水情监测系统

水情监测系统（精选7篇）

水情监测系统 篇1

暴雨是发生频次高且后果较为严重的自然灾害, 其中暴雨造成的城市道路积水会致使环境污染、交通中断, 严重干扰市民正常生活秩序。所以, 对会出现积水的高危路段进行实时、精确的监测是必要的。传统道路积水监测系统, 因受限于人工资源、交通状况及周边环境与通信技术等影响, 监测区域小、可靠性低且难以扩展。将综合传感器、通信与计算机等技术, 应用于道路积水远程监测系统, 方便地实现了对监测路段水位、雨量等参数的实时监测、上报与报警, 以其智能化、系统化、网络化的特点, 建立了道路积水监测预警系统的解决方案。

1 系统整体设计

系统设计采用“分散监测, 集中控制”模式, 主要由监控中心站、现场监测终端、水泵控制终端等模块组成。现场监测终端对监测点的水文数据进行采集, 由GPRS DTU完成TCP/IP协议的转换, 并通过可靠的无线传输通道, 将相关数据传送至监控中心。监控中心选择组态王6.53进行数据处理软件开发[1,2], 总体结构如图1所示。

2 系统硬件选型及配置

2.1 GPRS RTU选型

RTU远程通信模式符合道路水文数据现场监测点数目较多且距离远的特点, 但普通的RTU产品只能应用于覆盖有GSM网络的现场, 而有的道路现场却不具备该条件。同时, 普通RTU的接口类别与数目达不到设计要求, 严重限制了RTU产品在道路积水监测中的运用。结合应用需求, 系统选用JY-RTU6640作为水情监测RTU, 其能与未覆盖GSM网络的监测现场无线通信网络进行通信[3,4]。

2.2 水位传感器的选型

水位测量仪器选择谐振式水位传感器, 其精度高、经济性与环境适应性强。工作时, 隔膜两侧气压的变化使移动的磁芯与固定的线圈产生相对位移, 线圈对应的电感量不断改变, 完成了非电量与电量间的转换。

2.3 水泵控制方案

道路积水会造成环境污染、交通中断, 所以系统引入了水泵, 水泵控制系统框图如图2所示。此外, 系统还构建了模糊PID控制, 以提高控制能力[5]。

图中虚线部分采用浩纳尔公司的XLT触摸式OSC进行控制。储水池实际水位高度c (t) 经水位传感器采集、转换为标准电压或电流信号后, 送至一体化控制器A/D模块转换为数字信号, 该值与预设值sp (t) 二者进行比较得差值e (t) , 模糊环节对其计算并输出信号, 再经一体化控制器D/A模块转换得到M (t) , 并对IP5A变频器参数进行控制, 从而能调节水泵电机的运行, 最终控制排水量。

2.4 现场监测终端太阳能配置

现场监测终端通常安装在道路、隧道等缺乏交流供电且无人值守的场合, 所以采用太阳能蓄电池供电。太阳能电池板通常以45°角正南朝向安装, 本地区日照均时在6~7 h之间, 为确保电池板能够在上述时间内充电完成, 电池板的功率至少需>12 W。兼顾价格及阴雨等气象因素, 系统采用15 W的太阳能电池板。

在本监测终端中, 负载分别采用3.3 V、5 V、12 V供电。为确保系统的正常运行, 蓄电池的12 V电压首先使用LM2576, 完成5 V工作电压的转换, 进而再经过1117芯片, 完成3.3 V电压转换。

3 无线通信的实现

结合系统实际监测范围及成本, 监控中心站与因特网连接, 选择公网动态IP+DNS解析服务, 现场监测终端与监控中心站直接相连。

监控中心站与现场监测终端之间采用MODBUS RTU协议格式通过软件虚拟串行接口, 采集实时水文数据, 查看设备参数。在该协议格式下, 需对主从设备的参数制定规则[6,7]。现场监测终端协议配置, 如表1所示。

4 组态软件设计

监控中心站软件应功能完善、运行稳定, 其能处理采集到的现场水文数据并通过软件界面表示, 及发送触发指令;后期分析数据库中存储的数据, 以实现较为准确的预测, 为水文单位的决策提供保证。经分析后, 选择组态王6.53进行数据处理软件开发。

4.1 数据库设计

监测系统数据库采纳结构化查询语言SQL Server2005, 其主要结构框架有5部分。道路区域表的副表为道路对象表, 每个表的主键为道路名称、序号。

(1) 道路对象表:包括道路名称、水位、雨量、流量及风速限值。 (2) 道路区域表:包括道路序号、道路对象和范围大小。 (3) 道路积水上报计划表:包括积水路段序号、自动上报时间、排水与否。 (4) 道路状态表:包括积水路段序号、设备状态、水位、雨量、流量及风速传感器状态以及相关采集数据。 (5) 道路历史表:包括道路序号、道路积水发生时间、水位、雨量、流量及风速值以及累加水位、雨量值。 (6) 储水池水位表:包括道路序号、储水池序号、实时水位及水位限值。

4.2 程序设计

系统开始启动后, 进行状态、频率等初始化设置。当接收现场水文参数成功后, 且能够并行处理下述工作:1) 获得水位、雨量值。2) 设置水位、雨量限值。3) 远程控制排水泵启动、调速及停止。4) 手动控制排水泵启动、调速及停止。5) 进行数据存储、报表、曲线显示及查询与打印。软件功能设计流程如图4所示。

5 现场运行实验

监测系统在调试运行后, 以2013年10月份枚乘路某监测点的历史记录作为参考, 对积水监测系统的实际运行情况进行了检测。

图5 (a) 表明, 该月最大降雨量及日最大降雨量;图5 (b) 中表明了, 当天监测点的水位约在75 mm。运行检测结果表明, 系统实现了水文数据的稳定和精确的采集、存储、传输, 并为城市防汛提供了研究依据, 提高了水利水文单位决策的准确性, 且较好地满足了实际需求。

6 结束语

本系统选择将水位、雨量传感器应用于对监测路段的水文数据进行测量, 同时利用GPRS网络完成水文数据的实时传输, 可实现在监控中心计算机上显示实时数据及调用查询保存的记录。经实验验证, 本设计准确度高、运行稳定可靠且有较强的扩展能力, 同时, 还具有较好的现场效果及市场应用前景。

摘要：针对传统道路水情监测系统监测区域小、可靠性低且难于扩展的状况。设计了一种以水位、雨量传感器作为监测点的数据采集装置, 配合智能化的远程终端单元, 依托无线通信网络与组态王软件, 完成水文参数的采集、传输、分析与存储的设备。运行检测结果表明, 其可实现数据的精确采集与稳定传输, 较好地满足了实际需求。

关键词：道路水情,传感器,远程终端,GPRS,组态王软件

参考文献

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[3]元保军.基于GPRS的地下水水情无线监测系统的设计与应用[D].太原:太原理工大学, 2011.

