无线遥测系统

2024-07-12

无线遥测系统（精选十篇）

无线遥测系统篇1

现阶段我国的矿用水文监测系统还多采用传统的有线式水文监测系统, 这样要想得到可靠、及时的现场水文数据需要耗费大量的人力与物力。Zigbee是一种新兴的、短距离、低速率的无线组网通信技术, 具有低成本、低功耗、组网灵活等多个优点。目前基于Zigbee的无线技术的水文系统的研究已臻于成熟, 并已广泛应用于江河湖泊水库等的水文参数测量中。针对矿上水井水文监测系统的特点, 设计了基于Zigbee技术的矿上水井无线水文遥测系统。

1 监测系统概述

整个监控系统采用分层设计, 包括传感器网络、分站、主站和上位机设计。

根据其特点, 要测量水位、温度、瓦斯浓度等物理量, 相应的传感器称为一个传感器节点, 一个水井观测点就是一个分站。相应分站的各个监测传感器节点分别置于水井相应位置构成一个传感器网络;相应的传感器网络节点将采集到的数据经过一系列的处理上传到相应分站, 分站对该站点所有数据进行打包处理, 封装成具有一定格式的数据帧, 并加上地址前导码后通过无线射频模块传送给主站;主站的无线射频模块在接到相应分站送来的数据帧后, 将进一步的按一定格式封装成数据包通过自带的串口送给上位机;上位机将接收到的数据进行拆包、标度变换、显示, 并且判断是否在安全范围内、需不需要进行报警。系统分站和主站都采用TI公司的2.4GHz的CC2530片上系统构成。相应的系统结构框图如图1所示。

2 监控平台设计

水文监测平台设计的主要目的是便于管理、显示采集到的现场各种水文数据, 实现对监测区的实时监控和管理。本系统采用Visial Basic6.0完成相应上位机界面的设计的, 监控系统要实现的主要功能如下:

1) 动态显示实时水文数据;

2) 连接数据库, 实现水文数据的存储、管理;

3) 列表、图标方式查询历史数据;

4) 可以动态设置各个参数的报警值;

5) 对登陆人员的身份进行验证以便可以得到不同的管理权限。

2.1 实时数据显示功能

主界面设置相应的显示区域来显示不同分站采集到的实时数据。同时设置有报警状态显示, 如若采集到的数据不在设置的相应参数的安全范围之内, 则相应参数的报警状态将被触发以提醒监控室值班人员及时排除故障。

2.2 数据库设计

本监控系统是采用OFFICE组件自带的ACESS 2003来建立相应的数据库。本站点要实现将采集到的实时数据显示并且同时存入数据库, 而数据库要提供对历史数据的查询显示功能, 鉴于此, 本系统将分开设计各个分站点信息数据库及提供站点名称与站号相对应的站名称详尽表。相应的分站点数据库字段如表1所示。

上位机接收到的实时数据首先及时显示到相应的显示区并且判断其是否在安全范围内, 另一方面要将数据送到相应数据库进行存储以供历史数据查询功能的使用。

2.3 历史数据查询

如前面所述, 相应的各站点实时数据在显示的同时送入数据库进行存储, 用户只要输入相应的查找条件就可以查询到相应的历史记录。并且该历史数据可以分别以数据及波形的形式显示出来。

2.4 历史数据波形显示

本系统采用IOCOMP组件中的iplot控件来显示历史数据波形。用户通过输入相应的查找时间范围和查找站点, 后台数据库就会产生相应的记录集, 此时将查找到的记录集数据用iplot控件描点作图即可得以波形形式显示的历史数据, 直观简洁。

2.5 主站与上位机的通信

本系统中主站与上位机的通信采用RS232串口通信, 采用工业标准常采用的Modbus协议, 数据帧格式为地址域、功能码、数据区和CRC校验。其中可以通过地址域区分不同的分站;功能码区域可以区分不同的功能, 诸如:读1号分站数据;数据区是真正的有效数据区;CRC校验区可以可以验证所传数据的正确性。目前Modbus协议已成为工业领域串口通信的一个实际标准。

3 结语

无线水文监测系统目前已得到了广泛应用, 经验证该系统具有良好的实用性和可操作性, 并且低功耗、成本低, 可节约大量的人力和物力, 值得大力推广。

参考文献

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[7]李玉忠.基于Zigbee技术的水文监测系统的设计与应用[J].机械管理开发, 2008, 12.

船舶液位遥测系统误差分析篇2

关键词：遥测系统水位测试仪控制误差

近十几年来，随着船舶自动化技术的重视与提高，各种液位遥控系统也得到了广泛地开发与应用。其系统的测量精度、系统功能的稳定性以及可靠性也上了一个新的台阶。由于船舶的吃水承载能力等问题，在一定程度上影响着船行的安全性和稳定性。因此控制好遥测系统的误差，是很有必要的。

遥测系统的工作原理

遥测系统是基于PLC技术的系统，它的种类有很多种，目前船舶液位系统常见的有：压电式、吹泡式、浮子式、气电式以及雷达式等。而无论哪一种遥测系统，其组成部分也是大同小异。总体来说都是由传感器、数据采集单元、数据分析单元以及数据显示单元等模块组成。其工作原理由传感器采集各个仓位的液位、温度以及吃水信号。并通过数字信号的方式传递给数据分析单元并以各种数字形式显示出来。然后工作人员再根据这些信息在中控室实现对全船的检测与控制。

