水情自动遥测论文（精选7篇）
水情自动遥测论文 篇1
0引言
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
本文介绍了常见的水情测报系统信道及其特点,以及南瑞集团公司研发的通信协议和信道设计方法。目前,大量采用该协议和设计方法建设的水情遥测通信网已在水利水电系统中得到广泛应用,多年的运行结果表明,组建的通信网稳定可靠,设计科学合理,符合国内信道实际情况,系统各性能指标均达到设计要求,可以满足用户需求。
水情自动遥测论文 篇2
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
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[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.
水情自动遥测论文 篇3
柳州某梯级电站位于广西壮族自治区柳江中游, 属串联式低水头径流电站, 是一个以发电、航运为主, 兼顾灌溉、旅游、养殖的综合利用工程。为了更好地掌握其变化规律, 科学综合地利用水资源, 进一步地做好相邻电站市、镇的防洪工作, 提高梯级电站的运行调度水平和取得更好的经济效益, 水情水调自动化遥测系统的建立将发挥重要的关键性作用。
梯级电站水情水调自动化遥测系统将枢纽工程流域遥测站的雨情、水情进行自动采集和处理, 并与广西电网水调中心实现流域内水情数据和指令的交流, 为开展洪水预警及时准确地提供信息;为电站优化调度预案的制定提供科学依据;为进行洪水预报确保防洪任务的落实, 充分利用水资源提供切实可靠的保障。
建设一套完整的水情水调自动化系统, 带来的好处可以表现在以下几个方面:
1) 实现流域内的雨水情数据实时监测, 可为水调人员提供及时、准确、有效的信息;
2) 通过水文预报软件实现入库来水的实时滚动洪水预报, 为水调人员及时、准确的掌握未来入库来水提供理论依据;
3) 通过水库调度软件对水电站发电进行优化调度, 提高水电站的经济效益;
4) 实现水电站雨水情数据、机组数据、静态曲线数据及其他信息的管理;
5) 实现水电站各类报表的制作;
6) 实现水电站各类信息的查询和展示;
7) 实现水电站关键信息的实时监视。
1 站网布设
梯级电站水情水调自动化遥测系统本着安全可靠、及时准确、技术先进、经济合理、易于维护、可扩展性的原则和业主的需求进行组建。
1.1 数据流程
梯级水电站为了及时获得本电站所需要的所有信息, 则必须建设分中心, 实现与广西电网 (中心) 进行通信, 从广西电网获取上游电站、广西电网的相关信息和指令, 对于数据流程要求有:
各水电站需要的厂内信息:
1) 雨水情信息;
2) 机组、闸门信息;
3) 水位信息;
4) 流量信息;
5) 洪水预报、发电计划等信息。
各水电站需要的外来信息:
1) 上游电站雨水情信息;
2) 上游电站水位信息;
3) 上游电站出力信息;
4) 上游电站发电计划等信息;
5) 广西电网安排发电计划信息;
6) 广西电网调度指令;
7) 广西电网转发的其他相关信息。
1.2 系统组网
根据以上数据流程, 分中心站与广西电网水调中心之间通信用VPN公网组网。分中心站与各遥测站之间采用GPRS通信方式组网。分中心站与电站机组、闸门监控系统采用光纤通信。各分中心站分别设于各电站厂房中控室。各个遥测站主要完成雨量、水位参数传感器数据的采集、存储, 并通过GPRS通讯设备向分中心站传送数据。分中心站接收遥测站传送来的数据后, 存入服务器并与广西电网水调中心之间实现信息交换。传送数据。分中心站接收遥测站传送来的数据后, 存入服务器并与广西电网中心之间实现信息交换。
1) 分中心与遥测站组网
水情遥测系统的通信组网方面从原来的超短波、短波等发展到目前的PSTN、海事卫星、北斗卫星、通信卫星、GSM短信、GPRS等多种方式。超短波通信组网方式其技术和设备都比较成熟, 通信质量较高、功耗较低, 缺点是受地形和距离的限制, 中继站投资管理运行费用较高。目前可以利用的卫星通信方式有北斗卫星通信、VSAT卫星通信、海事卫星, 但设备价格较贵。根据柳江流域的气象条件、地理地形环境、现有通信资源、电源状况、雷电的频发度, 在保证系统可靠性的前提下, 选择具有较好的价格性能比信道, 本系统以GPRS通信作为组网信道。组网方式见图1。
2) 分中心与广西电网水调中心通信结构