[4]殷峰松.GPRS在水文监测系统中的应用[D].北京:北京邮电大学, 2010.

[5]马成玲, 齐向东, 王兴.水位PID模糊控制系统的设计[J].传感器世界, 2011 (4) :34-39.

[6]黄凤辰, 燕志勇, 赵莉.基于AVR和无线技术的运程水情监控系统[J].电子设计工程, 2013, 21 (6) :189-193.

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水情监测系统 篇2

辽宁省水旱灾害频发。1949—2010年期间,于1951、1953、1960、1962、1985、1995、2005、2010年发生洪水灾害,给国民经济和人民生命财产造成了重大损失。统计“1995.7”大洪水可知:全省受灾县(市、区)达44个,人口584万人,直接经济损失347亿元,占同期GDP(2 797亿元)的12.4%。因此,洪水灾害是影响全省经济和社会可持续发展的主要自然灾害之一,防洪减灾是水利部门的重要职责。在加强防洪工程体系建设的同时,还应大力加强防汛水情监测及洪水预警预报系统等非工程措施建设。在系统开展该项目研究前存在的突出问题有以下几点:(1)水文监测手段相对落后。水位以人工观测水尺、流量以测船、降水以雨量计等人工监测为主。(2)水情测报站点严重不足。雨量等自动报汛站有342处,不足现在的1/4。(3)水情信息迟滞严重。受水情信息编、转、译报等环节传输技术影响,仅有1/3报汛站能在规定时限内(30 min)将水情信息上报至省水文局。(4)水文分析、展示、会商等手段单一。可靠性、实时性、信息量等都难以保证。(5)水文预报方法模型单一,参数遴选等受GIS等技术限制,匹配难度大,预报精度低,尤其74座中型水库和285座小型水库信息空白、预报方案空白,一旦遇有险情,后果严重[1]。

2 主要研究内容与技术路线

2.1 研究内容

针对辽宁省的防汛形势和决策支持要求,项目主要开展以下研究:一是加强水文监测、通讯传输、数据处理、决策支持系统建设,增加现代科技含量,提高自动化水平。二是实施辽宁省现代实用洪水预报系统建设,将现代洪水预报理论、专家经验和智慧、人类活动影响的实际情况有机地结合,实现数字化洪水预报,提高洪水预报精度,增长洪水预见期。三是优化水库、河道联合洪水调度系统,发挥工程防洪最大效能。

2.2 技术路线

该研究充分立足于现有防洪工程体系,着力加强非工程措施建设,在防汛水情数据采集方面,通过新技术和新仪器的试验和应用,改变原有人工观测的模式,实现全省2 000余站点水情信息的自动采集和传输,以提高水情信息采集的数量、质量和传输速度;在水情信息接收、分析处理和信息发布方面,通过研发信息交换技术等新技术手段,实现国家部委、省气象、国土等数据信息的直接全面共享,以扩大辽宁省防汛信息资源量;通过新技术开发和应用以最快捷、最全面、最清晰的方式在不同的平台上给各级防汛工作者和决策者予以查询和显示,以便随时掌握防汛水情信息;通过研究和应用最优化、最适合辽宁下垫面情况洪水预报模型和洪水预报方法,提高洪水预报精度,延长预见期,为防汛决策和抢险赢得宝贵时间[2]。

2.3 开展的主要工作

该项目由辽宁省水文局、辽宁省防办于2003年开始相关研究和建设工作。2003年研究并编制辽河流域实用洪水预报方案;2004年编制辽宁省西部、东南部实用洪水预报方案;2005年开始开发辽宁省实用洪水预报系统,全省雨量、水位、流量观测等大量引进和应用新技术和新仪器;2006年引进中国洪水预报系统,开发辽宁省防汛抗旱水情信息网,进行水情自动测报系统的建设工作;2007年开发辽宁省防汛抗旱水情值班系统;2009年进行中小水库洪水预警预报系统的建设合水库洪水预报方案研制工作。2010年研发水情数据交换系统、水情易信通显示系统等,同时实现水情信息全面共享。其系统技术路线见图1。

3 主要研究成果

该项目结合辽宁省水文防汛工作实际需求在水情信息监测、传输、分析、发布、洪水预报预警等方面取得了多项研究成果。

(1)在水情信息采集、洪水分析模拟计算、水文预报等功能模块的关键技术环节中,应用GPS、GIS、ADCP、超声波、固态存储、遥测、雷达先进技术;应用新安江模型、MIKE-11、NASH单位线、三维模拟、辽宁模型等先进实用模型,构建了适合辽宁省实际情况的水文情报预报系统集成,保证了用于防汛决策支持的准确性和科学性。

(2)在各类水情信息传输过程中,最新采用水情信息交换技术,摆脱了原有各个环节需编码、解码等大量繁冗数据处理工作,充分实现了水情分中心、省水情中心、松辽委、国家水情信息中心的水情信息全面、直接、开放式共享,水情信息的时效性由原来的1 h缩短到5 min,解决了信息传输方面的关键技术问题。系统特点:低成本、易安装、易维护;业务覆盖全面:集数据轮询、发送、接收、入库、实时监控、提示预警等功能于一身,同时能够应对网络故障、大数据量传输等特殊情况;画面较直观,操作较简单;运行稳定且可靠[3]。

(3)项目实现了水情信息的高度整合,常年采集水位、流量、降雨、蒸发、土壤墒情、地下水、水库蓄水、冰情、气温,以及邻国朝鲜、邻省吉林、河北、内蒙古等地方的相关水情信息,建立了强大的雨情水情实时和历史数据库。尤其该项目首次实现与辽宁省气象局跨行业基于数据库层面的雨情水情信息高度共享,使全省水情报汛站网数量增加了3倍,有力地保证了流域暴雨中心的控制,提高了站网的覆盖密度。

