依据IP地址向遥测站发送召测命令。因此,GPRS/CDMA采用“永远在线”模式相对简单,但功耗大,运行费用高。GPRS/CDMA采用振铃唤醒方式功耗低,但运行程序相对复杂。

3)PSTN通信收费模式决定了该信道不适合作为遥测系统中的自报式工作信道,仅适合于批量的遥测数据传输和紧急情况下作为冗余信道的遥测数据召测,宜采用SPC协议。

4)卫星通信方式建设和运行费用高,应尽量避免使用该信道。但卫星通信特点决定了该信道特别适合作为高山峡谷、荒漠边陲及国际河流的水情传输,适合作为大型水情遥测系统的备用信道,也适合中小型系统中无其他可靠信道可使用、但必需建站的少数站点使用。卫星信道宜采用自报式 + 定时接收,Inmarsat-C采用SPS协议,北斗卫星宜采用SPC协议。为了解决卫星传输延时引发中心站数据混乱,遥测数据需要带时标传输,因此卫星遥测站需具有校时功能,定时接收校时指令。

2.4通信网设计

水情测报系统信道选择需根据系统需要及规模、自然环境、信道特点、建设运行费用、运行维护等因素,统筹考虑确定。

1)对于流域面积较小、防洪任务轻、调度不频繁的中小型水情系统,若移动公网覆盖整个流域,采用GPRS/CDMA信道组网时系统设计、建设、维护均较为简单,可大幅度节省投资。若移动公网无法全流域覆盖,VHF是可选的最佳信道,只要中继不超过3级,遥测站与中继站的比例不高于6:1,VHF组网即可覆盖全部站点,规约可采用ALERT协议。

2)对于流域面积较大的大中型水情系统,或防洪任务重、调度频繁的中小型水利枢纽以及重点监测的水文站点,可采用VHF+GPRS/CDMA双信道热备份方式组网,以VHF为主信道,GPRS/CDMA为备用信道,当主信道出现故障时,自动切换到备用信道;主信道恢复正常时,即返回主信道。若流域地处高山峡谷,为避免VHF中继传输级数过多的缺陷,可采用GPRS/CDMA+PSTN方式组网,以GPRS/CDMA为主信道,PSTN为备用信道。而对于流域内人烟稀少,没有GPRS/CDMA网络覆盖的情况,宜采用VHF+ 卫星信道组网,以VHF为主信道,卫星通信为备用信道,卫星通信以北斗卫星和Inmarsat-C为佳。考虑到系统的经济性及维护的方便性,除非特殊情况,一般一套水情遥测系统信道不宜超过3种。

3)对于人口密集的城市防汛或经济发达地区的流域防汛的水情系统,可采用GPRS+CDMA双信道互为备份的方式组网,利用不同移动供应商的差异服务实现备份。主信道可采用“永远在线”或“睡眠”工作模式,备用信道宜采用“睡眠”工作模式。

4)对于大型、复杂、梯级调度的多中心的水情自动测报系统,若单一信道组网难度很大,可采用混合组网模式,有移动信号覆盖的站点可采用GPRS/CDMA,就近的站点可采用VHF,距离远的站点采用卫星或PSTN,中心站与分中心站和分中心站之间采用光纤或VSAT信道建立传输数据网络,为了提高系统通信的可靠性和畅通率,可采用双信道互为备份方式,一般可采用VHF+GPRS/CDMA、GPRS/CDMA+PSTN、VHF+ 卫星或GPRS/CDMA+ 卫星方式组网,卫星为北斗卫星或Inmarsat-C。

3结语

自动化遥测系统篇4

【关键词】遥测系统；管理维护；故障分析

0.前言

随着经济社会的发展，雨水情遥测系统是当前我国大力推进的水务现代化建设的重要组成部分之一，为水利及其他涉水部门提供了大量的实时数据，在防汛工作中发挥了重要作用。结合大连雨水情实时监测系统运行实际，总结近几年出现的一些故障现象、产生原因，以及遥测系统管理维护方面的一些经验，供同行参考。

大连市水利通讯管理中心自2003年建设了雨水情遥测系统，其后不断续建，目前有遥测站点162个，其中水位站40个、雨量站122个。雨水情遥测系统主要由遥测站、遥测通信网络和中心站组成；遥测站包括RTU、数据采集传感器、供电系统和避雷器物等；中心站设备包括前置机通信处理器、备份通信处理器、存储及备份数据库、实时接收解析处理软件、计算机网络、遥测数据查询软件和相应数据显示、打印设备；遥测通信网络采用水位以GPRS网络通信为主、雨量以GSM通信为主的通信组网方式。遥测站采用自报、自报确认混合模式，自报分为每个小时定时自报和相应阀值增量自报，同时中心站可以根据实际需要对遥测站点发出召测指令并得到应答信息。

1.遥测系统管理维护的重要性和思路方法

随着遥测站点使用年限的增加，故障出现的频率也在增加，因此务必重视系统的日常维护，正确对待出现的故障，树立长期管理维护的思想，是保证雨水情遥测系统长期稳定运行的关键，同时要加大管理维护的培训力度和建设单位的技术支持。雨水情遥测系统管理维护工作搞的好不好，直接关系到系统的正常使用和社会对该系统的认可度。

2.遥测终端常见故障及管理维护

2.1雨量常见故障及管理维护

(1)雨量偏小的可能原因：①翻斗转动轴过紧造成翻动不畅，雨量流失；②翻斗雨量调整螺针位置不当；③承雨器口严重变形，致使收集的雨量变小；④降水强度过大导致干簧管反应失灵，致使雨量漏记；⑤雨量信号传输过程中丢失导致雨量偏小。前两种原因须调整相应螺丝至适当位置即可，第三种原因须更换雨量筒，第四种原因目前无法解决，最后一种原因有赖于移动通信线路的稳定可靠。

(2)雨虽停但仍有持续大致等量雨量出现，一般是雨量计承雨器口被灰尘等异物不完全堵塞，致使雨量暂存于承雨器中，并持续翻动漏斗产生雨量信号。

(3)无雨量数据的可能原因：①干簧管烧毁无法工作；②RTU出现故障，无法传输信号；③移动通信出现故障，无法传输信号。前一种原因更换干簧管即可，第二种更换出故障的RTU部件即可，后一种需要寻求移动通信运营商帮助解决。若是后两种原因，都出现在信号传输上，因此其他遥测水文要素也可能出现无数据现象。