梯级水电站分中心与广西电网水调中心的通信, 采用公网VPN通信方式。各水电站分中心已开通互联网宽带, 只需在电厂端配备VPN灵巧网关即可, 经综合比较VPN组网更为方便, 易于调试, 网络维护由运行商负责, 可利用互联网宽带服务进行水情数据的传送及接收。因此, 水电站分中心与广西电网水调中心的通信, 采用公网VPN通信方式。但由于与互联网相联, 必须做好电厂端的安全防护措施, 以防病毒入侵。系统通信方式其结构如图2, 工作流程如图3。
如图2, 工作流程如图3。
(1) 网络结构图
(2) 工作流程
2 系统结构及功能模块
系统结构及功能模块系统的总体功能和技术指标一是要符合相关规范和文件的要求;二是要满足水文情报预报和电厂调度运行的需要, 由信息采集子系统功能模块、信息处理查询子系统功能模块、数据库管理子系统功能模块、洪水预报子系统功能模块、洪水调度及水务计算子系统功能模块组成。其功能模块结构见图4。系统的总体功能和技术指标一是要符合相关规范和文件的要求;二是要满足水文情报预报和电厂调度运行的需要, 由信息采集子系统功能模块、信息处理查询子系统功能模块、数据库管理子系统功能模块、洪水预报子系统功能模块、洪水调度及水务计算子系统功能模块组成。其功能模块结构见图4。
2.1 系统可达到的总体功能
1) 高可靠性野外无人值守;
2) 可靠的防雷击、抗干扰措施;
3) 采用太阳能浮充及蓄电池后备供电;
4) 系统软、硬件自诊断功能;
5) 系统连续平均无故障工作时间指标≥5年;
6) 软件界面友好, 可操作性强, 结构化, 模块化, 功能可扩展;
7) 具有自动采集、发送、实时传输水情数据功能;
8) 中心站具有数据收集、处理, 合理性检查, 建立实时数据库。能以不同形式查询相关信息, 打印相关图表功能;
9) 中心站具有足够的扩展功能。接口是一个开放式的系统, 能与有关部门传递水情;
10) 中心站安装有洪水预报软件, 进行实时水情作业预报, 实现实时洪水预报和短期发电调度;
11) 遥测站具有固态存储功能, 每5分钟间隔存储一次雨量和水位数据, 能存贮512天雨量或水位数据, 并能现场和远程下载固态存储器中数据。
2.2 各模块功能
2.2.1 信息采集子系统功能模块
1) 本系统采用GPRS组网传输水位、雨量遥测信号;
2) 数据终端站采用定时自报, 结合定量加报的工作体制, 定时时刻一到自动把数据终端站的信息发回中心站, 定时间隔1-24小时可设置;
3) 水位加报有两个水位标准, 一个是警戒水位, 另一个是加报水位。若当前水位高于警戒水位, 测站将按设定的时间间隔发报, 加报水位达到某一个加报标准时, 立刻加报。设置定时间隔、雨量加报阈值、警戒水位、加报水位可用短信 (SMS) 实现;
4) 雨量采集:雨量每次翻转触发CPU将雨量记录写入固态存储器后, 设备再次进入休眠状态;
5) 水位采集:遥测终端通过时钟定时, 每5分钟采集一次水位。CPU将采集到的一条水位记录写入固态存储器, 然后, 设备再次进入休眠状态;
6) 测站能响应中心站远程资料召测命令 (SMS) , 将固态存储数据上传到中心站;
7) 遥测站支持本地通过键盘、显示器对系统的配置进行修改, 也可以通过移动网络 (SMS) 远程修改, 参数包括:时钟、目的地手机号码、IP地址等;
8) 遥测终端配置大容量非易失存储模块 (2Mbit) , 可存储512天的水位或雨量数据, 数据可以到测站用U盘读取, 也可以通过GPRS遥测信道远程读取, 读取的最小时间间隔为1天;
9) 测站收到修改配置命令后, 首先修改系统配置, 然后读出已修改的配置, 返回一条确认核对信息;
10) 具有实时钟, 以完成对水位、雨量的自动记录;
11) 提供测试状态, 保证在检修和维护时产生的水位和雨量数据不进入固态存储区;
12) 中心站 (不限) 以GPRS方式向RTU遥测站随时接收目的地的数据。
2.2.2 数据终端 (现地RTU)
1) 数据终端机除具有高可靠性、低功耗的要求外, 在满足基本功能前提下, 能较方便地扩充传感器接口的类型和数量, 变换数据传输格式, 并可通过参数设定, 定义传感器接口或通信接口的输入输出;
2) 通信接口:能同时连接两种以上通信设备每个通信口的特性能现场或者远程定义, 预留PSTN、超短波、卫星、GPRS信道;
3) 与传感器接口:根据所测参数的多少和传感器输出特征, 分别配置增量、并行、模拟、串行、频率等信号输入接口;
4) 数据终端站设备简单, 有可靠的防雷措施, 设备平均无故障时间MTBF≥10000小时;
5) 可方便地进行系统扩容与升级;