(4)成功开发基于平板电脑(IPAD2)及地理信息系统平台水情信息查询与发布的水情易信通系统,以强大雨情水情实时数据库和历史数据库作为支撑,基于现代信息技术(3G通讯方式,iPad和GIS、遥感影像、googel地图的地理信息技术),开发具有雨、水、工情及气象信息等9个功能模块的水情易信通系统。实现了雨情、水情、台风、天气、墒情、水库、地下水、灾害区域地形地物等信息的随时随地快速查询,改变了信息查询对环境的要求和限制,大大提高了信息查询时效性和风险决策的能力[4]。系统具有移动式办公以及防汛现场与后方融为一体的突出特点,使防汛决策者能够随时随地了解最新水情信息,在防御2011年2次台风中发挥重要作用,受到各级领导广泛好评。

(5)在水库水文预报方案编制中,考虑中小型水库在强暴雨下,产汇流时间短、常规预报方法难以保证洪水预见期的情况,首次引入水库抗暴雨能力概念,并以暴雨各项指标作为主要因子编制洪水预报方案,提高了水库预报精度和预见期,填补了控制面积较小的中小型水库预报方法的空白。

(6)将辽宁省实用水文预报方法和中国水文预报系统有机融合和高度集成,创建了在同一平台上交互操作应用、参数遴选和成果相互验证的辽宁省洪水预报系统,开发出技术先进、手段丰富齐全、预报机制完善、成果精度高可靠性强的辽宁水文预报新产品。以GIS系统为平台,融合经验洪水预报方案和洪水预报模型,建立河库联合的辽宁省洪水预报系统集成模式,开发模拟预报和实时在线人工交互预报,实现洪水前预警、洪水中预报、洪水后评估,提高预报精度,增长预见期。该系统的成果界面见图2。

4 成果总结

通过上述关键技术的研究和项目的全面实施,彻底改变了传统防汛水情信息的监测、传输和情报处理模式,极大地提高了水情信息采集传输的速度和准确性;水情信息量增加了3～5倍,传输速度缩短为5 min以内2 000余站点信息传到省防和国家防总;多种洪水预报模型和方法研究和应用,保障了洪水预报成果精度,增长了洪水预警预测的预见期;填补了中小型水库预报方法的空白。基于IPAD2的水情易信通系统开发应用,做到有3G网络的地方,无论荒郊野外,还是河堤大坝防汛指挥现场,都能随时随地对水情信息等进行掌握,为防汛决策提供及时的信息,从而为防汛抢险赢得主动,为减轻人民生命财产损失赢得了主动。项目的实施,推动了全省防汛工作科技水平的提高,为水资源管理开发利用工作产生积极而深远的影响;历年为各级防汛抗旱指挥部门准确及时地提供了大量的防汛测报信息和分析预测成果,为安全度汛做出了贡献,取得巨大的效益,同时也推动了防汛水情监测及洪水预警预报技术快速发展。

参考文献

[1]罗海龙,梁振海,王亚迪.GPRS技术在白石水库水情自动测报系统中的应用[J].现代农业科技,2009(12):293-294.

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[3]钟江,吴东华.白石水库水情自动测报系统[J].东北水利水电,2002,20(4):7-9.

水情远程智能监控系统 篇3

主要功能

水情监控、预测系统设计主要功能如下:

(1) 现场图像的远程监视, 实现遥视功能;

(2) 现场观测传感器云台的远程控制, 实现遥控功能;

(3) 现场水文资料的自动检测, 实现遥测功能;

(4) 历史水文资料的信息管理, 分析统计, 可为研究水情变化规律提供数据。

技术指标

(1) 现场图像可通过电话线或宽带网进行远程水平、俯仰和变焦操作;

(2) 图像传输速率大于4帧/秒 (依据线路传输带宽) ;

(3) 水文数据采集间隔最小1分钟;

(4) 可完成水文资料的查询、统计及打印功能;

(5) 水位数据误差范围小于国家标准, 并不受水质和环境温度影响。

市场应用

本系统可广泛应用于各类河道、河床、水库等的水情监控与水文测量。

合作方式

本系统核心技术已申请国家专利。合作方式可协商, 技术转让、合作开发等均可。

单位:南京理工大学科技处科技协作科

地址:南京市孝陵卫200号

邮编:210094

浅谈水文与水情遥测系统 篇4

遥测系统一般由若干个水情、雨情遥测站和中心站组成。遥测站进行数据采集和发送;中心站则进行数据接收和处理。在受地形等条件影响, 信息传输不理想的情况下, 还需在遥测站和中心站之间增设中继站。

水文与水情遥测系统的工作方式有自报式、应答式和混合式三种。

(1) 自报式遥测站按照规定的时间间隔或在被测的水文或水情要素发生一个规定增量 (如水位涨或落1 c m) 时, 自动向中心站发送水文或水情数据, 中心站的数据接收设备始终处于工作状态。

(2) 应答式遥测系统由中心站发出指令, 定时或不定时地呼叫遥测站, 遥测站响应中心站的查询, 适时采集水文或水情气象数据并发送给中心站, 中心站收集完所有数据后, 即进行处理、存贮。

(3) 混合式遥测系统是由自报式遥测站和应答式遥测站混合组成的系统, 兼有自报式和应答式两种功能。

在上述三种工作方式的遥测系统中, 自报式遥测系统设备简单, 可靠性高, 电源功耗和系统造价较低;应答式遥测系统具有通话功能, 便于人工控制, 但设备较为复杂, 与自报式相比可靠性低些, 功耗和造价较大些;混合式遥测系统则介于两者之间。

2 系统的数据处理与传递

水文与水情遥测系统中, 水情、雨情数据的处理与传递包括两方面内容:系统数据处理和水情、雨情情报的分发与传递。

数据处理过程指本系统遥测站采集、传输来的数据以及通过电话电报传输来的其他水文数据, 进入中心站计算机进行加工处理, 提供预报和其他水文成果的整个过程。

系统内各遥测站的水情、雨情, 经中心站接收并经数据处理, 生成各种根据用户要求编制的文件和图表后, 有的通过计算机联网传递, 而多数情况下, 则是利用通过或专用的通信方式如有线电话、短波、微波、超短波、卫星等予以分发和传递。