而在实际操作中，液位遥测系统的液位遥测的数据往往会与手动侧深不一致，并且误差较大。这在工作中也会影响到船舶的稳定性以及安全性。正常情况下标准的误差允许范围普通舱为5%，液货舱为2%。而如何更好的控制系统误差，为本文所研究的重点。下面笔者通过SED-79A测试仪的引入，并说明如何通过它来控制误差。

SED-79A测试仪的误差控制

导致误差产生的原因有很多种，比如：环境因素、系统因素、或者人为操作因素等。“SED-79A 多点水位遥测仪”，是一种比较常见的液位遥测仪。它采用了积木式的组合结构。其主要特点是：可独立使用自动水位计，而且在室内就可以进行遥控、遥测。因此，它已经一定程度上取代了测深钟、测深锤、蜂鸣器等落后的测量方法。

管水位测试仪的根本目的就是要把测压管内的水位准确无误并真实的以数字的形式表现出来。而“准确无误”又与仪器本身的测量误差是两个不同的概念。为了确保仪器测量系统的精确度，它采用了由跟踪系统、水位显示传输系统及保护装置三部分组成。

1、跟踪测量系统及误差控制

跟踪系统，是由测锤、测线、排线卷筒、涡轮减速器、永磁式微电机以及电器控制系统组成，其工作原理是根据重力作用将测线拉直并挂在测量井口，在微电机的控制下，当测锤接触到水面时，会自动停止并通过卷筒转角径将数据传递给记数装置。为保证仪器的精准度，卷筒部分应采用垂直单层密绕方式，在卷筒转动时，卷筒自身同时也在左右移动，其每转一周，横向移动为0.870mm。这样便消除了偏转式排线方式对测量时所造成的误差。

2、水位显示传输系统及误差控制

该仪器的水位显示器，采用的是五位并列式十进制马氏轮机构，最低数位为CM位。它的工作原理是将水位显示的机械位置转化为等级电压并传输给主机。所以在测量过程中水位的变化可以以连续的数字显示出来。为了让显示值不在两位数值之间而造成误差。可以在马氏轮的前一级的齿轮轴Z6上安装数字圆整装置。因为在这一级上，每转一周cm位才进一字，而进程的过程中，Z6的转角为90度，换算为测量时的高度。可用公式：■，数字圆整装置的工作原理，见图1。

如图1中所示，在齿轮轴Z6上固定了一个磁轮，而磁轮上有一块与进位转角相对应的磁钢，磁钢旁边是一个干簧控制开关K。在Z6的销钉噬入CM位马氏轮的范围内，干簧开关K被磁钢吸通，电机开始转动。直到销钉脱离进位区。这样显示数值就不在两数中间的位置了。

3、保护装置及误差控制

遥测仪水位计经常因为某些原因使试管倾斜、弯曲以及管壁附有某些焊渣或者障碍物。为了避免水位计受到这些情况的影响而产生误测，此水位计的机械保护系统装置测锤在被测环境受阻时切断电机电源，并自动启动报警系统。

其工作原理是：当水位计正常工作时，由于重力作用，测锤会将其中的一个摇臂压下。从而使始终开关的接点接通，仪器正常工作。而当测锤由于外力受阻后，内置的弹簧所受的压力会小于测锤正常情况下所产生的重力，从而使摇臂发生反弹，开关断开。仪器停止工作，并发生报警。而当测锤向上提升时受阻后，同样会因为外力使摇臂发生反弹，直至弹簧使内置的超重开关接点断开，从而使仪器停止工作。这样仪器的保护装置便能起到一个减小测量误差以及保护装置的作用。

综上所述，“SED-79A 多点水位遥测仪”可以有效的控制误差，并且仪器误差值≤1cm0.1%，水位的变幅读数最小为1cm。通过数据分析以及实际操作的验证，该水位遥测仪的最大测量水位变幅为25cm。并满足理论实验的预期效果。

总结

液位遥测系统是船舶业的重要核心系统，它直接关系到船舶在海上航行的安全，安全可靠的测量船舶的压载水仓的液位是船舶安全的重要保障。不仅如此，遥测系统在经过几十年的发展中，其应用领域也是在不断的扩大。目前遥测产业也已经在水文、水利、电力、医学、热力、军事化工。石油、交通、煤炭、地质地震等方面发挥着巨大的作用。而“SED-79A 多点水位遥测仪”在液位遥测系统中可以有效的减小误差。它的推广和使用，在遥测系统方面发展中，会起到一个更加重要的作用。

参考文献：

[1]：韩章，谈浩，庄才亮.液货船液位遥测系统[J].机电设备，1994

[2]：刘蕴才.液位遥测原理[M].北京：国防工业出版社，2000

[3]：李尚仁.航天遥测技术的发展[N]遥测遥控，1990

[4]：夏玉琴.遥测水位仪测量误差的有效控制[M].吉林水利，1998.5

基于包分集的短程无线遥测系统篇3

无线通信系统中的衰落分为大尺度衰落和小尺度衰落。大尺度衰落通常是由周围环境地形、地物的差别导致的阴影造成的,服从正态分布。小尺度衰落(多径衰落)是由移动物体周围的复杂环境引起的,服从瑞利分布。

文章所研究的是基于短程无线遥测场景,主要应用在100~200m的有效范围内,在此传输距离内实现数据的有效测量以及传输,因此主要考虑多径衰落情况,采用和宏分集对应的微分集技术[1,2]。