(4)降雨日数存在偏差的原因：①雨量信号传输过程中丢失导致降雨日数偏小；②分中心系统服务器的时钟系统存在误差导致降雨日数存在偏差。第一种原因依赖于移动通信线路的稳定可靠，第二种原因要求分中心管理人员定期检查校正系统时钟即可。

雨量计的管理维护应注意：一是按照雨量观测规范尽可能选取合适的安装位置。二是加强日常雨量计检查维护，检查承雨器是否清洁、完好，器口是否水平，翻斗部件的盛水斗室是否干净；做滴水试验，检查雨量计计量是否准确；检查雨量计是否稳固；检查信号线是否完好，接头是否松动氧化；检查GSM卡触片是否氧化或松动而接触不良；检查干簧管特性参数确保其完好可用；检查防雷地网，确保地阻满足要求。

2.2供电系统常见故障和管理维护

遥测站供电系统由太阳能板、充电保护器和蓄电池组成。蓄电池的常见故障有：①外观变形，如鼓胀、变形、漏液或破裂等；②电压过低，即使在白天也充不上电；③电压过高；④电池使用寿命短。第一种原因可能是电池已经变质损坏，不可使用；第二种原因可能是太阳能电池接线松动，无法将光能转换为直流电存入蓄电池中，或者是环境温度过低致使电池充电不足；第三种原因可能是环境温度过高致使过充电；最后一种可能是安装不当、第一次充电不到位、环境温度过高、放电深度过深等造成。

蓄电池的有效维护主要从以下几个方面着手：一是正确安装蓄电池，蓄电池应尽可能安装在清洁阴凉、通风干燥的地方，避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响，电池宜正立水平放置。二是环境温度对电池的影响较大，过高会使电池过充电产生气体，过低会使电池充电不足；蓄电池宜在15～25℃的环境下充电，当环境温度超过35℃时，应采取降温措施。三是为延长电池的使用寿命，充电器一般采用恒压限流方式，电池充满后即转为浮充状态，额定电压为12V的电池，浮充电压设置为13.7V左右；如果充电电压过高会使电池过充电，反之会使电池充电不足。四是要定期对蓄电池进行补充电维护，同时检查电池容量和供电系统线缆是否完好。

2.3 RTU常见故障及管理维护

RTU的好坏直接关系到数据传输的正常与否。RTU由模块、主板、接口板、显示屏、天线等部件组成。RTU主要故障有：出现非正常数据，键盘不可用，显示器黑屏，雨量数据叠加，模块无法加电，RTU持续通电，无法发送数据，无时间显示，蜂鸣器长响或不响，固态数据无法读取，串行口指示灯常亮等。对于这些故障现象，维护首先所要做的就是检查设备外观，是否有明显损坏印记，雷击或者是某个电路烧坏，均会有较明显的痕迹或者烧焦的味道；其次利用“RESET”键重启，检查故障问题是否解决；接着要检查各接线接头是否出现松脱，信号线是否破损短路，焊接部位是否出现漏焊、虚焊；然后要针对某个部件，单独进行测试，或者更换新部件进行检查；最后进行设备加电、发送雨量水位测试和通信模块测试，确认RTU终端恢复正常。

RTU终端安装时要注意：一是接线正确，套管保护，接头密封完好；二是做好防雷地网，据分析，RTU的故障原因主要是雷击（占45%）；三是参数设置正确，尤其是中心IP、中心手机号码、终端站号、系统时钟及其他参数等。四是终端安装高度合适、稳定牢固、防潮防磁、通风干燥。日常管理维护主要结合查询软件检查实时数据，必要时现场检查维护。

3.中心站常见故障及管理维护

大连雨水情遥测系统中心运行以来状况良好，常见的故障问题有：①通信网络不通，Ping中联通机房终端机IP，若不通，表明故障出在遥测站点到中联通公司之间，立即致电中联通请求协助，尽快恢复通信。②雨水情遥测查询网页没有最新数据，而通信网络正常，立即检查前置机接收软件有否死机，若死机，重启该接收软件，必要时重启查询网页服务器。③系统运行缓慢，很有可能是感染计算机病毒，立即查杀病毒即可；一般来讲，管理人员日常要及时升级防病毒软件，并且不在这些系统中安装使用与遥测系统无关的软件，如此一来，这种系统中毒挂马情形是很少的。

4.结语

自动化遥测系统篇5

关键词：GPRS,水情自动遥测,应用,辽宁鞍山

实现远程水情自动测报数据传输的通信方式目前主要有短波通信、超短波通信、GPRS通信、有线PSTN通信、光纤通信、CDMA以及卫星通信(含多种卫星通信)等。远程数据传输是水文自动测报系统及防汛抗旱指挥系统水情分中心工程建设的关键。因为GPRS具有实时在线、速度快、覆盖面宽和费用低的特点[1,2],其在通信网的选择上占有优势。现针对GPRS技术的基本概念及该通信手段在水文数据传输中的应用作一论述。

1 GPRS概述

首先要介绍包交换概念,包交换(Packet-Switched)的传送在形式上比较类似于邮局中的寄包裹,它将数据封装成若干个独立的封包,再将这些封包逐个传送出去。因为INTERNET等数据传输以传输的数据量计价,大多数的时间频宽处于闲置,所以其作用在于计价方式由传输的数据量而定,而且只有当有数据资料需要传送时才会占用频宽,以保证频宽的利用与畅通。第2代移动通信技术,GSM(Global System for Mobile Communications,GSM)即全球移动通讯系统(俗称全球通),是一种起源于欧洲的移动通信技术标准。而GPRS(General Packet Radio Service,GPRS)即通用分组无线业务,是一套无线传输方式,就是由包交换概念发展起来的。GPRS在GSM原有网络基础上叠加了1层网络,从而实现分组交换技术,即GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的并组成GSM/GPRS网络,是在现有GSM发展出来的一种新的承载业务,GPRS采用与GSM相同的频带、无线调制标准以及TDMA帧结构,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。水文部门分中心、水情遥测站配置相应GPRS数据通信终端,在采用GPRS通信方式时,选用GPRS MODEM,可在GPRS与GSM之间进行自动切换工作。GPRS网络使得用户能够在端到端分组方式下发送和接受数据,其是在现有GSM网络中增加PTMSC(点对多点服务中心)、SGSN(网关GPRS支持节点)以及GGSN(服务GPRS支持节点),通过路由器实现GPRS骨干网互联(图1)。