3 水胡同水库水文与水情自动测报系统简介

水胡同水库位于青龙满族自治县位于青龙满族自治县县城北部, 距青龙县县城约2 0 k m, 属滦河流域青龙河河系。流域面积1 9 8平方公里, 坝址以上控制流域面积1 0 0平方公里, 总库容为4 0 3 8万立方米, 是一座以防洪为主, 兼顾灌溉、发电、养鱼等综合利用的中型水库。2 0 0 3年1 0月, 水胡同水库实施了除险加固工程, 在该水库安装了水文与水情自动测报系统。该系统的建成为水库的安全调度、防汛抗洪、高效运行提供了有力保障。

水胡同水库建成的水文与水情自动测报测系统, 由3个水情遥测站和中心站构成的水情遥:测通信网。通信网图见图1。

本系统的首要任务是实时可靠地采集/预处理雨、水情传感器数据, 并将其通过V F H通道传送至中心站;系统可长年稳定工作。

水胡同水库水情测报系统采用自报/应答式工作方式, 以自报式工作方式为主, 其自报方式工作体制设计为以下几点。

(1) 事件自报:当有外部事件发生并达到或超过设定的值时, 自动向中心站报告。

(2) 定时自报:设定某个埋单间隔, 各从站向主站发送数据采集器的最新数据最新电压值。

(3) 自适应自报:当水位参数在设定范围内变化时, 按设定的时间间隔定时发报, 当水位参数变化超过设定值, 则实时发送数据。

遥测站通过自动仪表采集雨量和水位数据, 连同人工观测的流量、含沙量等数据, 自动地或在中心控制下经过无线电传递给数据收集站。收集站的计算机系统自动收集所辖遥测站的实时数据, 进行处理并形成数据文件, 发布预报及警报。预报中心控制收集站收集实时数据, 进行预处理和存贮, 完成预报作业, 发布预报及警报。

该系统建成后能随时监测雨情、水情变化, 及时发出警报。在15min内完成一次全区的数据收集, 在3 0 m i n内完成一次预报作业。利用先进的计算模型, 同时考虑中小水库调节、支流顶托、溃坝等多种因素, 利用人机对话功能, 对预报成果进行适时改正及时掌握洪水及分洪的势态, 快速做出多种防洪方案比较, 改进防洪调度工作, 采取有效的防洪措施, 把洪灾损失减至最小。

该遥测系统的建立, 推动了水文测报技术和防洪调度科学的发展, 使水胡同水库的防洪预见期大大提前, 为水库防洪调度决策提供及时、准确的科学依据。今后, 随着建设的不断进展和水情测报系统的完善, 感应式数字水位传感器水情测报系统将极大地增强我水库水情的监测能力, 为领导的决策提供科学依据, 为防洪度汛、兴利除害发挥出更大的作用。

摘要：水文与水情遥测系统是一种先进的水文气象参数适时收集、传输、处理系统, 也是一种数字式遥测系统。它应用遥测、电子计算机和通信等技术, 完成江河流域内降雨量、水位、流量、含沙量和水利工程运用等有关参数的适时自动采集、传输和处理, 以实现防洪、供水、发电等优化调度, 提高防洪能力和水资源利用的社会经济效益。

水情监测系统 篇5

水情自动测报系统是集遥测、通信、计算机和网络等技术一体的, 在流域内实现实时水情、水资源信息自动数据采集、传输、处理入库等, 为防汛指挥和水资源调度提供信息的系统。系统主要由遥测站、中心站组成, 还有中继站、通信信道及处理软件等。

(1) 遥测站。遥测站是系统的重要部分, 是水情信息采集、传输的起点。在遥测终端控制下, 数据采集传感器自动完成被测参数的采集, 将取得的数据经过预处理后存入存贮器, 并通过设定的通信信道完成数据传输。

(2) 中心站。中心站是系统的另一重要部分, 是水情信息传输的终结点。中心站收集到遥测站水情信息后, 首先进行解码、检查、纠错、存储, 在相关管理软件下进行“标准化”处理之后, 进行显示、打印、发布等数据输出并根据需要将生成成果报送给上级和有关部门。

2 水情自动测报系统故障分析及对策措施

结合已建水情自动测报系统运行情况, 从系统故障主要在翻斗雨量计、GSM通信终端, 电源和避雷系统等几个方面。

2.1 翻斗雨量计方面出现的故障

翻斗雨量计是目前国内水情自动测报系统中应用最广泛的雨量传感器。该雨量传感器由筒身、底座、内部翻斗结构三大部分组成, 筒身和底座都是固定结构的钢部件, 除物理损坏外一般不会出现问题, 其关键部位在于翻斗结构部分。翻斗结构部分可分作4类元器件, 即翻斗、轴承、磁钢、干簧管。

翻斗结构是雨量传感器最常见问题发生部位, 常见问题概括为3个方面:

(1) 翻斗沉沙。翻斗雨量计翻斗一般由不锈钢或工程塑料制成, 工作时与雨水直接接触, 雨水中夹带的沙尘容易沉积在翻斗内, 改变了翻斗容量和平衡状态, 从而改变翻斗翻转水量, 影响翻斗雨量计精度。

为解决沉沙问题, 要做雨量计日常维护, 定期检查、清理通水道, 有泥沙时用清水清洗翻斗。

(2) 钢轴磨损。翻斗不锈钢轴支撑在钢玉轴承中, 两者之间存在机械摩擦, 长期运行使轴颈磨损、氧化或轴变形, 降低翻斗翻转的灵活性, 还可能导致改变磁钢与干簧管的配合距离, 影响翻斗正常工作。解决钢轴磨损的办法是经常清洗轴承孔, 减少钢轴与轴承之间摩擦, 发现问题及时更换钢轴或轴承。

(3) 磁钢退磁。磁钢为永磁合金, 一般具有良好、稳定的磁性能, 但使用日久依然不可避免存在老化退磁现象, 直接影响雨量传感器信号输出效果, 此时必须更换新的磁钢。