分集技术是补偿衰落信道损耗的技术,通常通过2个或多个接收天线来实现。分集技术主要可分为2大类:显分集和隐分集。显分集最常用的分集技术是空间分集,即几个天线被分隔开来并被连到一个公共的接收系统中。当一个天线未检测到信号时,另一天线可能会检测到信号的峰值,而接收机可以随时选择接收到的最佳信号作为输入。文章主要研究显分集接收模型,并在此基础上提出了包分集接收模型,根据包分集接收模型实现了基于此模型的分集接收系统,用来在短程无线遥测场景下进行传感信息的分集接收。文章设计的无线遥测PC分集方法采取同组多节点采集信号PC分集的方式,优点是系统简单、低成本和低功耗,非常适合于短程无线遥测应用。

1 分集接收基本模型

包分集接收模型主要包括2个方面:(1)分散传输将信号分离成多个“不相关”且携带相同一段码元信息的信号段;(2)系统内部统一进行处理,即把多个统计独立的传输信号接收后进行合并[3,4]。

在文章所研究的短程无线包分集接收系统应用场景下,移动端多为人不易携带的设备,而且这些设备都会放在高空或在较高运动状态下进行遥测。

为保证信号与信号之间“不相关”的特性。天线的布置应遵守的原则d≥l/2(l为波长)。目前常用的接收方案基本有3种:选择合并(SC)分集接收方式、最大比值合并(MRC)分集接收方式和等增益合并(EGC)分集接收方式[5,6,7]。

假设有M个固定的发射点。每个信道都符合瑞利衰落特性,平均码元信噪比与SNR相等,有

SC接收方式输出的平均码元信噪比为:

MRC接收方式输出的平均码元信噪比为:

EGC接收方式输出码元信噪比为:

从上述分析可知。在M相同的情况下,SC对码元信噪比的改善最小。MRC对码元信噪比的改善最多;在M较小时,EGC与MRC的信噪比效果相当。

选择式合并的原理:将M个接收机得到的包信号利用最大似然估计算法,进行SNR分析后送入选择逻辑模块。然后进行SNR比较,将多路信号在包数据层面上进行分集接收输出最终信号。文章所构建的包分集接收系统模型如图1所示。

2 系统设计与实现

文章在包分集接收系统模型上进行了深入研究,在每个接收到数据包基础上进行分集接收,每个数据包中都含有无线信号接收强度字段,因此可以为地面接收机接收信号进行SNR选优判断提供依据。在短程无线遥测应用场合,这个包分集接收方式有很强应用需求。文章构建了一个短程遥测包分集接收系统,系统实现如图2所示。

当系统将带有无线发射模块的传感器发射出去后,装在发射模块中的传感器和通信设备开始工作,并将数据发送至地面接收节点。接收节点与传感模块的通信方式为无线方式,与系统主机的通信方式为有线方式。采用485转232总线接口和计算机232端口进行互联。系统主机可以接收节点传输的数据或请求从某一数据点开始的数据。当采集完成后,根据包分集模型算法进行处理,将接收的信号根据不同的RSSI接收信号强度进行分集处理得到最优结果。其中数据包的格式如表1所示。

为了保证数据通信的可靠性,节点会存储测试过程中的所有数据,数据接收的流程如图3所示。

包数据处理流程:

对于第k批(1≤k≤r)同一组n个节点同一时间发来的n个数据包,程序要对它们进行比较和甄选。首先,验证n个节点数据包的正确性,如果正确就取包中的数据部分,如果错误就取下一个字节;每个包的数据部分包含了P路传感器通道数据,这P路数据需要用程序验证合法性。

数据在内存中是以二维数组A[i][j]的形式存储的,其中i代表无线测量单元中传感器的通道号,j代表该传感器通道的第j个数据。

首先取第1个节点的第j个数据包中第i(1≤i≤P)(P为在每个单元中所设置传感器的通道数)路传感器通道数据;然后取第2个节点的第j个数据包中第i路传感器通道数据。二组通道数据进行比较,如果数值相同,存入内存中。放入内存时检索包索引号,确定通道号i和存储位置j,根据数据字内容循环放入数组A[i][j]中;如果二组通道数据比较后数值不同,要随机抽取该组所有n个节点的2个数据包中第i路传感器的数据,比较二组的RSSI字段,选择RSSI值最大的那路传感器数据存入内存中,存入方式同上。

3 系统评价指标与性能测试分析

为了进行系统的综合评估,文章建立了一个测试环境用于进行系统的性能分析以及指标评价。传感器设计如图4所示。

系统采用的拓扑结构如图4所示。将传感器以及无线传输节点放在同一个测试单元无线节点中继器内,实物如图5所示。

将这些节点中继器放在接收地面,有地面的信号发射站发出无线测试命令,首先唤醒测试节点,唤醒后发送测试命令,接收测试命令后将物体抛出,为了进行比对,试验是让被测物体发出固定频率的正弦波,地面接收站将所有接收到的信号发送到远端接收分析系统进行分集合并,得出接收到的曲线,如图6所示。

由于各个信号包都有包索引,软件接收后会进行排序校验,发生丢包会有“X”号显示。由图6可以看出,没有丢包情况,接收到的信号非常完整。

4 结束语

在短程无线采集应用场景下,采用包分集接收方法对运动物体进行信号的分集接收,在远端根据接收信号进行分集处理,这种方法大大降低了丢包率。在多次试验进行总结分析后发现,分集接收后的信号丢包率小于1%,由此可以得出结论,采用包分集模型的系统在短程无线遥测应用场合有很好的系统扩展性以及良好的抗干扰特性。

参考文献

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[6]FoschiniGJ.Layered spaced-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multielementantennas[J].Bell labs Technical Journal,2002,27(04):1473-1482.