6) 配置GPRS通信模块。
2.2.3 信息处理查询子系统功能模块
主要功能在中心站完成:
1) 数据库
数据库包括水文遥测实时数据、水务录入、计算数据库和历史数据库, 提供数据、文字、图形、等信息。
2) 显示、打印功能
(1) 静态图表部份:
梯级电站水情水调自动测报系统简介;
柳江流域水系图;
水文站水位—流量关系曲线;
梯级电站水位—库容关系曲线;
电站机组水能特性表。
(2) 动态监视图表部份
流域图:雨量、水位、流量动态刷新;
大坝防洪图:坝上、坝下水位信息动态刷新;
降雨量累计曲线图:累计雨量动态刷新;
预报过程线:预报流量、水位、过程线的动态刷新。
3) 数据统计功能
水位、雨量、入库流量、发电流量、耗水率时段、日、旬、月、年自动统计功能;
水情日报表、时段雨量综合统计表;
电站相关泄流设施的启闭数据。
4) 告警功能
实时水位、雨量及越限声光告警功能;
设备异常记录告警功能、声光告警功能。
5) 查询检索功能
通过图表形式查询、检索实时、历史的雨量、水位、流量、水务;
查询检索历史洪水信息、洪水调度演算结果。
6) 系统数据维护功能
实时、历史数据统计功能;
数据备份、装载功能。
2.2.4 洪水预报子系统功能模块
主要功能在中心站, 具有以下功能:
1) 实现实时预报, 包括在线预报和离线预报;
2) 当系统处于应急状态, 但主要控制站还能正常工作时, 软件仍能进行预报, 预报精度可降级;
3) 洪水预报包括:洪峰总量、洪峰流量、峰现时间预报;
4) 提供洪水预报窗口, 列出预报单元选择、参数设置;
5) 洪水预报方案与洪水调度方案联合运用。
2.2.5 洪水调度及水务计算子系统功能模块
主要功能在中心站, 具有以下功能:
1) 实时洪水调度演算;
2) 按水位控制、泄量控制、调度原則控制、预报预泄调度、指令调度、进行调洪演算;
3) 提供洪水调度人机界面窗口, 输入初泄流量, 调度初始条件和约束条件确定泄流过程;
4) 实现三个水电厂的水务自动计算功能。
水务自动计算软件采用完全动态配置计算的方法 (可组态的设计理念) , 方便后期水务计算功能的扩展和调整, 以适应变化了的情况。水务计算主要内容包括:
1) 出入库平衡计算框架模型:这是整个水务计算的主流程框架函数, 所有的计算都要在这个框架中实现。能支持:
(1) 单库计算;
(2) 梯级关联计算;
(3) 时段计算模式。
2) 发电流量计算:提供多种发电流量计算函数, 包括:
(1) 根据负荷插值计算平均发电流量;
(2) 根据负荷用公式计算平均发电流量。
3) 泄洪流量计算:提供多种泄流计算方法, 包括:
(1) 开度插值计算平均泄洪流量;
(2) 利用公式计算平均泄洪流量。
4) 短期优化发电调度
(1) 短期优化发电调度的优化模型传统上分为发电量最大模型、调峰电量最大模型、耗水量最小模型等, 但后期随着厂网分家和竞价上网体制的规划, 则又引申出了发电收入最大模型;
(2) 短期以电定水调度:给定各个电站负荷在运算中实现厂内机组负荷分配, 输出的计算结果包括水库的水位过程、出库过程, 优化目标为优化期内耗水量最小;
(3) 短期以水定电调度:指根据当前水库利益 (如防洪、灌溉、航运) 、水情及短期水情预报、电网要求 (电网给出的负荷及调峰出力) 、水电厂实际情况制定水库发电计划。
3 结论
水电站建成后重要的是根据设计规定的运行方式, 做好科学调度。一是要确保电站的运行安全, 安全渡汛, 即是防洪调度;二是要减少弃水, 尽可能利用水资源, 以满足最大的经效益, 即是效益调度。要达到有预见性的科学调度, 做好洪水预报调度工作十分关键。有了洪水预报, 可以在有效的预见期内掌握上游暴雨洪水规模, 做到心中有数, 科学决策。小规模洪水可以拦蓄发电, 超规模的洪水可在洪水到来之前, 将梯级水量适时腾空提高梯级的抗洪能力, 增加防洪调度的预见性和主动性。
水情自动测报系统属非工程防洪、发电调度措施, 它投入小, 收效大, 带来巨大的经济效益和社会效益。
摘要：建立梯级水电站水情水调自动化遥测系统, 对流域遥测站的雨情、水情进行自动采集和处理, 以确保电站的安全运行, 安全渡汛, 实现防洪调度;减少弃水, 尽可能利用水资源, 以满足最大的经效益, 实现效益调度。
关键词：水电站,水情水调,遥测,GPRS,VPN
参考文献
[1]吴迎新, 伍永刚.水电站群调系统的易扩展性和通用性设计.华中电力, 2002.
[2]王建军, 丁杰.基于合作博弈的水库群联合调度效益分配机制研究.北京:中国电力出版社, 2009.