另外一种情况是外界因素引起的磁钢与干簧管距离变大出现类似退磁现象, 该情况比较多见, 此时只要调整磁钢与干簧管配合距离即可。

(4) 干簧管疲劳。干簧管又叫磁敏开关, 安装在雨量计支架上, 它是由一空心玻璃管内密封着的一对导磁簧片 (接点) 组成, 当磁钢接近干簧管, 磁场磁化接点簧片分别为N、S极、异性相吸, 开关闭合, 电路导通, 发出电脉冲信号。作为接点的导磁簧片, 存在金属疲劳的问题, 使得干簧管都有触点寿命限制, 干簧管寿命到期或损坏将引起雨量计故障现象不可排除, 在出现该问题时, 必须更换干簧管。

2.2 GSM通信终端故障

GSM即全球移动通信系统, 它是一种典型的开放式数字蜂窝移动通信系统, 可以与各种公用通信网实现互联互通。GSM系统开放有基本的话音业务、数字承载业务、补充业务以及与ISDN相关的各种业务, 水文自动测报系统多应用其数字承载业务。

GSM系统由4个子系统组成, 他们是移动台/MS、网络子系统/NSS、基站子系统/BSS和操作维护子系统。移动台指的是通常所用的移动通信终端设备, 使用时要配备有用户识别模块/SIM卡, 在水文自动测报系统中, “移动台”其实就是指GSM通信终端设备。基站子系统/BSS包括了GSM系统中无线通信部分的所有设施, 与移动台和网络子系统交换机之间实现无线连接;网络子系统也称交换子系统, 由一系列功能实体构成, 包括移动业务交换中心MSC、归属位置寄存器HLR、访问者位置寄存器VLR等;运行维护子系统时操作人员与系统设备之间中介, 实现了系统集中操作与维护。在水文自动测报系统中, 除移动台之外, 其余子系统归属于GSM通信公用设备, 跟系统建设无直接关系, 一般系统建设也影响不到这些子系统的建设。

从设备硬件角度说, 水文自动测报系统GSM通信设备可分为MS和SIM卡两部分, 随着GSM通信技术完善和提高, 系统安装调试完成后硬件上基本是很少出现问题。而困扰GSM通信的难题就是公用通信网络不能保障, 如遇见暴风强降雨天气, 可能造成大面积区域停电, GSM基站子系统陷入瘫痪, 从而中断通信服务, 而水情自动测报工作越是在恶劣天气越是必要。

另外, GSM运营商有时会修改通信协议, 造成与系统建设中数据采集终端中通信协议不一致, 造成通信故障, 这时候就需要重新修改数据采集终端程序, 加大系统维护工作量。基于GSM通信以上两方面的问题, 将大大困扰GSM在水情自动测报系统中的应用和推广。

2.3 电源系统故障

水情自动测报系统中大多遥测站地处偏僻, 供电条件恶劣, 不具备交流供电条件或交流供电不稳定, 电源系统绝大多数采用太阳能电池浮充蓄电池供电。太阳能浮充蓄电池供电方式不受人为因素干扰, 基本不需要维护, 具备这2项优点的同时也带来了相应的弊端, 主要表现在以下2个方面。

(1) 充电控制器故障引起不能充电

充电控制器安装在太阳能电池板和蓄电池之间, 控制太阳能电池向蓄电池充电, 当蓄电池已充足电, 电压达到一定值时, 充电控制器自动切断充电电路保护蓄电池以防过充损坏, 当太阳能输出电压小于蓄电池电压时, 充电控制器内的二极管能防止反充电, 从而有效保护蓄电池。

(2) 蓄电池长期高压下工作缩短工作寿命

蓄电池长期在高压下运行, 得不到较多放电后低压运行机会, 而蓄电池应该在有充分放电的循环下工作才有利于蓄电池工作寿命和工作性能。系统用电少, 电池长期浮充、亏损, 解决的办法就是定期进行人工放电, 将蓄电池电压降低后再充电, 这样有利于蓄电池性能发挥并延长其使用寿命。

2.4 避雷系统损坏引起的系统故障

雷电对水文自动测报系统有很大的损坏性, 主要表现在两方面, 一种是直击雷的影响, 主要表现为直接击中室外高处的物体, 如室外通信天线、安装在水位塔上的超声波水位计、杆式雨量计、太阳能电池板、空架的电源线或信号线等都可能受到直击雷的威胁;另一种是感应雷的影响, 就是避雷针接闪器保护范围之内, 不会遭受直击雷的影响, 但是由于雷电, 发生电磁感应, 天馈线、信号线、电源线及其它导体内将产生感应过电压, 在导体内产生电流传入设备。

(1) 避雷针引雷

安置在高处的避雷针, 本身具备良好的引雷条件, 使得发生雷击放电几率增大, 如果避雷系统接地地网连接效果不好, 接地系统内部将产生较大的电位差, 非但不能起到避雷效果, 还将成为引雷隐患, 增加雷电灾害。即便防雷效果良好, 而感应雷的影响是不可避免的。

(2) 避雷器损坏

避雷器一旦超过保护范围, 非但不能保护设备, 自己也将产生损坏, 不能自动恢复, 而使系统陷于瘫痪。

结语

水库水情测报自动化系统肩负着水库实时水情信息的收集与处理任务。该系统能否正常运行, 直接影响到水库的防洪与调度。因此, 必须切实加强水情自动测报系统的运行管理和维护, 一旦运行过程中出现故障, 须采取了相应的处理对策, 这样才能更好地发挥系统在防汛和水文预报中的作用。

参考文献

[1]高志勤.水情自动测报系统工作原理和常见故障[J].江苏水利.2006 (11) .