2 GPRS技术在鞍山水情自动遥测系统中的应用

2.1 自动遥测系统的网络架构

鞍山水文分局水情分中心自动遥测系统为一个分中心、30个遥测站的形式,即采用建设规模1∶30。2010年鞍山水文分局主要采用自动测报系统索取雨情信息。遥测站网采用主信道为GSM/GPRS网络,遥测站雨情信息通过GPRS直接向鞍山分中心发送,其中9个水文站备用信道为PSTN(电话)。遥测部分采用定时自动报汛系统工作体制;分中心与省局之间信息传输格式为数据库格式,采用数字电路光纤传输宽度为2 M。

2.2 GPRS数据的传输方式

GPRS数据传输方式是根据定义的APN连接方式,GPRS模块增加部分冗余码和校验码在打包的数据,并将其转换为网络数据包信号,以便于无线信道上传送[3,4]。因此,数据由各水文遥测站采集系统采集后,先进行数据转换,然后将数据打包后送到GPRS模块进行传输,移动公司局端的专用APN对信号进行接收,然后传送至水情分中心。为访问系统内网,公有(有效)IP地址可由每个通过该APN访问GPRS网络的无线终端(如笔记本电脑/GPRS上网卡)自动获得,无线终端可以与系统的VPN网关建立VPN连接,通过这个公有IP地址(图2)。

2.3 GPRS应用带来的诸多成效

GPRS提供了一种成本低、效率高的无线分组数据业务,因其允许用户在分组交换模式下对数据进行接收和发送。该技术极大地提高了无线资源的利用率,每个用户可以用多个无线信道,而同时GPRS运用无线信道,也可以实现几个用户来共享同一个信道。在理论上,GPRS可向用户提供171.2 kb/s的高速带宽,将8个以内时隙进行组合,比常用有线56 k Modem理想速率提高1倍。而下一代GPRS业务则可以更好地满足用户的应用需求,因其速度可以达到384 kb/s。GPRS用于IP业务的接入将更为用户所接受,因为GPRS不考虑通讯的时长,其用户只有在接收和发送数据时占用资源,用户的数据通讯费根据数据流量而定,即费用按照用户发送和接收的数据包数量收取,所以用户可以一直都在线。鞍山水情分中心自动遥测系统单站数据流约为648 b,其一共有30个自动遥测站,则30个站合计约为19.44kb,若要求在1 s内全部传输完毕,约占用带宽为19.44 kb/s,若在2 s内传输完毕,其占用带宽约为10 kb/s,在中心端实际传输带宽以上。此外,实际上水情自动遥测系统占用的带宽更窄,因为其并不是每时每刻都进行水文数据的传输。GPRS的大数据量传输,对于水情和雨情数据而言,可以满足目前的信息传输要求。GPRS在实时信息传输,提高水情自动遥测系统的可用性,及时获得雨情信息,需要通过在实际应用中的不断改进。尤其是能提供足够的带宽进行这种大数据量的通信,为未来水质实时监测的数据量传输和水情实时视频传输打下基础。与超短波、PSTNG以及SM短信、卫星通信相比,GPRS可以传输批量数据,其数据可以双向传输。此外,GPRS通信用的天线体积较小,相应减小了其装置遭遇雷电损坏设备的概率,因为其可以放置在房间内。而对水文应用来说,GPRS网覆盖了大部分乡镇,还可以实现固态存储数据无线下载,具有独特优势。

2.4 GPRS无线DTU模块的选用

DTU通信模块具有硬件定时断电增强功能,并实现GPRS拨号上网功能。该调制解调器基于移动2.5 G GPRS网络平台内嵌Siemens MC35i/MC39i工业及模块,直接与工业电脑或者工控机等设备通过RS232数据接口连接,远程测控终端和GPRS DTU的电源由遥测站使用太阳能电池板和蓄电池组合提供。

3 鞍山水文分中心遥测系统中GPRS技术应用效果

以往在汛期雨情检测中,用电话方式对降雨量或者河水流量水位进行人工发报,每3 h发1次;数据报送的间隔时间在洪峰到来时提升为1 h。此外,不断有部门来电话询问鞍山境内的大河涨水的水情状况,有时上次的数据尚未及时传送,又已经产生新的测量数据。采用GPRS技术后,鞍山水情遥测系统终端自动采集水情及雨量信息,可以及时传送到分中心,鞍山的防汛工作由此进入了信息化、自动化、数字化时代,从而最大限度地为防汛抢险争取时间。

4 结语

中心站必须具备实时在线功能,因GPRS通道是双向的,所以根据水文报文的及时性和水情信息传输的实际需要,实现对遥测站的远程数据收集、汇总、整编等功能,还可以实现中心对远地RTU的远程控制和设置,除了遥测站的数据可以上传外,与其他通信方式相比,另一个特性是可以实现无线远程读取固态存储的数据。采用GPRS技术,虽然对于有些公用网络而言,其出现的故障只能由通信供应方解决,但是免除了自建通信网络的复杂性。例如分中心由于移动基站发生故障而无法接收报文时,只能通过移动公司进行维修,系统管理员无法自行维修。此外,掉包现象在数据传输中时有发生,从而造成有的站因未收到信息回执而不断补发,使通信费用大量增加。因此,建议采用包月收费方式进行信息量传输业务。实践表明,GPRS通信与其他的通信方式比较,在水情自动测报应用方面优势明显,相信进入3G时代后,通信技术与水利事业发展将有更加紧密的结合。

参考文献

[1]王德君,任丽荣,郭勇,等.GPRS通信技术在水情自动测报系统中的应用[J].现代农业科技,2007(13):204-205.

[2]文志成.GPRS网络技术[M].北京:电子工业出版社,2005.

[3]赵媛媛,李海.基于GPS的GPRS在水情遥测系统中的应用[J].内江科技,2011,32(1):106-107.