无线遥测系统篇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

无线遥测系统篇5

海上交通智能化、信息化是21世纪海上交通运输业发展主题。它将运用高新技术手段增进海上交通运输的安全和效率, 同时减少交通对环境的影响。航标信息是海上交通安全的最基础和最重要的信息, 基于现代信息技术的航标系统是海上交通安全保障体系的重要组成部分。对航标的有效监控和管理, 确保航标信息的准确性, 为满足船舶安全航行需求提供更好的服务是非常重要的。然而, 由于航标遥测系统的特殊的工作环境要求, 目前通常采用专网范畴的国家无线电管理委员会指配的VHF频段的频点和公共移动通信系统网络如:GSM短信、GPRS、CDMA等无线数据通信网络作为主要通信方式。虽然GSM网络覆盖范围广, 且费用较低, 但有些航标所在的环境GSM还不能覆盖, 而专网需考虑架设高大的天馈系统和架设中继站来解决通信距离问题, 费用昂贵。因此, 研究新技术在航标遥测系统的应用具有非常重要的意义。

无线传感器网络 (WSN) 综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术以及通信技术, 能够实现实时检测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或检测对象的信息, 同时对这些信息进行处理后活动详尽准确的信息, 最终传送到需要这些信息的用户。通过WSN可以使得人们不受时间、地点以及环境的影响而获得大量详细可靠的世界信息, 因此, 被广泛用于国防军事、国家安全、交通管理、医疗卫生以及反恐抗灾等领域。WSN是信息感知和采集的一场革命, 在新一代网络中具有关键作用。对于覆盖范围大、条件恶劣、无人职守环境中的航标遥测系统适合采用无线传感器网络结构。基于无线传感网络的航标遥测系统使得航标不再是一个孤立的导航标志, 而是一个具有信息化以及智能化的网络结点, 既可以像以往的航标一样被动地工作又可主动地发出航标信息。

1 基于无线传感器网络的航标遥测系统

1.1 系统组成

系统主要由控制中心系统、汇聚节点模块和网络节点模块三大部分组成的。系统组成框架如图1所示。

控制中心系统的功能是完成航标和相关数据的收集、处理、存储、显示和决策支持服务, 即负责整个系统的管理和控制工作。主要由汇聚节点、通信机、服务器、GIS客户端平台等组成。

汇聚节点模块相当于网络路由器, 因此也可称为路由器。汇聚节点也具有无线传感器节点, 是个全功能节点。

网络节点模块由各种无线传感器节点构成的模块。节点可以根据采集的信息不同分为以下几种:航标节点;潮汐节点;水文节点;气象节点;动态目标节点。

1.2 系统工作原理

各无线传感器节点采集的信息分别为:1) 水文节点:用于实时采集水深、流速、流向等信息;2) 航标节点:通过RS-485/RS-232接口与航标设备相连, 实时采集航标状态信息;3) 气象节点:用于实时采集温度、湿度、风向、风速等信息;4) 潮汐节点:与验潮仪相连, 实时采集潮汐信息;5) 动态目标节点:用于安装在船舶等动态目标上, 实现实时采集动态目标 (船舶) 的航行信息, 如:位置、航速、航向等。

汇聚节点负责收集各自区段 (如:某个航标站、某个航道) 内的传感器节点采集到的各种数字信息、接收和发布各种控制命令、并将信息传输到控制中心。为了克服无线传感器网络节点通信距离近的缺点, 在GSM (或者CDMA) 公网覆盖区内, 汇聚节点还支持与管理中心的GPRS (或者CDMA) 网络通信以及短消息通信。

控制中心的汇聚节点用于完成与海上航标汇聚节点模块之间的通信。通信服务器包括通信服务器和数据管理服务器, 其中, 完成传输信息命令和数据的是通信服务器;用来解析、存储以及处理数据的是数据管理服务器。通过解析数据而自动生成各种报表, 同时也为各个管理用户即GIS平台等提供数据。GIS是以S57电子海图为基础的客户端软件, 在其上叠加上航标信息, 就能实现航标信息的可视化以及实现信息的显示、查询以及报表等功能。

目前的海上航标供电均采用太阳能, 因此, 为了有效利用能源, 传感器节点设置了工作和休眠两种状态。在休眠状态, 接受电路、微处理器以及采集电路等都是正常工作的, 并且控制中心对采集的数据进行融合处理。安装在船舶动态目标的节点上, 定时能够发送查询触发的信息帧, 当传播进入无线传感器检测系统的监控范围内时就会唤醒最近的传感器节点, 同时会寻找一条通往控制中心的最佳路由, 从而实现控制中心与动态目标节点的数据传输。

2 系统能耗分析

传感器节点包括四部分:电源, 数据感知部件 (传感器模块) , 数据处理部件 (处理器模块) , 数据传输部件 (无线通信模块) 。随着集成电路工艺的进步, 无线通信模块是最消耗能量的, 而无线通信模块处于发送、接受、空闲或睡眠四种状态:其中消耗能力最大的是发送状态, 消耗能量最小的是睡眠状态, 空闲和接受状态的能耗接近, 略小于发送状态。当传感器节点处于发送状态时, 无线通信的能量消耗与通信距离的关系为:

式 (1) 中, d为发送节点与接收节点之间的距离, k近似为一常数, 参数n为信号衰减因子, 一般为2到4之间的实数。如果考虑海上部署环境及天气情况影响, 通常n取3。

海上航标通常间距比较大, 这就要求网络节点必须支持远距离通信, 由式 (1) 中可以看出远距离通信必然要增大能耗。如果采用增大发射功率, 提高天线发射效率, 可以解决通信距离问题;但还必须考虑航标能源系统所能承受的能耗。因此, 必须选择合适的节能机制, 减少能量损耗, 使系统能耗符合航标能源系统所能承受的能耗。

3 系统的节能机制

无线传感器网络的主要任务是将网络中传感器节点收集到的信息传送给汇聚节点, 汇聚节点再发送给控制中心。一种实现该任务的最简单方法是直接传送, 即网络中的每个节点把到收集的数据直接传送给汇聚节点。然而, 当节点之间的距离较远时, 节点传送数据消耗的能量太高会容易导致节点的死亡。为了使节点不容易死亡, 考虑到航标能源系统的限制, 因此, 下面将讨论系统的节能机制。

3.1 单个传感器节点的节能机制

通过分析以上能耗可知, 数据处理、无线通信以及传感是能耗做大的三个操作。因此, 可以分别对这三个模块实现节能。

3.1.1在数据处理模块中, 为了实现单个节点节能, 可以通过以下两种方法:第一, 采用低功耗硬件设计;第二, 采用动态电源管理DPM和动态电压调整DVS。DPM是当节点周围没有感兴趣的事件发生时, 部分模块处于空闲状态, 把这些组件关掉或调到更低能耗的状态 (即睡眠状态) 。DVS是当计算负载较低时, 通过降低微处理器的工作电压和频率从而降低处理能力, 可以节约微处理器的能耗。

3.1.2为了提高单个节点节能, 在无线通信模块中可以采用数据融合技术、多跳短距离无线通信以及工作状态来实现。提高无线通信模块的能力使用效率对控制能耗至关重要。

3.1.3采用信息过滤和数据融合实现传感器单个节点的能量高效。由于其减少了感应的数据量, 因此, 减少了传感器模块的能量消耗。

3.2 通信协议层的节能机制

根据航标遥测系统和无线传感器网络中的各层的特点和功能提出以下的节能策略:

3.2.1让节点尽可能超过时间或经常处于睡眠状态。即为了避免接收到不是指向它的传输以及空闲监听造成的能量损耗, 让不发送或接受数据的无线电进入睡眠状态。

3.2.2数据融合。当将数据从源端发送到接收端时, 在途中经过路由节点时融合或合并数据包内容, 减少传输的信息量从而实现节能。

3.2.3减少网络各种开支。当协调网络中多节点动作时特别浪费能量。将开销勇于协作传输的接入协议是很浪费能量的, 即使他们能有效的使空闲节点在实际数据传输期间进入睡眠。因此, 在设计网络协议的时候应当尽量减少各种开销。

3.2.4选择高效的路由协议。由于无线传感器网络中节点能量有限, 因此, 如何高效的利用能力是设计路由协议首先考虑的问题。无线传感器网络路由协议不仅是关心其中一个节点的能耗, 更关心整个网络能量的均与消耗, 避免部分节点过早消耗而影响整个网络的生存周期。虽然目前有很多此方面的研究成果, 但是在选择时应当根据实际情况进行合理选择。

对于航标无线传感器网络可以综合应用上述节能机制, 使网络节点的能耗消耗尽量减小, 达到符合航标能源系统的要求。

4 结论

无线传感器网络在航标遥测系统上的应用, 由于采用自组织方式组网, 无须申请通信卡、也不必支付费用, 同时也使系统具有很强的网络可扩展性和稳定性。而且系统采集的信息除了采集航标状态信息、航行船舶的状态信息之外, 可扩充性强, 如:可以扩充采集潮汐、水文、气象等信息。但应用无线传感器技术还面临着很大的挑战, 通信协议的开发, 硬件方面的设计和安全性问题等。这将在后续的项目中进一步研究。

参考文献

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[2]李建中, 高宏.无线传感器网络的研究进展[J].计算机研究与发展, 2008, 01.

[3]郑佳春.基于无线传感器网络的电子航标系统研究[J].中国航海, 2008, 03.

[4]郑佳春.航标遥测遥控系统的关键技术研究[J].中国航海, 2006, 04.

[5]张顺利, 张月.无线传感器网络能量高效策研究与分析[J], 电脑知识与技术, 2008, 23.

[6]C.Buratti, A.Giorgetti, R.Verdone.Simulation of an EnergyEfficient Carrier Sensing Multiple Access Protocol for ClusteredWireless Sensor Networks[R].IEEE 2004 International Workshop onWireless Ad-Hoc Networks.