浅谈水情遥测系统 篇4
关键词：水情遥测系统
1 工程概况
佛子岭水库位于淮河支流淠河东源上水库坝址位于安徽省霍山县佛子岭镇, 与上游的已建磨子潭水库和拟建的白莲崖水库构成梯级水库, 流域面积1840km2, 其中上游磨子潭至佛子岭的区间流域面积为1270km2。流域内地形为山区, 形状呈扇形, 流域形状系数0.73, 地势南高北低。流域平均高程为715m其中最高峰为白马尖海拨1774m, 河道平均坡度3.1‰, 流域平均坡度0.696m/km2, 河道长度86.7km, 植被率70%。
磨子潭水库位于淮河支流淠河东源安徽省霍山县磨子潭镇, 流域面积570km2, 流域内地形为山区, 形状呈扇形, 流域形状系数0.2 7, 地势南高北低。流域平均高程为718m, 最高峰白马尖高程为1774m。河道平均坡度8.8‰, 流域坡度2.08m/km2, 河道长51.9km。植被率74.3%。
2 水情遥测系统的现状与发展
我国的水情遥测系统的研制始于20世纪70年代, 而后有了较快速度的发展, 到目前为止我国已自行开发设计了许多系统, 从事这项工作的公司和技术人员也越来越多, 水情遥测系统在防洪、发电以及供水等方面发挥了重要的作用。
我国水情遥测系统的快速发展一方面是受到洪水事故的影响, 另一方面是由于科学技术的进步和我国改革开发政策的推动。在初期研制的系统因受电台和电子元器件的可靠性、稳定性等因素的影响, 早期系统现基本淘汰。我国在认真吸取国外的先进技术的基础上, 已经研制出较高技术性能的新型水情遥测系统。目前我国己研制的设备可无人值守, 并解决了野外供电、防雷等关键技术问题, 平均无故障时间从初期的500~1000小时提高到目前的10000小时以上。但仍有不足, 如用于水情遥测的传感器品种不足, 通信手段比较单一, 硬件设备的可靠性有待于进一步提高等。随着科学技术的不断发展与进步, 水情遥测系统技术也得到了日新月异的变化。
3 系统组成
3.1 RTU (远程终端单元)
RTU是构成水情遥测站的基本设
备, 它通过MCU (微处理机控制器) 及其软件, 根据实际应用的需要编程, 实现本地水情数据采集、处理、存储, 在通信协议支持下实现与远端的中心站或其它远程设备之间的通信。由于其长期工作在野外, 能源问题是本设备的一个关键问题, 因此在设计RTU时, 低功耗设计是整个系统的关键所在。最大限度降低功耗是每个系统设计时追求的目标。
3.2 水情遥测站
水情遥测站一般由RTU、外部供电系统 (如交流稳压电源等) 、各种相应避雷器 (如天线避雷器、电话线避雷器等) 、无线馈线系统 (无线系统) 、各种水情数据传感器 (如雨量传感器、水位计、闸位计等) 等组成。RTU加固在机箱内。根据通信方式, 选择各种通信设备, 如无线电台、有线调制解调器、卫星通信小站电子单元、光纤通信光端机、GSM通信设备等。
3.3 无线中继站
在有线通信方式和本文研究的基于GSM网络的水情数据传输方式中, 无需中继站。无线中继站具有无线遥测数据的存储转发功能, 确保遥测站与中心站之间可靠的数据双向传输。它主要包括RTU、无线数传电台、电源和备用电池等。此外, 还配置馈线、避雷器以及供电系统等。无线中继站接收和发送无线频率可采用同频或异频。由于每一个RTU本身都具有存储转发功能, 因此中继站也可由任何遥测站兼任。
3.4 遥测通信网络
系统中有各种通信组网方式, 如有线通信网、无线通信网、电力载波以及不同通信方式的组合等。遥测通信网是遥测站与中心站间数据传输的通道, 因此可靠、高效、标准的网络通信协议和网络管理功能是非常重要的。
3.5 水情遥测中心站 (分中心站)
水情遥测中心站主要是管理和监测各水情遥测站, 通过遥测数据通信网采集来自各遥测站的数据, 并对接收到的数据进行解析、存储、显示等操作。中心站一般由前置通信处理器、中心计算机、中心站计算机网及相应数据显示、打印设备等组成。遥测中心计算机通常需要运行相应的水情信息实时处理软件, 该软件通常以标准的工业组态软件为开发和操作平台, 如FIX等。中心站计算机通过通信处理器和相应的实时信息处理软件, 能够对遥测通信网实现管理, 为中心站计算机网上的各种水利应用软件和中心站系统服务器提供有效的数据。
4 报讯方式
4.1 自报式
自报式是一种不受中心站指令控制的工作方式, 当遥测站的测量参数 (水位或雨量) 发生一个按预先规定的数据变化时, 自动将水情信息向中心站发送。遥测站选用自报式工作体制, 主要有系统结构比较简单, 设备能耗低, 维修方便, 可靠性较高, 实时性强, 能很好反映参数变化的全过程等特点, 适合于我国水电厂地处偏远山区, 交通不便等国情。自报式工作体制的主要缺点是存在同频信号的碰撞问题, 因而它限制了系统的宽度, 使采用自报式工作体制的遥测系统的规模不能太大。
4.2 查询应答式
查询应答式工作方式下, 遥测站自身能对水情参数的变化自动采集和存储, 但不主动传送给中心站, 只有当中心站发出查询指令时, 才将水情数据送出。其主要是控制性好, 中心站可以随机或定时地对遥测站进行巡测和召测, 还可以实现数话兼容。但对于超短波组网方式中, 需要测站的无线电台长期守候在工作状态, 以便随时接收中心站的指令, 因此功耗比较大。
4.3 自报/应答混合式
在有线拨号组网的方式下, 每次传送数据都将发生通话费用, 故传送数据的次数不宜过密。同时在守候时, 遥测站设备几乎不耗电。为考虑暴雨时系统能及时搜集雨量信息, 系统的有线拨号组网中常采用查询应答式与自报式相结合, 其中遥测站的自报功能设置和自报标准的设置由中心站遥控, 以便降低系统使用费用。该系统具有自报式和应答式两种方式的特点, 既能实时反映参数变化的全过程, 又能响应中心站的查询指令, 一般以查询应答式为主, 自报式作为辅助手段。不同时期的水情遥测通信方式为水利信息化作出了重要贡献。但随着社会信息化的发展, 孤立的数据网不再适应水利信息化进程。寻找一个新的通讯方式就显得相当重要。移动通信不断发展的数据通讯业务为水情遥测数据传输平台的搭建提供了有效的物理承载网络, 移动数据业务本身也专门为工业级数据应用提供了良好的技术支持。同时在其中引入了当今应用较为广泛的实时控制协议RTP, 保证有效传输水情数据。从而为水情遥测系统采集丰富的水情数据提供统一、高效的传输通道, 并能使该平台独立于物理承载网络。
参考文献
[1]梁家志, 章四龙.水情应用系统建设[J].水文, 2006 (3) .