自动化遥测系统篇6

1 从监控数据中判断故障

自动气象站在使用的过程中难免会出现一些故障, 但在台站并不是每个观测员都会维修仪器。在仪器发生异常时, 如果观测员能够及时发现并准确报告维修人员或上级技术保障部门, 往往也能起到事半功倍的效果或为排除故障争取时间。因此, 观测员在值班期间一定要细心。

(1) 要注意观察“中国气象局综合气象观测系统运行监控平台”中本站的“运行监控”信息, 从中可以了解数据的状态、显示单站或多站要素曲线图、对数据质量进行评价等, 对判断本站设备运行是否正常很有帮助。

(2) 要注意观察“自动气象站监控软件”显示的实时常规数据, 如出现某项数据以红色字体显示, 表明数据超出该要素的可能值或气候极值范围[1], 应及时根据当时的天气情况进行判断, 对有人工观测仪器的项目则应及时进行对比观测、分析。因此, 在地面审核规则库中设置正确的气候极值显得非常重要。

(3) 要注意观察“DZZ1-2型自动气象站终端”中的图形曲线。对于气温、气压、湿度、地温等项目, 有时可能会在气候极值的范围内出现较大的波动, 这种情况很难通过某个实时数据来判断其正确性, 此时可以借助“DZZ1-2型自动气象站终端”相关要素的图形曲线和人工站相关要素的自记曲线来判断记录是否有误。例如:阳江遥测站在2010年8月25日更换40~320 cm深层地温传感器, 26日通过图形曲线发现40 cm地温的日变化幅度明显偏大 (呈波状) , 而之前基本上都呈直线状, 说明40 cm地温的安装存在问题。经检查, 发现40 cm地温的感应头还没有放到底, 重新安装后恢复正常。

(4) 要注意观察“自动气象站监控软件”系统状态中采集器的供电情况。电源电压正常时应大于11.5 V, 否则容易出现故障。根据经验, 在电压不足时, 气压记录出现异常的情况较多。因此, 在雷雨天, 要特别注意采集器中市电供电是否正常, 因为有时采集器的交流电源部分被雷击坏后, 采集器将由采集箱中的电池供电 (理论上能维持2~3 d, 但实际上只能维持1 d左右) , 如果发现不及时, 会出现采集器因供电不足而发生故障的情况。在强雷暴期间, 如果为了保护仪器而人为切断市电, 雷暴过后需重新接上。

(5) 要注意观察“DZZ1-2型自动气象站终端”状态栏的风向状态和自检提示信息。风向状态正常时为“1111111—0000000”, 否则, 表示风向传感器可能存在故障[2]。在测试状态时, 如果人为转动风向标1圈而风向状态仍未正常, 说明风向传感器已经存在故障。

(6) 在雨天的非天气报观测时次, 可以通过观察自动站与虹吸雨量计自记降水量的差异来判断故障。当虹吸雨量计自记雨量>0.4 mm, 而自动站无雨量或二者差异>10%时, 说明雨量传感器可能存在故障。应及时补测人工定时降水量, 如果自动站雨量与其相差也很大, 则应及时对雨量传感器进行检查。

2 仪器的日常维护

2.1 雨量传感器的维护

每月至少定期清洗和检查雨量传感器1次。清洗时应按从外到里、从上到下的原则进行。要注意清除漏斗滤网中的杂物, 使降水能够顺利进入翻斗, 从而保证正确测取降水量, 减少滞后降水量的产生。翻斗内壁禁止用手或其他物体抹试, 以免沾上油污[3]。为了避免产生异常记录, 清洗前要注意拔掉传感器电缆插头。

雨量传感器维护后, 最好能够使用“JJS1型翻斗雨量传感器校准仪”对其进行检测, 确保仪器的测量误差在±4%的范围内, 否则要对传感器进行调整。调整时, 除了调整计量翻斗外, 最好能同时调整上翻斗, 尽量使其与计量翻斗同步, 以减少滞后降水量的发生。雨量传感器经“JJS1型翻斗雨量传感器校准仪”检测正常后, 还应使用采集器自身的测试功能进行检测, 以判断传感器的信号线和主机的风雨板是否正常。检测方法:在采集器LCD显示器按“MENU”→“测试项目”→“实时数据”, 进入测试状态后, 直接短路雨量传感器两芯电缆10次, 如果采集器显示的降水量为1.0 mm, 则说明仪器正常, 测试完后按“Esc”返回主菜单。

每月还应检查人工定时观测雨量和自动站自记雨量的偏差情况, 如果二者的偏差经常超出±4%, 则可以在雨量传感器允许的精度范围内进行灵活调整, 使二者的偏差尽量控制在±4%的范围内。例如:假设分布均匀的10.0 mm降水, 雨量器测得9.5 mm, 雨量传感器测得10.2 mm, 那么可以通过调整雨量传感器的计量翻斗, 使其在10.0 mm降水下的测量值在9.6~9.9 mm。在现实中, 不锈钢雨量器所测雨量偏少的情况确实存在[4], 因而平时也要做好雨量器的维护工作。

2.2 地温传感器的维护

地温场在经过一段时间后, 土壤容易出现板结状况, 应每月定期对地温场的土壤进行疏松平整, 使地温传感器与土壤保持良好的接触。在雨后, 也应及时对地温场进行部分松土, 以防土壤板结。在松土时, 应松及地面传感器的底部, 回填平整土壤时, 不能用力压, 要保持松土后自然密贴和露出地面部分表身的清洁。对人工站地面3支温度表的埋放也要求如此, 不能用挤压方式使1/2表身陷入土壤, 实践证明, 这是减少人工站与自动站地温差异的正确松土方法。此外, 还要检查地温传感器电缆插头接口处的密封是否良好, 以防进水和插头氧化造成接触不良, 影响观测质量。

2.3 温湿传感器的维护

保持温度传感器的感应部分和湿度传感器的滤纸的清洁。应每月拆开湿度传感器头部网罩, 若污染严重, 应更换滤纸。同时注意用毛刷或半湿布对百叶箱除尘, 保持清洁。通常雾天的湿度值应在90%~100%, 若湿度不足90%或缺测 (可能是测量值超出100%的范围) , 应及时更换滤纸试测, 若湿度仍未达要求, 说明该传感器性能不好, 应及时更换。

2.4 风向风速传感器的维护

采集器对风向风速传感器具有诊断功能, 一般不须日常维护。但也可定期将采集器进入测试状态, 人为转动风向标1圈, 诊断码应为“1111111—0000000”, 否则表明风向传感器可能已经损坏。有条件的台站可以每年定期清洗风向风速传感器的转动轴承, 若发现传感器有卡滞现象, 须立即更换或及时通知有关部门进行维修。

2.5 采集器和气压传感器的维护

采集器和气压传感器均安装在采集箱内, 每周应用毛刷进行清洁, 如果采集箱里有小虫、灰尘, 可用软毛刷清除。同时要注意检查进线孔是否密封完好, 气压传感器静压气孔口有无堵塞、孔内有无小虫。