水情监测系统 篇6

通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service),是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS允许用户在分组交换模式下发送和接收数据,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务[2,3]。在有线不普及和布线困难的地方,借助于无线手段,使整个系统具有工程造价和资源成本低、传输数据受地域的影响小、可靠性高、维护率低的特点。GPRS技术大幅提高了网络资源的利用率,是目前无线数据传输应用中最广泛的技术之一[4]。本文采用GPRS技术作为遥测站与数据中心之间数据传输的通道,成功实现了对水情的实时在线检测。

1 系统总体结构

基于GPRS的水情无线采集系统的总体结构如图1所示,系统主要由现场遥测站、数据采集传输网络(GPRS和Internet)及数据中心构成。

遥测站安装在水库、大坝、海口等现场,主要实现对水情的各种参数的实时采集、处理、存储等功能,并将测量到的信息(如雨量、水位等)通过GPRS模块发送给无线传输网络,同时将GPRS模块作为接收数据中心相关命令的有效途径。遥测站既可以通过数据中心的命令控制其工作,也可脱离数据中心单独工作。单独工作时,其相关参数及命令通过遥测站面板上的按键输入。

数据中心安装在水利部门的办公楼内,通过Internet网络完成对遥测站发送过来数据的接收、处理、存储、信息查询和编制水文图表等功能。另外,还能通过Internet网络实现向现场遥测站发送相关参数和命令的功能。

数据采集传输网络由GPRS无线模块和Internet网络构成,它是现场遥测站与数据中心之间的无线数据传输通道,其传输过程是:遥测站将现场采集到的数据,传至微处理器,利用GPRS模块对数据打包封装后发送到GPRS网络,GRPS网络又将数据通过移动网关发送到Internet网络,最后利用Internet将采集到的数据发送到连接互联网的数据中心主机。数据中心向现场遥测站发送运行参数和命令的过程正好与上述相反。在遥测站的GPRS模块上安装一个SIM卡,将数据中心开通网络服务,实现同互联网的连接。这样就可以通过GPRS和Internet网络实现现场遥测站与数据中心主机之间的无线透明传输。

2 遥测站硬件设计

遥测站的硬件即数据采集终端,以AT91SAM9260ARM处理器为核心,包括一个高精度的MH-GA超声波物位仪、电源模块、GPRS通信模块(MC55)等。AT91SAM9260ARM处理器由A/D通道采集MH-GA超声波物位仪的信号,经过分析处理保存,再通过RS232串口将水位数据发送给MC55无线模块,并通过GPRS网络将数据发送给数据中心。系统硬件框图如图2所示。

AT91SAM9260是爱特梅尔公司集成最新的ARM926-EJ-S[TM]ARM Thumb内核的工业级处理器,拥有8 KB数据缓存、18 KB指令缓存、MMU单元、在180 MHz频率时有200 MIPS指令运行速度,内嵌1个32 KB ROM、2个4 KB RAM,集成有EBI、USB、DMA等外设[5];通过VD-DCORE管脚提供内核电源(包括处理器、内嵌存储器和外设),额定电压为1.8 V,相应的接地引脚为GND;VD-DANA管脚提供ADC额定电压3.3 V的电源,接地引脚为GNDANA。数据采集过程充分利用内部ADC来完成,以降低功耗、减少芯片数量、提高可靠性。而且A/D接口在不用时还可作为GPIO使用。为给系统提供一个永久的低速时钟,配有实时时钟芯片PCF8563。为了方便数字语音、图像、程序代码和各种数据的存储应用,处理器外围电路还配有运行速度快,方便读、修改和写操作的DATA Flash芯片AT45DB161D。

2.1 采集模块

由于现场情况特殊,选用的传感器要具有抗干扰能力强,耐潮湿、耐高温和耐腐蚀气体及可靠性高、性能稳定等特点。本系统选用了MH-GA超声波物位仪。该仪器具有完善的物位测控功能、数据传输功能和人机交流功能。主芯片采用进口工业级单片机,数字温度补偿和宽电压输入稳压等,拥有模拟量及RS485/232输出,可方便与主机连接。

AT91SAM9260芯片内部带有4路模拟信号输入,是基于逐次逼近寄存器(SAR)的10 bit模/数转换器(ADC)。本系统采用ARM9处理器内部的10 bit A/D实现数据的转换。由于MH-GA超声波物位仪输出的是4mA～20 mA的电流,而A/D接收的必须是电压信号,因此需要电流取样,在MH-GA和A/D之间加一个高精度电阻,让电流经过150Ω的采样电阻转换之后,通过RC滤波电路进行滤波,最后引出采样电压信号连接到A/D转换器。传感器输出与A/D转换器之间的连接如图3所示。

通过设置休眠模式为0来选择普通模式,设置控制寄存器ADC_CR的开始位为1 bit,写入1触发软件触发器,开始进行A/D转换。ADC使用ADC时钟来执行转换,因此,设定单一的模拟值转换为10 bit数据值时的取样和保持时钟周期为8 s。当一个转换完成后,所产生的10 bit数字值被存储在ADC_CDR和ADC_LCDR寄存器中,一直保持到一个新的转换完成。当读取一个ADC_CDR寄存器时,就会清除相应的EOC位,读ADC_LCDR时清除DRDY位,并且EOC位与最后转换的通道一致。

2.2 GPRS通信模块

GPRS通信模块是现场遥测站接入无线网络的接口,同时也是实现遥测站与数据中心无线双向通信的重要部件,其性能的好坏直接关系到水情测量系统是否能正常、稳定、准确地运行。为减少成本、缩短开发时间,本文选用MC55无线模块。MC55为SIEMENS公司推出的被誉为当今世上最具价值、尺寸最小的三频GSM/GPRS模块,除具有普通GSM模块的通话、短信、电话簿管理、电路交换数据(CSD)传输等功能和无线MODEM的GPRS连接功能外,内置完整的TCP/IP协议栈,不仅支持SOCKET连接下的TCP/UDP数据传输,还支持HTTP、FTP、SMTP、POP3等上层应用协议[6]。MC55的使用说明如下:

(1)MC55的电源由单一电压源VBATT+3.3 V～4.8 V供电。由于VDD引脚在电源掉电模式下无法工作,因此,VDD引脚用来判断MC55是否处在电源掉电模式。

(2)MC55提供6个专用引脚与SIM卡连接;将MC55的CCVCC引脚与SIM卡的CCVCC引脚相连,作为SIM卡的电源,必须使用SIM卡的CCGND作为电源地。