[2]傅中君.嵌入式GPRS无线通信模块的设计与实现[J].计算机工程与应用, 2004 (14) .
水情自动遥测论文 篇5
一、水文遥测终端的原理
水文遥测终端是利用水位遥测仪与雨量感应器监测水文情况。 在无人值班时, 水位遥测仪可对水位进行自动感应, 当24 小时监测时, 必须准确记录每个小时的井水水位, 并利用无线电信号将记录的数据向遥测站进行传送, 最终向遥测终端进行存储。 通常情况下, 可选取上下翻斗的方式利用雨量感应器对雨量进行测量, 为确保测量结果的准确性, 可连续进行翻斗内触点、 感应器内弹簧开关接触, 降雨量信号在上下翻斗时可实现转换, 向遥测终端发送时, 以物理信号的方式存储。并利用计算机对终端收集到的水位记录与降雨量数据进行分析, 随后以报表、图像等形式显示处理过的水文信息, 以此为水情预报提供有利条件。如产生紧急情况时, 必须及时进行预警, 以此为防止自然灾害提供可靠保障。为更好的了解水文遥测终端系统, 可由图1 进行分析。
二、水情预报中水文遥测终端的作用
1. 自动采集水文数据。 信息传输系统的建立, 应确保分析、评价信息的及时性、准确性。在系统分析、合理分类与组织水情监测及评价信息的基础上, 做好水文信息采集工作。 水位、降雨量等都属于水情数据自动采集的水文要素。水文遥测终端可自动采集多种水文数据, 并利用通信终端向中心站发送全部数据, 以此, 在中心站进行统一处理与统计工作。在规定条件与时间内, 可选用数据收集的月平均畅通率与数据处理作业完成率对水文遥测系统可靠性进行分析, 其公式如下:
其中:数据处理作业完成率由P表示;
根据设计规定完成的数据处理作业次数由N表示;
N次数据处理作业内能够在规定时间内完成的作业次数由m表示。
2. 主动查询水文数据。 指令由水文监控中心发出, 对全部远端测站或某个指定远端测站采集水文数据或进行数据回传。水文召测规定, 遥测终端机向水位计主动发送询测水文命令, 在水位信息获取后, 应及时向中心站进行上报。 要求10s内上报当前水位情况, 在水位数据查询过程中, 必须对中心水位存储数据信息进行调取。
3. 远程监测站遥控及状态查询。 利用设置程序, 有关指令可由水情监控中心发出, 并进行远端测站部分功能地关闭与激活, 如水位测量关闭等。 同时指令也可由数据控制中心发出, 规定远端测站必须回转当前所在地工作具体信息, 以此实现全面监控的目标。中心可利用命令进行遥测终端信息的获取, 如存在误差, 可进行改正。 以雨量传感器进行分析, 其准确度等级测量误差如表1 所示。
三、水文遥测终端通信方式的特点
随着水文、计算机与通信网络技术的发展, 现阶段我国水情遥测终端通信方式也呈现出多样化的趋势。作为一个高端技术平台, 水文遥测终端的组成部分包括:无线电远程终端、中继站等。超短波、卫星基站等为现阶段水情预报内水情遥测通信的主要方式。 本文以GSM、GPRS、VHF通信方式为例对其特点进行分析。
1. GSM、GPRS通信方式特点
首先, 安全。 以GSM网络分析, 其具有较强的保护能力。 如GSM无线通信模块周围一个GSM移动基站产生故障, 可向其他基站发送信息。 GSM无线通信模块可进行GSM基站的智能选择。
其次, 运行维护成本低。 成本低是GSM无线通信模块的主要特点, 当网络建成后, 无需进行网络维护费的提供, 只需将短信费支付给运营商。
再次, 可靠。 GSM无线通信模块能够进行短消息发送验证功能的提供, 在监控网络重点对远程无线终端信息采集工作情况进行检查时, 可进行检查短信的发送, 当故障出现于远程终端时, 可显示信息无法成功发送。
2. VHF超短波通信方式特点
传输信道选用超短波数传电台, 其优点为灵活组网、极易扩展、便于维修、运行费用低级稳定信道等。 因系统工作为230MHz, 并选取一般间接调制数传电台, 就导致该系统受外界影响较大, 导致其具有较大通信速率、数据传送量较少等。 在超短波通信中, 往往受到电磁干扰, 如何对电磁干扰进行有效消除, 是确保超短波设备顺利运行的重要问题。
四、水情预报中水文遥测终端的应用
作为水情监测过程中一项重要的环节, 水文遥测终端的应用是提升抗洪防汛能力的保证, 并为监测结果的准确性和可靠性起到了关键性的作用。 为此, 本文通过实际案例进行分析, 以期为水情预报的精确性提供可靠的参考依据。
1. 案例分析
某监测地区地形为低山丘陵, 东高西低为其地形走势, 该监测区域具有丰富的水资源, 河流较多, 流域范围广, 并有梯级水力发电厂的建立。但在地形状况与气候的作用下, 致使其具有较大的水资源年际变化, 同时, 因时空分布不均, 导致大量旱涝灾害的产生, 因此对当地经济发展造成了极大的损坏。