无线遥测技术的发展与应用篇6

“信息化带动工业化,工业化促进信息化”是中国的国策,而无线遥测技术正好是工业化和信息化的具体体现。无线遥测是利用传感技术、通信技术和数据处理技术的一门综合性技术。该项技术主要用于集中检测分散的或难以接近的被测对象,如被测对象距离遥远,所处环境恶劣,或处于高速运动状态等。无线遥测技术广泛的采用无线方式。公共移动通信网络以覆盖范围广、成本低、无须维护等特点,正在被广泛地用于数据的无线传送[1]。

2 遥测技术的发展与应用

时至今日,特别是近十几年来,随着微电子技术、计算机技术、空间技术、通信技术以及其他新技术的飞速发展,无线遥测技术取得了长足的进步[2]。遥测技术发展的显著特点是:遥测设备的集成化、固态化、模块化和计算机化。

遥测技术起初运用在航空、航天方面,此后又广泛运用于飞机、火箭、导弹和航天器的实验中,同时这些应用也极大的促进了遥测技术的发展。技术的发展进步使得遥测技术在工业等经济生产方面的运用成为现实。随着通信理论、通信技术和半导体技术的发展,遥测技术在调制体制、传输距离、数据容量、测量精度以及设备小型化等方面也取得了很大的应用。

遥测技术其规格小、性能高、稳定性强、抗干扰能力强等特点使得以在工业上得到越来越多的应用。无线遥测系统就是针对地理分布范围大,不易布线的应用环境而设计的,具有信息反馈迅速和便于集中调度指挥的特点,有效的提高了管理水平。

3 遥测技术通讯的实现方式

无线数据传输终端是一种利用通信运营商的无线网络,将数据在终端采集点与数据中心交流、传送的远程测控产品。

无线数据传输终端利用IP包的形式进行数据的传输,当终端监测点进入GPRS/CDMA网络时,就自动附在INTERNET上[3]。这种传输方式不需要GPRS/CDMA提供商提供更多的服务和支持,就可以把数据从任何GPRS/CDMA网络覆盖地区传到中心。数据中心接入互联网,通过Socket通讯与无线数据传输终端建立TCP或UDP连接; 无线数据传输终端通过PPP拨号方式与基站建立连接,通过身份验证,获取IP地址并接入INTERNET;无线数据传输终端以UDP或TCP包形式发送至数据中心,并将数据中心下传的UDP或TCP包数据传至终端设备。无线遥测系统的通讯方式如图1所示。

4 遥测技术在无线数据传输终端上的应用

无线遥测技术具有实时在线及无延时的特性,无需轮巡就可以同步接收,处理多个或所有监测点的各种数据,能够实现对现场设备进行的实时控制,如:时间校正、状态报告、开关控制等功能,而且还可以进行系统远程在线升级。我们针对行业里同类产品普遍存在I/O采集点受限以及通讯功能的不可扩展的弊端,专门对无线数据传输终端的I/O和通讯功能进行了攻关。无线遥测系统能完全适用于各种复杂的现场环境,特别是其完善的通讯功能和灵活的组网特性极大的方便了用户[4]。

基于上述特点,我们将无线数据传输终端成功应用于燃气调压站无线遥测监控系统。该终端设备具有功能强、操作简便、功耗低、体积小、实时在线、准确性高等特点。无线数据传输终端通过GPRS网络进行数据传输,属智能信息化设备,是构成遥测监控系统的主要基础设备。由该设备组成的遥测监控系统安装方便、投资小、灵活性强、可靠性高等优势,是一个理想的监控系统。其特点如下:

1)实时性强:

具有实时在线特性,系统无时延,无需轮巡就可以同步接收、处理多个或所有监测点的各种数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求;

2)远程控制功能:

能够对各监测点一起设备进行远程控制。通过网络可以实现系统对一起设备的反向控制,如:时间校正、状态报告、开关等控制功能,并可以进行系统远程在线升级;

3)建设成本低:

由于采用公网平台,无需另外建设网络,只需安装好设备就可以运行,具有较低的建设成本;

4)监控范围广:

目前GPRS/CDMA网络已覆盖大部分地区,基本不存在盲区,能满足山区、乡镇、跨地区的接入需求,可实现大范围的在线监控;

5)良好的可扩展性:

数据通信覆盖范围广,扩容无限制,介入地点无限制,能满足需要大范围覆盖的监控系统;

6)系统的传输容量大:

实现了监控中心和每一个监测站点的实时连接,在遇到采集点数量众多、信息量大的时候,能够满足系统对突发性的数据传输的要求;

7)数据传送速率高:

目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右,完全能满足大部分的系统数据传输速率的要求[5]。

5 结束语

无线遥测系统将计算机网络技术、GPRS/CDMA网络通信技术和无线遥控技术应用于监控系统,节约了资源,提高了无线遥测技术水平。该系统可应用于电力系统、工业监控、交通运输、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等领域,通过网络平台利用无线数据传输终端可方便、快捷的实现数据的透明传输。

摘要：简述无线遥测技术的发展及应用,通过列举实例,阐述无线遥测技术在信息化过程中的重要作用。实践证明,无线遥测技术具有数据通信覆盖范围广、可无限扩容、介入地点无限制等的优点,这些特点使其在实际应用中具有广阔的市场前景。