(3)MC55的软件存储在快速闪存器的一个紧凑型的“叠层闪存/SRAM”设备中,静态随机存储器为GPRS的连接提供了额外的存储空间。

(4)MC55包含ASC0和ASC1两个串行接口,为综合人机界面提供最大的适应。

(5)关闭MC55模块,必须使用指令“AL～SMSO”,确认MC55关闭后才能切断电源。如果系统时常断电,一定要有备用电池,以保证无线模块的正常工作。

3 数据中心

数据中心主要由监控主机、数据库服务器和打印机构成。其中监控主机通过固定IP接入Internet,然后再通过移动网接入GPRS网络。这种连接方式相对于其他方式具有接人带宽大、数据传输安全性高、实时性好及运行成本低等优点[7]。数据中心是水情测报系统采集信息的最终接收中心,具有双重功能:(1)通过GPRS网络和Internet网络接收现场遥测站发送过来的数据采集信息,并对接收的信息进行检查、存储、显示和打印等处理,从而实现对现场水情的实时在线监测功能;(2)将相关设置参数和控制命令一起打包通过Internet网络、GPRS网络、GPRS模块(MC55)发送给现场遥测站控制单元,从而实现对遥测站的实时在线控制功能。

4 软件设计

该数据采集终端选用目前较为流行的ARM处理器和Linux实时嵌入式操作系统。由于Linux具有开放源代码、支持多种类型硬件驱动、内核更新速度快、网络功能强、免费下载等优点,是嵌入式操作系统中完整廉价的开发工具[8]。

4.1 遥测站软件设计

系统通过AT91SAM9260不断检测GPRS模块是否有传输命令,如果有,则直接建立连接,将数据打包后发送给数据中心;如果没有,则定时启动A/D采集数据。本系统设定时时间为1 h,采集完成后先将数据保存,然后将存储的数据根据传输协议打包封装后,经串口发送给GPRS通信模块,再利用AT指令控制GPRS通信模块将数据发送到Internet网络,最后数据就可以发送到数据中心。数据传输流程图如图4所示。

4.2 GPRS模块与Internet的连接

由于GPRS(MC55)没有在线模式和命令模式,所以对它的控制均通过AT指令[9]实现。AT指令是一个标准接口,指令和响应格式都很固定。MC55中内嵌了TCP/IP协议,其与Internet的连接需要用到如下指令:

(1)通过at^sics指令建立连接配置

at^sics=0,conType,GPRSO/*配置连接类型为GPRS0,

连接ID为0*/

at^sics=0,user,liaocheng/*用户名为liaocheng*/

at^sics=0,passwd,liaocheng/*密码为liaocheng*/

at^sics=0,apn,cmnet/*GPRS接入点APN

选用公网默认值cmnet*/

(2)通过at^siss指令建立服务配置

at^siss=0,srvType,socket/*设置0号服务配置,

服务类型为SOCKET TCP客户端*/

at^siss=0,conId,0/*按0号配置连接*/

at^siss=0,address,socktcp://192.168.0.243;5000/*ip地址

也可以改为相应的主机域名,端口号设为5 000*/

(3)使用at^siso指令启动连接

at^siso=0/*开启SOCKET连接*/

at^sisw=0,/*请求0号服务器,

发送ByteNum个数据*/

at^sisr=0,/*请求从Internet上

接收ByteNum个数据*/

请求发送的字节在TCP方式下不允许超过1 500个。

发送数据或者接收数据完成后,通过如下命令关闭Internet服务:

at^sisc=0

4.3 数据中心软件设计

数据中心软件同样采用模块化程序设计思想,主要实现水情测报系统的系统化、自动化,从而减少工作量,提高效率。数据中心软件的主要模块有:

(1)系统管理模块:包括系统登录,密码修改、添加或者删除系统信息等操作。

(2)数据通信模块:用于显示遥测站与数据中心的连接情况,并完成数据信息的接收及相关命令的发送。

(3)显示查询模块:实现数据的存储、查询、删除和打印、系统运行状况、测站和系统的特征参数等;并且通过下拉菜单可以选择特定的测报点和指定的日期进行查询。

(4)用户设置模块:实现用户信息的设置和修改。

(5)帮助模块:为用户提供方便快捷的在线式联机帮助。

系统数据中心软件选用VB6.0工具开发。VB6.0简单易学、功能强、效率高。数据库软件有两种选择,一种是桌面数据库Access,它是一种小型的数据库;另一种是基于服务器端的数据库SQL Server,无论在功能上还是容量上都比Access强大。但由于水情信息数据量小,且Access简单好用、创建和配置都比较方便,因此,本设计选择了Access作为数据库。

本文利用GPRS技术实现水情测报系统中现场遥测站与数据中心之间的数据信号传输,在充分发挥GPRS网络技术优势的基础上,同时借助现代计算机技术和嵌入式技术,设计了一种新型水情测报系统,成功实现了对现场水情的实时无线测报。应用结果表明,系统运行稳定可靠,能够满足防灾减灾的水情报汛的要求。而且该系统具有成本低、可靠性高、性能稳定等优点,对水情测报系统的建设具有重要的推动作用,有推广价值。

摘要：针对目前我国水情测报系统的硬件可扩展性差、功能单一和数据传输方式不便的问题,采用ARM9处理器和GPRS技术,设计了一种新型的水情测报系统。该系统充分利用现有的GPRS技术实现现场的遥测站与数据中心之间的信号传输功能,有效地克服了以往系统中数据传输采用有线传输方式(如架线困难等)的多种缺陷;通过ARM9处理器代替单片机,克服了以往系统性能不强大、二次开发和升级不方便等缺点。实际应用表明,该系统可靠性高、可扩展、检测精确、维护方便,具有一定的实用性。

关键词：水情测报系统,GPRS通信,ARM

参考文献

[1]崔艺馨.基于CDMA网络的水情测报系统研究[D].山西:太原理工大学,2010.

[2]刘有珠,李舒亮,朱杰斌.基于GPRS的低压配电网实时管理系统[J].电力自动化设备,2009(4):131-134.

[3]李昌盛,金瓯.基于GPRS网络的自动售货机监控系统的设计与实现[J].计算机测量与控制,2008,16(3):327- 329.

[4]刘有珠,李舒亮,李杰斌.基于GPRS的低压配电网实时管理系统[J].电力自动化设备,2009,29(4):131-134.