2.6 电源和传输电缆的维护

电源是数据采集器能正常工作的关键, UPS电源应2~3个月完全充放电1次。最好在UPS电源的输入端和采集器市电的输入端 (实际也是UPS电源的输出端) 各接1个漏电开关, 以便于维护仪器时的控制。经验证明, 在强雷雨天气将这2个开关打下后 (切断市电) , 对UPS电源和采集器都能起到很好的保护作用[5]。另外, 每年应定期检查电缆与各传感器、采集器之间有无连接松动、鼠咬、老化等现象。要保证藏电缆的管道 (防雷盒) 不能给老鼠留下进出的空隙一定要封牢 (进线与出线孔) 。每年春季或汛期来临前, 应对防雷设施进行全面检查, 对接地电阻 (应小于5Ω) 进行复测。

2.7 采集数据的维护

自动气象站监控软件负责将采集器中的数据卸载到计算机中, 当数据自动卸载失败时, 应及时手工卸载, 以防采集器中的数据丢失。当出现异常数据并影响到极值和正点上传数据时, 应在正点数据卸载成功后, 及时进入测报软件的“观测编报”→“定时观测”, 更正数据并重新生成上传数据文件。每天20:00完成观测和发报任务后, 应及时对当日的数据进行全面维护, 做好异常数据的处理和数据文件的备份工作。每日可采用多种方式备份数据, 但一定要做单独的手工备份, 且不能与自动备份的路径相同。

2.8 维护注意事项

(1) 在每次天气过程来临之前和过程之后, 也应认真检查各种传感器的工作状态;如地温传感器的埋置是否正确、风向 (风速) 传感器是否转动灵活、雨量传感器的漏斗是否有堵塞现象等。

(2) 在维护自动站时, 应避开整点或气象要素极值可能出现的时间, 以免影响观测记录。在更换各种温度和湿度传感器前, 要避免新传感器曝晒在阳光下, 以减少新传感器适应实际环境的时间。另外, 在安装、维护、更换传感器时, 除雨量传感器外, 其他传感器应在切断电源的情况下进行。

(3) 定期检查、维护仪器的情况应记入值班日志中。对自动站观测数据有影响的还要摘入备注栏。

3 结语

(1) 观测员在值班期间应注意观察各种监控数据, 当发现可疑记录时, 应按有关的规定和操作方法进行处理, 如果能判定是仪器故障而自己又处理不了的, 应及时报告仪器维修人员, 以免影响自动气象站的正常运行。

(2) 应做好自动气象站的日常维护工作, 避免因不维护或维护不当影响到自动气象站的观测质量, 保证探测资料的准确性和完整性, 减少人工站与自动站观测数据的差异。

摘要：探讨DZZ1-2型遥测自动气象站的维护技巧和注意事项, 认为利用“中国气象局综合气象观测系统运行监控平台”和“自动气象站监控软件”显示的监控数据, 结合“DZZ1-2型自动气象站终端”中的图形曲线, 对判断数据是否异常、仪器是否故障很有帮助, 指出正确维护仪器是遥测自动气象站正常工作、提高探测资料准确性和完整性的保证, 也是减少人工站与自动站观测数据差异的保证。

关键词：大气探测,仪器维护,DZZ1-2型遥测自动气象站

参考文献

[1]中国气象局监测网络司.地面气象测报业务系统软件操作手册[M].北京:气象出版社, 2005.

[2]朴春兰.自动气象站常见故障[J].农民致富之友, 2011 (10) :39.

[3]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社, 2003.

[4]陈文燕, 何振文, 赖惠文.不锈钢雨量器雨量偏少的原因[J].广东气象, 2006, 28 (3) :68-69.

阴极保护遥测系统开发篇7

长输管道阴极保护是管道日常管理的重要工作内容, 主要包括两个方面的工作, 既阴极保护运行数据的采集和阴极保护运行数据的分析。

长期以来, 由于线路长、监测点分散、交通不便, 监测工作实施与管理难度高, 工作量大, 为此, 国外在上世纪70~80年代首先开始进行远程监测方面的研究, 主要采用的技术方案是飞机遥测和卫星通讯遥测, 这些技术的运用, 在一定程度上, 达到了提高监测效率, 降低劳动强度的目标, 但高昂的数据采集成本限制了此类技术的应用。

随着通讯技术和网络技术的发展, 为长距离管道阴极保护参数的传输提供了技术支持。针对越来越多的管道需求, 研制开发了针对长距离输送管道的阴极保护参数远程测量与分析系统。

1 系统工作原理

由中心站主机通过数传电台向遥测站发布测量指令, 控制遥测站的信号采集和数据回传, 遥测站则按照中心站的指令进行现场信号 (包括温度和阴极保护电位) 采集, 存贮, 通过电台向中心站发送。中心站对采集上来的信号做进一步处理, 显示, 报警, 输出。

2 系统组成

阴极保护遥测系统由以下三部分组成:

(1) 现场数据采集系统, 由数据采集模块和太阳能电源系统组成, 负责现场参数信号的采集和初步处理。也叫遥测站。

(2) 中心处理主机及数据专家处理软件系统, 包括工业控制计算机一台, 外加数据采集卡一个, 数据专家系统软件一套。负责整个系统的测量控制, 数据回收、测量结果的分析、报警以及数据、曲线输出。

(3) 通讯系统, 包括各遥测站的数传电台和中心站的数传电台、天线、避雷装置等。负责中心站与各遥测站间的指令和数据的传输。

3 现场数据采集 (探头和数据采集装置) 系统

阴极保护遥测站全部为通用型遥测站, 可测至少一路电位和七路温度信号, 直接通过当地数传电台与主站通讯。在指令接收和数据发送时, 采用一定的校验和加密措施, 验证信号的完整和真实温度测量探头截面为半圆或长方型, 如图1。长度不大于40mm, 宽度不大于15mm, 厚度不大于10mm。每个温度测量探头中安装两个温度传感器, 单独配线, 留做备用。

4 通讯系统功能

阴极保护遥测系统通讯功能由数传电台方式完成, 其主要技术指标如下:

5 中心站中控主机和数据专家系统软件

阴极保护遥测中控是整个系统的核心, 其作用是:

(1) 发送全线各个分站测试参数命令。

(2) 主机采集处理全线各个分站数据。

(3) 主机采集处理本站两路电位数据 (无遥测站) , 直接电位信号输入, 计算机中可加数据采集卡。

(4) 主机采集本站恒电位仪 (一路电位, 一路电流) 的信号。

中控系统软件全面控制、存储和分析测量的数据, 主要实现的功能包括:

(1) 定时测量参数设置。

◆由其设定间隔或定时测量后, 各分站按此设置自动进行测量, 并存贮数据。

◆以群呼方式向分站发布指令-同时向所有分站发布指令。

◆分站数据待主站向其发布数据回传指令时, 按要求回传。

(2) 随机测量。

◆由其向分站发布测量指令, 在一定延迟后再要求测量的站点发布回传数据指令。

◆可测量任意分站组合的当前参数。

◆数据回收时, 按顺序从序号最小的开始, 每个站发送最多三次数据回收指令, 数据回收正常后, 进行下一站的数据回收。若某一站数据回收失败, 则在全部其它站回收结束后, 再进行一至几次的数据回收, 如再失败, 则在软件界面显示出来, 同时停止当次的数据回收操作。

(3) 数据回收。

回传数据分为当次数据回传 (同随机测量) ;当天数据回传;当周数据回传;当月数据回传和全部存贮数据回传五种方式。

(4) 数据显示。

(5) 曲线显示

(6) 数据报表和曲线打印输出

(7) 超标及欠压报警。

(8) 示意图显示。

(9) 本站恒电位仪参数显示。

(10) 使用权限设定

◆分两种权限级别:管理员和操作员;

◆不同权限操作人员设定不同的密码;

6 系统其它系能

(1) 内部具有硬件时钟, 能保证长时间正常工作。

(2) 电源输入处具有一定的保护措施, 可在外部电源异常时保护内部电路。

(3) 仪器工作电流小, 平时不工作时处于待机-节电状态。采集板整机约20m A, 7路温度传感器约14m A, 整机34m A。采用待机技术时, 可关断传感器供电, 降低14m A功耗。

(4) 仪器由主站指令控制进行测量, 分成定时测量和随机测量两种方式。其中定时测量是在主站发来定时测量的时间间隔值后, 仪器按此间隔进行参数测量, 并保存数据;随机测量是接到仪器的测量指令即进行测量。

(5) 数据回传方式分当次数据回传、当天数据回传、当周数据回传、当月数据回传和全部存贮数据回传五种方式。

(6) 数据存贮满后, 进行数据更新:按新数据量存贮新数据, 剃除相应数量的旧数据 (以时间为序) 。

(7) 可接收电源控制器发来的欠压提示 (电平信号) , 并向主站发送传输数据请求。

(8) 由外部电源提供12V供电。供电电压范围11.3V~14.3V。

7 结束语

阴极保护遥测系统通过数传电台通讯方式对测得的阴极保护数据进行传输, 经多条长输管道的应用, 本系统数据传输精确, 系统稳定性好, 非常适合用于石油、石化、国防、市政等长输管线上使用。

摘要：通过数传电台方式将长距离输送管线阴极保护电位及温度参数上传至中控, 可实现阴极保护无人遥测。

关键词：阴极保护,遥测,研究分析

参考文献

船舶无线温度遥测系统篇8

关键词：单片机,数字温度传感器,无线数据传输模块

目前, 船舶上采用的货舱温度采集系统大部分由传感器、数字集成元件及转换电路等元器件组成。整个系统线路复杂, 构建繁琐, 成本极高, 而且很难对系统设备进行升级换代, 尤其是在恶劣复杂的海况下航行, 对整个系统设备造成的破坏很难进行维修。随着嵌入式技术的快速发展, 采用NORDIC公司生产的n RF24L01芯片和美国DALLAS公司生产的最新型数字温度传感器DS18b20来设计温度监控设备, 使得硬件趋于简洁, 主要的功能都可在单片机芯片内部通过软件方法实现。利用无线传输技术, 实现船舶舱室温度的遥测, 并输出到终端, 降低船员进入封闭舱室或有毒舱室的工作危险性, 既满足的温度遥测的需求, 又保证了海上作业的安全。与目前有线温度监控设备相比降低成本, 消除了以往舱室恶劣工作环境对有线设备的损坏, 提高空间利用率。另外, 设备成本大幅降低, 由于码头装卸货的自动化程度提高, 在进行船舶货物装卸时可以达到一次性使用, 从而提高工作效率。

一、货舱温度传感器概述

1 研发流程

确定符合功能要求的数据接发设备和温度传感器, 最终选择NORDIC公司的n RF24L01无线模块和DALLAS公司的DS18b20温度传感器, 运用AD知识, 设计制作能满足设备需求的印刷电路板, 主电路板板焊接完成后, 编写系统控制程序, 运行并调试程序检验设备的实验效果。

作为最常见的传感器之一, 温度传感器具有广泛的运用。早期的温度传感器大都采用热敏或者热偶电阻的电阻差的变化来测量温度, 不仅测量线路复杂, 而且测量精度不高, 往往不能达到设计的预期要求。随着科技的进步, 现代化的温度传感器变得微型化、数字化, 体积减小的同时测量精度也大大提高, 广泛的应用在生产生活的各个领域。美国DALLAS半导体公司最新的数字化温度传感器DS18b20采用单总线协议, 无须连接任何外部元件。它具有微型化, 低功耗, 高性能, 抗干扰能力强等优点, 可直接将温度转化为数字信号供处理器处理。

2 DS18b20温度传感器性能

如图1所示, 整个传感器模块外形小, 结构简单, 但功能强大, 相比于船用的温度传感器, 价格便宜, 电路简单编程容易, 最重要的是大大节约船用空间, 极大的减少了以往安装传感器所需布线的复杂, 直插即用。DS18b20传感器集成了温度检测及数据输出在一起, 大大提高了其抗干扰能力;同时也把其工作周期分成了两个部分, 即温度采集和数据处理。温度采集部分主要依靠其内部的数字温度传感器, 精度能达到0.0625。数据的处理则主要是将其采集的温度转换成标准的BCD码, 发送至单片机等处理元件, 进行后续操作。而其内部的暂存器, 可以存储即将输出的温度数据。其具有独立的单总线接口方式, 无须连接任何外部元件, 只需一条口线就能实现多点组网分布的传感器与CPU之间的双向通信, 实现多点温度的及时测量温度, 测量结果以9~12位数字量方式串行传送。

二、无线模块特点

1 n RF24L01无线模块外部特性

如图2和图3所示, n RF24L01无线模块整体面积15.01048×29.01056mm, 相比于目前船舶上使用的有线数据传输设备, 其在温度数据传输方面具有极大的优势:体积小, 数据传输稳定, 数据传输距离远, 能实现数据的无线传输。这些优势极大体现了系统的整体设计的基本思想:小而稳定。另一方面, 其价格便宜, 功耗低, 编程简单, 极大程度上降低的设备的数据传输成本, 但又能保证数据传输的质量, 是一种性能优越的元件。