2. 水文遥测终端的应用
水质监测规程、 规范标准的制订, 应与我国国情相符合。根据当地水资源实际情况, 将水文遥测终端应用到该区域, 可有效监测其水文状况。同时充分结合国家防洪防汛指挥系统, 进行多个中央报讯站的设置, 以此对水文状况进行远距离监测。 遥测终端可利用中继系统定时收集、传输水位、雨量信息, 并最终将其存储到终端, 进而达到自动监控水情的目的。 其中, 自动生成的信息为水位与雨量, 计算机系统可进行水位信息的获取, 并进行流量关系曲线的制作, 并通过计算机对实时改变的流量数据进行及时改正, 最终形成准确、合理的水情监控报告。如大雨突降, 水文遥测终端可向水文部门及时发送数据信息, 并立即分析、预测数据, 将数据由水文遥测终端传递给所有防汛部门, 以此达到预防洪涝灾害的目的。 该系统的应用, 可对监测时间进行大大缩短, 并提高水文信息监测的精确性, 是水情预报工作顺利进行的必备条件。
五、结语
综上所述, 旱涝灾害已经成为现阶段全球水环境面临的重大问题。我国现阶段存在水资源紧缺及空间、时间分布不均匀等问题, 水资源保护是水情预报监测的出发点, 在水文遥测终端监控建设与发展中, 要求相关部门必须严格遵循相关监控规定, 实施切实可行的措施, 对水情实际情况进行准确预报, 降低灾害影响能力, 以此推动社会经济的可持续发展。
摘要：作为一个信息密集型行业, 水利具有多样化的信息体系, 其内容主要包含水雨情信息、汛旱灾情信息、水量水质信息等。按照水利系统规范与需求, 必须进行水情遥测系统的建立与设计, 将水文遥测终端应用到水情预报中, 可有效提升监测的准确性、及时性, 更能对防汛抗旱需求进行最大限度地满足。为此, 文章主要对水文遥测终端的原理、水情预报中水文遥测终端的作用、通信方式特点及应用进行了分析与探究, 以期为提升水情预报信息的准确性、科学性及可行性提供可靠的依据。
关键词：水情预报,水文遥测终端,原理,应用,作用,通信方式,特点,水文监测,雨量分析
参考文献
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无线数传电台在水情遥测中的应用 篇6
1 无线数传电台工作原理
无线数传系统中上位机与模块间的通信是通过异步串口来完成的。在通信前, 串口的数据帧格式 (8个数据位或9个数据位) 与速率应与模块一致。上位机与模块间的通信内容有两类, 一类是数据一类是命令。数据或命令可用DTR (数据终端就绪) 或DSR (数字存储继电器) 信号来区分。无论是上位机传给模块还是模块传给上位机的数据都采用无格式传送 (透明传送) 。
1.1 模块发送过程
当模块收到上位机的数据后, 模块先通过DTR线判断收到的数据是命令还是数据, 若是命令则执行相应的命令;若是发送数据则先将要发送的数据送到发送缓冲区, 并同时将模块的状态由接收状态转换成发射状态, 这个转换过程需要100ms, 状态转换完成后再启动发送打包程序。发送打包程序的功能是将缓冲区的数据打包成适合无线发送的数据包, 并将一些控制信令动态地插入到数据包中, 然后将这个数据包的数据送到模块中的数据调制口, 并按V23协议以FSK (频移键控) 的调制方式发射出去。在这个过程中, 所有的进程均是并行完成的。
1.2 模块接收过程
在接收状态下, 接收机总是接收码流中的同步信息, 一旦收到同步信息, 将立刻进行位同步, 获得位同步后, 再进行码同步, 码同步完成后, 即可接收数据及控制信息。收到数据后, 再按规定的串口帧格式传送给上位机。
1.3 数传基本功能
常见的数传模块的功能一般分为基本数传功能、扩展功能、高级扩展功能等三种。这里主要介绍实现基本数传功能的硬件连接方式。如果用TX表示设备端口上的数据发送 (数据离开功能块) 端子, 用RX表示设备端口上的数据接收 (数据进入功能块) 端子, 那么, 设备A与设备B之间的串口连接方式应该是TX对RX, RX对TX, GND对GND。
如果将两个无线模块组成的无线信道也看成是一个两端口的设备, 则对设备A与设备B而言, 串口通讯时有线连接与无线连接的端子的对应关系是一样的。
2 仪器功能
本文介绍的GD230B无线数传电台抗干扰、防浪涌能力强, 抗冲击, 抗震动, 性能、可靠性与稳定都比较高, 适用于水文信息采集终端设备这种比较潮湿恶劣的工作环境, 该电台采用数字频率合成技术, 双锁相环及双VCO, 发射启动时间小于10ms, 大大优于国标规定的100ms要求;工作、发射接收及数据接收都有相应状态指示灯;通过计算机可以方便灵活地设置频率、功率、静噪开启电平、信道速率、接口速率/校验方式、发射限时等各项参数;提供了EIA-232、EIA-485、TTL等多种数据接口;提供低功耗型配置, 休眠电流低至3 mA;