[5]AT91 ARM Thumb microcontrollers AT91SAM 9260 preliminary. pdf[EB/OL].http://www.atmel.com/dyn/resources/ prod_documents/6221s.pdf.2007-09-05.

[6]SIEMENS Co.MC55/MC56 hardware interface description & MC55 AT command set & MC55 release notes[M].[S.1.]. 2005.

[7]陈志武,杨学清,丁莉芬,等.基于GPRS的混凝土配料无线控制系统[J].计算机测量与控制,2010,18(11).

[8]王蕾,陈功新,陆玲,等.基于ARM-Linux的嵌入式系统GUI开发研究[J].微计算机信息,2007(29):122-124.

水情监测系统 篇7

1 系统的设计思路和结构

系统的设计思路是:以国家统一的实时水情数据库结构为基础, 结合甘肃省实际情况, 设计出适合我省情况的数据库, 采用分层化的设计思路和Client/Sever (C/S) 结构查询模式, 在服务器端完成统计和运算, 对工作站的配置要求相对较底, 任意客户机均可快速完成实时水情报文统计、数据检索和报表制作, 使实时水情信息查询更加简单、方便, 为社会和各级防汛部门服务提供各类水情信息服务。

系统总体结构是设计、研制的基础, 其主要内容是从水情的现状和水情信息化的基本需要出发, 设计出一套适合甘肃省水情信息管理的业务应用系统。系统构建了开放式局域网络, 采用国际流行的TCP/IP协议, 建立的SQL Server实时雨水情数据库用来存放来自全省14个市州的85个水文站、11个水库站的实时水情信息。系统结构, 如图1所示。

2 系统的主要功能

2.1 系统实现了对各类水情信息的来报监控及统计情况

系统实现了8个基层水文局水情报文、来报数量的统计、迟报统计、错报统计和单站报文查询, 并可以查询任意一日、任意站的水情报文统计情况, 如图2所示, 并对网络、调制解调器、手机短信息、水文信息电话、人工编报5种传输方式下各类水情信息进行实时监控。

2.2 系统实现了对各类水情信息的处理

系统采用“水文情报翻译入库系统”实现了报文分解、SQL生成、信息入库、错报修改、删除报文确认、SQL转换等功能, 完全解决了水文情报处理和水文情报各水文要素及测报值入库问题。

2.3 系统实现了对各类水情信息的快速检索

系统基于实时水情数据库, 采用VB程序嵌入SQL查询语句的方法, 用户可以任选查询时间、站号 (多站、单站) 、站类 (河道、水库、雨量站、墒情站等) 进行实时水情信息的检索, 显示方式以表格为主, 条件选择和结果显示区域在同一界面中。数据检索包括河道水情、水库水情、雨情、墒情检索等功能。

2.4 系统实现了实时雨水情数据库的相关建设

实时水情数据库是根据全国《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》 (SL323-2005) 和水利部颁发的最新《水情信息编码标准》 (SL330-2005) 等规范, 设计的基于SQL Server 2000数据服务器的实用水情数据库。系统通过“水文情报翻译入库系统”将水文情报各水文要素及测报值存入SQL服务器实时水情数据库 (RWDB) 中, 实现了存储水文报汛测站每日报送的实时雨水情信息, 包括降水、河道、水库、沙情、冰情、墒情等水情信息的实时数值和统计均值、极值等。

2.5 系统实现了对全省各类水情信息报表快速准确的制作

系统逢每月1日、11日、21日, 根据具体需要将实时水情信息和历史水情信息按照固定模板制成所需的日、旬、月报表, 从而实现了全省每月的日、旬、月水情信息快速准确的制作, 方便水情值班人员快速编制水情信息通报, 及时向省水利厅相关处室、各抗旱防汛指挥部门和有关单位和领导报送。

3 系统的技术特点

甘肃水情信息管理系统是针对甘肃省现有水情信息化水平, 应用现代计算机技术开发出的具有可操作性的实时应用系统。该成果涉及到甘肃水情报汛管理结构的特点、甘肃省现有的水文报汛监测站网情况、数据库技术、数据调用、编程技术等, 第一次在我省实现了水情信息管理的系统化、计算机化。系统具有如下特点:

(1) 系统专业性强, 充分考虑到我省现有的水情报汛管理的特点, 在设计上针对不同的水文情报拍报方式, 实现了水情报文、来报数量的统计、迟报统计、错报统计情况;

(2) 系统功能实用, 设计实现了各类水情信息的来报监控及统计情况。实现了各类水情信息的即时处理实现了各类水情信息的便捷检索, 实现了现有各类报表的快速制作等功能;

(3) 系统在Windows操作平台下, 实现了水情信息管理的程序化, 能够快速高效地得到全省85个水文站、11个水库站的实时水情信息, 改变了以前水情信息查询、统计、计算等以手工操作为主来工作的落后局面, 对甘肃省防灾减灾具有应用价值;

(4) 系统界面友好, 功能实用, 操作简单;数据检索快速灵活, 结果显示直观明了;简化了工作流程, 提高了工作效率, 减轻了防汛值班人员的工作强度, 适应了水文信息化发展的新要求;

(5) 系统具有可扩充的能力。当需要开发新的功能时, 可以随时修订改进原有的系统。

4 结语

系统自投入使用以来, 各项功能均达到原有的设计标准, 在近年的汛期水情工作中充分发挥了应用快捷方便的特点, 明显提高了汛期水情值班人员的工作效率;系统生成的各类水情报表成果在对外发布的公文中都得到了很好的应用, 实现了甘肃省水情信息管理的系统化、计算机化, 改变了目前水情信息查询、统计、计算等工作以手工操作为主的落后局面, 使甘肃省的水情信息管理工作向前跨进了一大步。

系统的开发实现, 对甘肃省抗旱防汛工作具有重要的应用价值, 推广前景广阔, 通过水利信息专网可广泛应用于各级抗旱防汛办公室、水文水资源勘测局、水库管理调度等部门, 使其更好地满足防灾减灾、保护人民生命财产安全的需要。

参考文献

[1]水利部.实时雨水情数据库表结构与标识符标准 (SL323-2005) [M].北京:中国水利水电出版社, 2005.

[2]水利部.水文情报预报规范 (SL250-2000) [M].北京:中国水利水电出版社, 2000.