关键词：信息化,工业化,无线遥测技术,无线数据传输终端

参考文献

[1]　徐乐年,甄雁翔,员玉良.基于GPRS的钻孔水文无线遥测系统.工矿自动化,2007,(5):52-54

[2]　邓广龙,赵群,牛健等.无线遥测技术在水文测报系统中的应用.通信与信息处理,2003,24(4):70-72

[3]　阮博.基于GPRS/GSM技术的水文遥测系统应用概述.水文,2007,27(4):69-70

[4]　孟维晓,王刚.无线电测控技术.北京-电子工业出版社,2003:158-165

无线电遥测在热网监测中的有效应用篇7

关键词：无线电遥测,热网监测,应用

1 系统结构分析

利用较为先进的GPRS无线通讯系统对热网监测, 其主要的系统结构为两个部分, 即主站计算机和应用软件、GPRS无线系统和数据库;监控终端系统则是由单片机控制系统和GPRS无线通讯模块。其中主站系统在Windows操作系统的计算机上, 采用VC6.0作为开发工具。系统的构成基础为GPRS网络平台, 定时或者随时控制终端的监控数据, 将数据传输至监控的主站, 以便主站进行集中调度和管理。终端系统主要是利用微处理器和无线通信模块组成, 通过GPRS的方式与监控中心完成数据通信, 并通过RS-232和各个监测点通信。此设计的思路可以确保数据传输的实时性和稳定性, 而且其成本较低, 并可以保证通用性。

2 通信协议设计

2.1 终端通信协议

在系统构成中终端系统采用的是GPRS和微控制器单片机组成, MODEM与微控制器之间采用的是RS232串口连接。设计中采用TI公司推出的新型单片机, 此芯片处理能力较强、运行速度快、并且可以在线编辑等技术。其芯片的资源丰富, 含有存储器和UART接口, 可以利用异步或者同步通信, 同时还可以通过相应的软件完成串行通信。使用单片机可以不进行串口扩展, 方便实现多串口通信。GPRS模块采用GPRS MODEM, 此模块内部镶嵌TCP/IP协议, 支持SMS、GPRS、CSD等数据传输方式, 并可以提供SIM卡接口和三路串行通信数据接口。模块可以支持AT命令集, 具备命令状态和在线状态, 处于命令状态下模块接收MCU通过串口发出命令;如果处在在线状态就可以完成即时数据传输, 此时不响应命令, 直接传送所接收到数据。模块内镶嵌的TCP/IP协议栈使用省去了客户自身开发复杂协议栈软件, 降低了前期投入的费用。

2.2 主站通信协议

主站系统是设置在供热调度室内, 主要有主站计算机和GPRS模块组成。无线通信模块应采用与终端一致的GPRS模块。计算机与通信模块协议是一些AT命令集, 操作人员直接通过对计算机中安装的短信息程序, 由AT指令控制无线模块发出短信, 接收各个监控端采集的各种运行参数。然后进行相应的处理。

3 监控软件分析

3.1 软件设计基础

系统中监控主站机的程序利用VC6.0进行可视化程序设计, 要求其操作的界面简单而明了, 方便人机进行交互。具体要求如下:每个监控的终端都具有独立编码, 主站接收到的短信息的内容是各个监控终端的温度、压力、流量等参数;主机程序是通过数据库连接将接收的参数进行存储;同时将预制的监控终端的控制参数, 以此完成对远程终端的控制;主机程序设计需要对短信的接收和发送进行控制, 如:窗口和按键的设置;具有对数据进行显示、存储、输出等功能。短信息发出的界面设计思路为:利用编程软件创建一个以对话框为基础的MFC应用程序, 将通信控制的插件输入到工程访问的串口。设计对应的对话框危机短消息发送和接收的区域。发送区有多个文本框和按钮, 设计为中心号码文本输入区, 用于输入中心号码;对方号码文本输入区用于输入对方号码;发送内容的文本输入区, 编辑输入发送的短消息内容;PDU格式文本区, 显示所生成的短消息的PDU格式;接收部分设计有三个文本框主要显示的是来电号码、时间、内容;利用一个定时控件进行周期性的查询串口, 当出现短信息传入的时候, 对其进行读写并进行解码, 将短信的发出号码、发送短信时间、内容分别对应显示在文本框中, 为管理人员提供必要的信息。

3.2 短信息平台的运行管理

计算机将短信息的AT命令、目的号码、相应的操作命令发送到GPRS模块上, 然后由其对相关的信息发送到对应的短信中心, 在利用短信息中心将信息发送到监控终端的无线通讯模块上。监控终端的设备读取对应自身的无线数据, 并对指令进行分析, 完成对终端设备的操控。发出过程是现将短信服务中心的号码、终端号码、短信内容编制成相应的PDU格式, 然后利用计算机进行处理并发出指令。借此完成了短信息的处理。

4 结束语

热网的远程控制是保证网络运行安全和节能增效的重要技术措施。利用无线网络进行控制信息和相关数据的采集是解决远程控制的基础, 通过前面的论述可以看出, 其整个无线网络是建立在单片机、通讯芯片、主控机基础上的, 通过GPRS的无线通讯功能, 完成对监测信息的采集和处理, 并以此对监测设备进行远程控制。同时配合相应的操作软件的控制, 实现了自动采集、人机交互、实时监控的系统构建, 并实现了对热网的有效控制。

参考文献

[1]贾红光.无线电热网远程监控系统的设计与实现[J].微计算机信息, 2010, (20) .

[2]杨继红, 宗燕.无线电热网监测和计费系统初探[J].中国无线电, 2009, (02) .