3 使用说明
3.1 配置电台的参数
给电台上电 (12V电源) , 用厂家配套的写频器将电台的RJ-45连接器与计算机串口连接, 启动设置软件, 在“通信”“选择串口”中选择计算机串口, 点击“通信”“读取 (PC<-电台) ”即可读出并显示电台的参数, 输入或修改各信道的参数, 修改完毕后点击“确认”按钮。点击“通信”“写入 (PC->电台) ”把更改的参数写入电台, 最多可设置16个信道, 如果设置了多个信道, 应设置当前工作信道。点击“通信”中的“设置当前信道”可设置某信道为当前信道。
3.2 接口信号定义
电台的DB9孔型连接器和RJ-45连接器完成信号的输入和输出, 使用中DB9用作数据通信, RJ-45周作电台参数设置。对于不同的电台配置, DB9具有不同的信号引脚定义, 表1为DB9作为485数据接口时的引脚定义。
3.3 数据传输协议
数据传输协议包括透明数据传输协议和非透明数据传输协议。
所谓透明数据传输协议就是在透明方式中, 发送方不识别或限制发出的数据, 接收方数传台送出的数据与发送方数据的长度和内容完全一致。非透明数据传输协议是将数据按一定的格式打包组帧, 以数据帧的方式传输。数据帧包涵起始符、数据长度、DATAn、校验码及结束码, 在非透明数据传输协议中, 只有符合上述特定格式的数据才会被发射出去。接收端会按相同的数据格式送出数据。本应用采用的是透明数据传输协议。
3.4 使用
GD230B无线数传电台的接口示意图如图1所示, 电台的DB9的2、3两个引脚引出的线分别与遥测采集终端设备的两个485信号线相连 (A对A, B对B) , 设备共地 (GND对GND) 如图2所示。终端RTU发送采集指令时, 无线数传电台就会通过超短波将所需要的485信号传回终端RTU。
配置电台参数时功率级别可随距离远近自行调改, 距离越远, 功率级别越高;接收、发送频率也可在允许范围内 (220MHZ—240MHZ) 自行调改, 但发射端电台的发送频率必须和接收端电台的接收频率保持一致, 接收端电台的发送频率必须跟发送端电台的接收频率必须保持一致;串口设置中的波特率调为9600bps, 校验方式为无。
4 常见故障解决方法
4.1 无法设置电台的工作参数
故障原因: (1) 接口类型不匹配 (如计算机应连接232接口, 不能直接连接485接口) ; (2) 未接写频器或未插写频头; (3) 串口连接不可靠或计算机串口选择错误。
解决方法:如使用中接口配置是485, 则需通过232/485接口转换器与计算机连接;用写频器连接计算机和电台, 或在RJ-45口插好写频头并将DB9的串口与计算机可靠连接;在设置软件界面“通信”“选择串口”中选择连接电台的串口。
4.2 无法发射数据, 数据指示灯不亮
故障原因: (1) 电台处于设置参数状态时不能正常收发数据; (2) 接口类型不匹配; (3) 串口连接不可靠或串口线连接错误。
解决方法:去掉写频器或写频头;检查电台的数据接口类型与所接设备是否一致, 如果采用了232/485等转换器, 检查转换器是否正常;检查串口线是否可靠连接。
4.3 无法对通数据
故障原因: (1) 接收频率与发射频率不一致; (2) 没有连接天线或负载; (3) 收发双方空中转输速率不一致; (4) 发射端电源供电电流不够; (5) 天线距离太近。
解决方法:设置接收电台的接收频率与发射电台的发射频率一致, 空中传输速率一致;正确连接天线或负载;确认电源有足够的供电能力;在近距离数据对通测试时天线之间的距离应大于5米。
5 结语
水情自动遥测论文 篇7
水文遥测终端英文就是RTU (Remote Terminal Unit) , 中文全称为远程终端单元, 水情信息自动测报系统中也称为远距离遥测终端机或水文数传仪。它是一项集计算机技术、无线电通信技术、自动控制技术于一体的高技术系统, 它具有遥测、遥控、遥信和遥调 (简称“四通”) 等功能。实质上它是一种以无线电数字通信为基础的无人值守的各种现场进行远距离监测监控的技术平台, 它由无线电远程终端、中继站、主控站及相应的现场设备和与主控站相连的控制台等几个部分组成。它适用于地理分布较远、各种实时性要求较高的大江大河水文资料遥测站点。
2 终端工作原理
2.1 水位
利用水位遥测仪在无人职守的情况下, 能够全天候自动定时感应测量水文自记井水位, 所有数据通过无线电信号发送到遥测站并存储于遥测终端中。