2 n RF24L01无线模块内部特性

n RF24L01无线模块采用GFSK调制模式, 数据传输速率能达到l Mb/s~2Mb/s, SPI速率为0Mb/s~10Mb/s, 而且其具有稳定的自动应答和再发射功能。相比于其他的无线模块, 如CC2500, PTR2000等, 其数据传输功率更高, 传输数据更加稳定, 而且距离更远。另一方面, 其通信协议简单, 编码方便, 抗干扰能力强, 在不使用时的掉电模式和空闲模式, 能极大的降低系统整体的功耗, 延长设备的一次性使用时间, 降低了系统的设计难度。

三、系统整体测试

1 系统结构

系统整体由89C52单片机、无线模块n RF24L01和DS18B20温度传感器集成, 如图4所示。自主设计制作的PCB电路板, 整体长宽各5.4cm, 占地面积不足30cm2, 体现了设备的小型化、简单化。系统整体使用的各种耗材, 包括芯片、传感器、电容电阻、无线模块等, 成本低, 性能优越, 数据传输稳定且功率强大的无线传输模块的传输距离达到数十米, 很好的完成了低成本、高性能又能一次性使用的目标, 能够很好的适应船舶货舱在各种恶劣条件下温度的监测, 同时又大大降低了使用成本。

2 系统测试

系统整体测试概念图, 如图5所示。系统由一主机加若干个从机构成 (根据需求设置) , 通过设备上的按键, 可设置任一设备为主机, 其余设备则自动成从机。主机可连接在任意安装了温度显示软件的control panel上, 而从机则可放置在货舱的任意位置。当进行温度的检查时, 可手持载有主机的panel, 随时在任意货舱, 该货舱各点的温度时时发送到控制器的温度显示软件上, 得到的温度曲线如图6所示。本系统的设计, 大大提高了工作效率, 同时降低了工作人员进入货舱检查时的危险性。

结语

采用DS18B20和单片机等连接组成的无线温度监控系统, 满足了温度遥测的需求, 同时大大降低了成本。适用于船舶舱室等工作环境恶劣、空间有限的场合, 能最大化的实现“小空间、大利用”, 准确时时的监控船舱温度。另一方面, 单片机有强大的功能, 能完成复杂的控制任务, 并且支持多种编程语言, 与各种硬件兼容性良好, 降低了开发难度, 以此来代替进口产品和现有设备的升级换代, 能有效节约资金降低成本, 可以一次性使用, 对于暴力性装卸货有重大的实际意义。

参考文献

[1]张郁峰.如何搞好船舶设备管理工作[J].科技创新导报, 2014.

[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社.

自动化遥测系统篇9

【关键词】航运；数字航道；航标；遥测；遥控；信息技术

随着我国经济的持续快速发展，加之长江沿线的航道不断得到系统整治，进入21世纪以来，长江航运迅猛发展。2005年，长江干线货运量达7.95亿t，超过欧洲的莱茵河和美国的密西西比河，成为世界上运量最大的通航河流。

1 航标遥测遥控系统组成及工作原理

航标遥测遥控系统是数字航道应用系统的核心，也是数字航道正式运行后航道维护日常工作开展的主要平台。该系统主要采用先进的航标状态检测技术和无线遥测遥控技术，对长江通航水道的电子助航标志全面实现远程动态监视和状态控制，及时发现航标异常并尽可能进行远程维护，提高航标正常率，为船舶提供有效的助航服务。

1.1 系统组成

航标遥测遥控系统主要由数字化航标终端、信息传输系统及综合监控系统等3个部分组成。（1）数字化航标终端：安装在航标上，利用全球卫星定位系统（GPS）和传感器测定航标灯工作状态（包括航标位置、电压、充电电流、闪光周期等参数）。（2）信息传输系统：主要依靠全球移动通信技术（GSM）、长江专网等构建信息传输通道，以短信息等方式将航标终端上传的信息传回综合监控系统。（3）综合监控系统：由前置通信机、数据库服务器、地理信息系统（GIS）平台等组成，以电子航道图系统和信息管理系统为基本数据源，将航标终端传输的信息在电子航道图中叠加显示，同时实现对航标相关指令的发送及处理功能。

1.2 工作原理

航标上安装的数字航道航标终端在每个轮询周期（一般设为2 h）通过GPS天线接收GPS信号以测定航标位置，并由传感器测定航标灯工作状态。GSM模块对收集的数据进行编码后传送至综合监控系统。综合监控系统在GIS平台上准确显示所接收的航标信息，监控人员就可以实时获取航标地理位置、航标灯工作状态、电源系统等技术信息，实现对航标技术状态的动态监控。

航标一旦发生异常，系统立即进入报警状态并高亮显示，同时通过声音提示监控工作人员。在航标动态信息窗口中，报警航标状态栏会根据报警级别的不同显示不同的颜色以便于监控人员识别。监控人员发现航标发生异常后，首先可通过监控系统中航标历史信息查看功能了解航标报警前技术信息，结合天气等外部条件对报警情况进行综合分析，并对报警进行确认，然后立即通知相关船舶前往恢复。同时，监控人员还可通过综合监控系统中的航标指令发送功能设置航标终端轮询周期、位移门限、航标灯明灭等相关信息，进而实现航标远程遥控功能。

整个监控过程实现远程化和信息化，大大减少航道工作船艇巡航次数和相关从业人员的劳动强度，节约资源，降低成本。

2 应用优势

航标遥测遥控系统采用信息化手段，极大地提高航道维护工作效率。通过内部正式运行，该系统展现出以下优势：

（1）主动获取航标动态信息，使航道维护管理实现主动预防。以往航标技术人员无法实时了解航标动态信息，大部分标志失常由海事或过往船舶报告发现，少数由工作船巡航发现，航标失常信息的获取通常较为被动。利用航标遥测遥控系统，监控人员能主动获取航标动态信息并预判标志是否失常。正式运行以来的数据表明，接近80%的标志失常能通过监控平台发现。航道维护管理逐步实现由被动矫正型向主动预防型转变。