无线遥测系统篇8

1 故障一

1.1 故障现象

显示屏心电波形与数值及呼吸数值时有时无, 在屏幕上心电显示区域多为扫描基线。

1.2 分析与处理

首先, 我们查看导联线缆是否连接完好, 确认完好后再看电极安放的位置是否正确。经仔细重新安放电极后, 波形仍没有出来, 可初步判断不是导联线的问题。进而询问厂家安装工程师, 其认为安放在天花板上的接收器和天线相对稳定可靠, 出问题的几率很小。然后, 检查连接计算机和电视屏的导线也无脱落, 判断问题很可能出在遥测盒内。打开遥测盒, 检查电池电压 (BAT+) 为3 V, 处理器MSP430 (U16) 电源电压为+2.8 V, 负压为-2.5 V, 均正常。既然信号偶尔也有出现, 说明各个器件供电运行正常并且经过无线发送模块上传。该遥测盒共有5根导联信号线, 1根接地线和1根屏蔽线。

如图1所示, 通过万用表的通断挡检测发现, 导联线经过一个电阻和二极管后, 通过三极管最后进入运放, 接地线单点接地良好, 而屏蔽线通过0Ω (R134) 电阻接地, 但此贴片电阻的一端几乎脱离了电路板, 形成虚焊。重新焊接该电阻后, 传输显示正常。分析可能是该电阻松动导致屏蔽线接地不良, 造成中频发送模块被动干扰较大, 出现时断时续的现象。

0Ω电阻相当于很窄的电流通路, 能够有效地限制环路电流, 使噪声干扰得到有效的抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用 (0Ω电阻也有阻抗) , 当分割电地平面后, 造成信号最短回流路径断裂。此时, 信号回路不得不绕道, 形成很大的环路面积, 电场和磁场的影响就变强了, 容易干扰和被干扰[3]。在分割区上跨接0Ω电阻, 可以提供较短的回流路径, 减小干扰, 特别是在无线应用的中高频系统中, 其作为 (与外部电路特性有关的) 电感或电容用, 主要是解决EMC问题。

2 故障二

2.1 故障现象

显示屏上没有任何数据, 且按下遥测盒上的呼叫和蓝牙按钮均无反应, 遥测盒上的按键指示灯也不亮。

2.2 分析与处理

遥测盒的按键指示灯不亮, 说明可能是系统供电的问题, 因为系统供电崩溃, 不可能发送和接收任何信号。特别是在中频无线收发电路中, 电源纹波和谐波的控制尤为重要。诸如MP3播放器、全球定位系统 (GPS) 、电视接收系统、广播系统、视讯电话等, 对电源需求的质量就相对较高[4], 所以我们首先直接检查系统供电电路。打开机壳检查发现, 遥测盒是利用2节1.5 V电池作为初级电源, 通过一个TI公司的TPS61130 (U22) 低压差线性电源 (LDO) 为中频发射模块、MSP430单片机及运放电路等供电, 在整个遥测盒中起核心作用。LDO有以下应用特点: (1) 容易使用。只需在输入输出端各加少量外部电容即可。 (2) 无EMI (电磁干扰) 或输出纹波, 可配合音频 (Audio) 电路或射频 (Radio) 电路使用, 电压范围广、有过热保护、效率较高 (满压最高90%) [5]。 (3) 无线应用。无线单元的电压控制振荡器 (VCO) 与锁相回路 (PLL) 需要低杂波和高电源与杂波的拒斥比, 以确保传输效能, 故遥测盒用LDO较好;而中央处理器的核心电压, 也可以较高效率的LDO转换器执行。值得注意的是, 如果在遥测盒中更换其他切换式的降压转换器时, 其切换频率与2次和3次谐波都应该保持在接收机的中频频带之外, 否则易产生干扰。

上电后电池端测量为3.01 V, 但+2.8 V点和负压-2.5 V点为0.01 V和0.00 V, 说明链路电源没有过去, 系统供电已经崩溃。更换TI的该型号电源芯片即可解决问题, 但根据上述LDO特点分析, 发射模块的供电芯片替换时需要特别注意, 尽量不要选用其他型号来代替, 除非对整个电路走线和功能非常有把握。如图2所示, 该芯片损坏的原因估计是由于长时间使用, 内部过热保护, 二极管 (温度控制器内) 损坏造成电流过大 (超过该芯片的限高300 m A, LDO都有相应的负载电流范围) , 从而击穿芯片逻辑控制模块。

3 小结

本文针对临床遥测系统的应用和出现的问题, 分析和处理了2个故障案例。现在的各种心电监测产品越来越复杂和精细、功能越来越多、修复起来难度也越大。特别是便携式手持设备电路板上的电子元件已由原来的插焊式发展到贴焊式, 并且采用多层板, 所以采用手工维修的难度也越来越大, 成功率越来越低。这就要求维修人员努力读懂电路图纸和掌握电路, 清楚各种电路之间的相互关系和作用功能, 同时还要清楚电子元件的特性, 更重要的是维修时要细心, 没有把握时千万不要轻易拆卸电路板上的电子元件, 否则会造成整个电路板彻底报废[6]。

参考文献

[1]张舒, 王卫东, 李开元, 等.基于nRF系列射频芯片的三导联心电遥测系统[J].医疗卫生装备, 2006, 27 (1) :27.

[2]王维华, 田林怀, 姜宇清.惠普V24型监护仪心电呼吸模块的故障分析与排除[J].中国医学装备, 2007, 4 (4) :55.

[3]马勋, 张波.LDO降压转换器的稳定性分析[J].微电子学, 2004, 34 (2) :142-147.

[4]黄晶生, 吴金, 刘凡, 等.低压高速LDO电路系统的分析与设计[J].电子器件, 2007, 30 (1) :259-262.

[5]朱振辉, 赵桀.印制电路板的电磁干扰抑制研究[J].印制电路信息, 2009 (8) :45-47.

无线遥测系统篇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