2.2 雨量
利用遥测雨量感应器, 即翻斗式雨量记, 采用上下翻斗, 提高测量精度, 通过翻斗触点与感应器的干簧开关不断接触传递降雨量信号, 并将降雨量转换为可以进行计量的物理信号, 发送到遥测终端并存储。
2.3 信息综合处理
存储到远距离遥测终端中的水位、雨量通过该终端的微电脑处理经中继系统转发至控制中心并传入微机存盘、处理, 再通过专用分析系统软件处理, 实现水情信息报表、曲线、显示、预报和打印。远距离遥测终端又可以通过控制中心经中继系统接受命令, 改变水位、雨量遥测接收信息, 实现水情信息接收、处理自动化。
3 终端的应用
3.1 终端应用环境
吉林市位于吉林省的中东部, 东经125°42'~128°00', 北纬42°35'~44°42'。吉林市地处长白山向松嫩平原过渡地带, 属低山丘陵区, 境内山脉呈东北西南走向, 与长白山脉平行, 明显的分为威虎岭、老爷岭、吉林哈达岭三列, 境内地形总趋势呈东高西低。由东南沿松花江逐渐向西北低缓, 形成低山区, 丘陵区, 黄土台地平原区。吉林市河流众多, 水系发达, 流域面积在20平方公里以上的河流有372条, 二松干流上建设了白山、红石、丰满三座大型梯级水力发电厂, 总装机容量225.4万千瓦, 水能资源丰富。由于受地形和气候的影响吉林市水资源时空分布、年际变化很大, 频繁的水旱灾害对吉林市的经济发展和人民生命财产的安全造成严重的危害, 据统计, 仅1995年辉发河流域超百年一遇特大洪水就损失71.5亿元, 2011年温德河口前大洪水损失更为严重。在水资源日益紧缺、洪涝灾害频繁、工程水利向资源水利转化的今天, 发挥水文遥测终端信息在防洪预报调度等方面的作用, 具有重要的意义。
3.2 终端的应用
2001年开始, 水文遥测终端在国家防汛指挥系统工程吉林水情分中心示范区中央报汛站应用14处 (水文站9处、雨量站5处) 。报汛通信的网络结构为1:1:2:14, 即:分中心1处 (吉林) , 集合转发站1处 (蛟河) , 高山中继站2处 (肇大鸡、海青岭) , 中央报汛站14处。
远距离遥测终端在水情分中心软件系统的指令下, 通过中继系统将水位、雨量信息实时的自动入库、显示、分类、查询, 并能按部颁《水情预报拍报办法》的要求, 自动生成各种水情电报。其中, 雨量、水位电报按照《水情预报拍报办法》自动生成;流量电报通过计算机自动读取水位~流量关系曲线自动生成;当有实测流量数据传到系统时, 计算机根据实测流量数据对水位-流量关系曲线进行实时修正;同时根据吉林省对防汛的特殊要求 (2小时降雨30毫米加报) 自动生成相应的报文。2001年至2010年吉林地区共发生中等偏大洪水47场, 日降雨量达50mm的有359站次, 日降雨量达100mm的有123站次, 日降雨量达200mm的有5站次, 这些强降水的发生, 水文部门及时根据水文遥测终端传输的实时降水数据, 认真地做好水情预测预报, 水情电报均通过计算机网络自动发往各防汛单位, 减少了人工拟报、转报造成的错误率, 缩短了水情信息传输的时间, 实现了水文信息采集、传输、接收、转发自动化, 实现了信息实时查询的便捷功能, 提高了水文情报预报信息在防汛抢险工作中的时效性, 创造了巨大的经济效益和社会效益。
4 终端运行成果分析
4.1 水位实测成果分析
采用吉林、蛟河二水文站人工观测的数据与自动测报系统固态存储器采集的13712组水位数据进行对比计算分析, 有95%的测点相对误差不超过±1cm, 最大误差不超过±2cm, 系统误差为0, 水位计符合设计安装要求, 实测水文数据达到资料整编要求。
4.2 雨量实测成果的分析
采用 (2001-2011年) 吉林、蛟河、口前、白石山、新站、八道河子、磐石、民立、五道沟、磐石、横道子、退团雨量站, 分辨率为0.1mm的降水自记资料与自动测报系统固态存储器采集的分辨率为0.5mm的翻斗式雨量计采集的47258组雨量数据进行对比计算分析, 有95%的测点数据相对误差不超过±1.1mm, 最大误差±3.5mm, 系统误差0.1mm, 翻斗式雨量计符合设计安装要求, 实测水文数据达到了部水文资料整编的要求。
5 结语
水文远距离遥测终端经历了多个汛期的运行, 信息采集、传输、接收、处理、转发满足水情预报, 水文资料整编这一系统工程设计要求, 在防汛减灾工作中效益十分明显, 尤其在局地暴雨灾害的预报、预测和水情信息的传递方面发挥了快速、准确的作用, 为水情信息及时传送到国家防总, 为经济社会发展奠定了良好的基础。
参考文献
[1]水情自动测报系统技术规范sl61-2003行业标准[S].