（2）及时获取航标异常信息，大大缩短失常标志恢复周期。以往航标失常后，航标技术人员一般无法立即获知，而信息获取滞后又延误标志的恢复。利用航标遥测遥控系统，标志失常能即时触发报警，监控人员最短能在2 min内发现标志异常状况并迅速通知船舶前往恢复，大大缩短失常标志恢复周期，保障航道畅通。

（3）有效区分航标失常情况，提高工作效率。在以往航道管理模式中，由于对航标动态信息无法作出细致的判断，一旦接到失常报告就要派船出航，而利用航标遥测遥控系统，监控人员可以对失常信息作出分类判断，合理指挥作业。例如，对于超时报警或者电源欠压等情况，可以结合航道维护的实际需要，在安排船艇开展其他航道维护工作时前往检查终端或更换电瓶等。这能在一定程度上减少船艇出航次数，提高航道维护工作效率。

从表1长江南京航道局南京航道管理处2008—2010年第一季度工作船舶开航总时间及恢复标志数量对比情况可见：其一，从恢复标志的数量看，自2008年底数字航道内部试运行以来，由于增加终端这一新硬件，其失常亦需要船舶开航恢复，故航标失常次数有所增加，船舶的工作量相应提高；其二，从船舶开航总时间看，2009年数字航道试运行后，将船舶每月巡航次数由3次改为2次，并取消每月2次的夜航，故船舶开航总时间均较2008年大幅减小，而2010年数字航道正式运行后，船舶开航时间进一步减少。这表明航标遥测遥控系统在合理调度船舶、减少无效开航、提高船舶工作效率等方面发挥重要的作用。

3 系统改进和发展方向

航标遥测遥控系统是数字航道的组成部分之一。随着科学技术的进步，这一系统的应用空间将进一步扩大。

（1）在数字航道智能终端中安装视频监控模块，建立视频监控系统，利用3G无线通信技术传输视频信息，使数字航道由模拟监控向数字可视监控系统发展，最终实现长江航道的可视化管理。目前，长江大桥桥区视频监控系统已经建成。

（2）航标遥测遥控系统不仅能满足航标业务管理需求，而且有助于组建水上交通安全信息综合服务网络，实现对辖区航标动态和航道信息实时监控，并利用船舶自动识别系统（AIS）等为过往船舶提供实时水位、潮汐、局部气象等助航信息服务。

4 结语

朝阳地区雨量遥测系统的应用篇10

1.1 地理位置

朝阳市位于辽宁省西部, 地理位置为东经118°50′～121°17′, 北纬40°36′～42°22′。土地面积1.97万km2, 下辖朝阳、建平、喀左3个县, 北票、凌源2个市, 双塔、龙城2个区。

1.2 河流水系

朝阳境内主要河流有大凌河、小凌河、老哈河、青龙河, 河流总长2 650 km, 流域面积在100 km2以上的河流有57条, 流域面积在300～1 000 km2的河流19条, 流域面积在1 000～5 000 km2的河流6条, 流域面积>5 000 km2的河流1条。

1.3 气候特点

朝阳市属于北温带大陆季风气候区, 四季分明, 日照充足, 昼夜温差大, 积温高, 辐射强, 雨热同季, 降雨偏少, 多年平均降雨量482.8 mm, 多年平均蒸发量1 600～2 000 mm, 多年平均水资源总量14.92亿m3。暴雨集中, 时空分布不均, 大都分布在7—8月, 无霜期150 d左右。

2 雨量遥测系统建设情况

近年来, 朝阳地区报汛方法实现了水文信息智能传输机和手机短信形式, 但中间环节多, 历时慢, 不能有效地保障雨情的时效性和准确性。为解决朝阳地区防汛抗旱工作的实际工作需求, 辽宁省水文水资源勘测局朝阳分局2006年建设完成11个雨量遥测站, 2009年朝阳地区57座中、小 (Ⅰ) 水库实现了雨量遥测, 2012年新建243处雨量遥测站, 朝阳地区雨量遥测站网密度达到了美国水平, 处于全省最前列。

3 雨量遥测系统设备

3.1 中心站设备

中心站是遥测系统的总控制中心, 设备主要包括信号接发装置和计算机, 可以对遥测站点监测的数据进行实时接收、存储、检索、显示和维护等处理工作 (图1) 。

3.2 雨量遥测站设备

雨量遥测站设备由雨量传感器、YAC9900主板、2102型通信模块、信号发送/接收器、电源和避雷装置等组成。

4 雨量遥测系统工作原理

4.1 雨量信息采集

雨量传感器采用南京水利水文自动化研究所生产的JDZ系列雨量传感器 (翻斗式雨量计) , 降雨进入雨量传感器的盛水器翻斗, 当翻斗居上的一侧斗室累积到一定水量时, 由翻斗自重、翻斗内水的重量、翻斗的支撑力、流水冲击力等组成的力平衡关系被打破, 使翻斗状态发生突变, 翻斗翻转。固定在翻斗架上的干簧管受到磁激励, 便产生一次通断信号, 信号通过雨量传输线发送到主板中[1]。

4.2 雨量信息转换

YAC9900主板采用武汉长江测报自动化技术公司生产的多路径遥测终端主板。雨量信号经过主板上的编码器、传输控制器、调节解调器等将测量值变为测量信号, 再转化为数字信号, 然后用已调载波来传输信息[2]。

4.3 雨量信息传输

朝阳雨量遥测系统采用移动的GPRS信道为主要数据传输信道, 用GSM方式作为备用信道向中心传输数据。采用专网, 自成体系, 排出了外界干扰, 此项技术在全国绝无仅有[3]。

5 雨量遥测系统运用情况

朝阳地区雨量遥测系统自2006年6月投入使用, 历经几年的运行, 总体情况良好, 满足报汛要求 (以2012年7月10日人工和遥测雨量对比分析为例, 见表1) , 为防洪度汛减灾提供了及时准确的信息情报。

6 雨量遥测系统故障分析与排除

系统在运行过程中, 有时个别站点会出现数据中断现象, 汇总故障分析与排除方法见表2。

7 结语

雨量遥测系统工作稳定, 可靠性高, 识读方便, 大大减轻了人力、物力、财力, 实时数据传输快捷, 有效地提高了雨量情报的收集, 为抗洪减灾、减轻人民生命财产安全赢得了主动, 推动了水文现代化建设步伐, 对朝阳市防汛抗旱, 水资源管理将起到积极而深远的影响[4]。

参考文献

[1]聂大鹏, 张强, 邱洋.抚顺地区雨量遥测系统运行与维护要点浅析[J].中国水运:下半月, 2012 (3) :68-69.