基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

基于GPRS技术的水情自动测报系统设计（精选9篇）

篇1：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

为了使水情自动测报系统能够及时、准确地工作,设计了一种基于通用无线分组业务技术的水情自动测报系统,该系统由遥测站、通用无线分组业务模块与信息中心站组成并具有数据采集模块、信息传输模块和存储分析模块.实践证明,该系统具有可靠,}生高、网络覆盖范围广、布点方便、扩容简单、组网迅速、维护费用低廉的`特点.

作 者：邵江丽 SHAO Jiang-li 作者单位：贵阳市水文水资源局,贵州贵阳,550001刊 名：华电技术英文刊名：HUADIAN TECHNOLOGY年，卷(期)：31(2)分类号：P335+.2关键词：水情自动测报 通用无线分组业务 系统设计 通信网络

篇2：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

为满足李仙江流域梯级电站运行期和施工期防洪度汛需要,建立了李仙江流域水情自动测报系统.经过近两年的`运行实践证明,该系统设计先进,建设规范,运行可靠,为李仙江流域实现安全度汛提供了技术保障.介绍了流域水情自动测报系统的中心站、遥测站、水文站及信息终端的设计和梯级电站洪水预报管理组织机构.

作 者：朱文松 刘廷跃 王洪浪 ZHU Wen-song LIU Ting-yue WANG Hong-lang 作者单位：朱文松,刘廷跃,ZHU Wen-song,LIU Ting-yue(内蒙古大唐国际海勃湾水利枢纽水电工程筹备处,内蒙古,乌海,016000)

王洪浪,WANG Hong-lang(云南大唐国际李仙江流域水电开发有限公司,云南,昆明,650011)

篇3：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

1 GPRS水情测报系统

GPRS水情测报系统由遥测站和中心站组成，以GPRS网络为基础进行数据通信。遥测站实时自动采集雨量数据，每5 min采集一次水位、蒸发数据，如果超过设定值，则水情数据通过GPRS信道发送，当GPRS网络不通或中心无应答时，通过GSM/SMS信道发送至中心站。中心站将接收到的实时雨水情数据按实时、小时、日、月、年等进行处理，并分类保存在数据库中。GPRS水情测报系统网络结构见图1ㄢ

中心站由GPRS通信机、数据采集与应用系统、数据库管理系统组成，中心站与移动GPRS中心站通常以光纤、虚拟专网、公用Internet网等方式连接。

遥测站由数据采集和处理发送系统，以及电源系统组成。数据采集系统包括数据采集器、雨量计、水位计、蒸发器，数据处理发送系统包括GPRS通信机，电源系统包括太阳能电池板、充电器、阀控铅酸蓄电池。数据采集器由主模块，以及底板、雨量、水位、蒸发等模块构成。其中，底板模块提供物理总线和连接器及其与其它模块物理连接及电能供给，主模块和雨量模块插接在底板模块之上，主模块主要功能是数据处理、流程控制和远程通信，雨量、水位和蒸发等3种模块分别接入雨量计、水位计、蒸发器。遥测站各设备示意图如图2所示。

2 故障分析与处理

故障测站浙江省小梅站是纯雨量站，主要工作设备有太阳能板、充电器、蓄电池、数据采集器、GPRS通信机、DY1090A3雨量计等。

2.1 故障现象

小梅雨量站从2007年9月17日开始出现雨量冒大数现象，根据原始来报码与实际降水对比，发现当实际降水1 mm后，遥测站出现雨量连续来报，来报频率为每4～8 s雨量累计值增大2～10 mm，一段时间后雨量来报停止;发生第2 mm降雨后，遥测站又出现雨量连续来报现象。小梅站2007年9月17日原始来报码见表1，当天日来报数与实际降水对比见表2ㄢ

mm

mm

2.2 故障分析

遥测雨量站工作原理：当降水量达到1 mm时雨量计翻斗翻转，干簧管回路导通，雨量模块产生一个雨量计数，并保存雨量累计值，触发主模块向GPRS通讯机发送雨量信息，通过GPRS网络传送到中心站的GPRS通讯机，存入数据库服务器。

根据中心站收到的数据分析，测站电源系统正常，数据发送通道正常，故障可能出现在数据采集器(小梅站数据采集器由底板、主和雨量等模块组成)和雨量计这两个方面。

2.3 故障检查

技术人员于2007年9月20日14时36分到达故障现场，对设备进行检查。

2.3.1 信号灯检查

(1) GPRS通信机(MA8-9ib)信号指示灯正常

ACT、232、LNK指示灯长亮，RX、TX指示灯不亮，GSM指示灯闪烁。

(2) 主模块、雨量模块指示灯正常

主模块指示灯每1 min闪烁1次，雨量模块每5 min闪烁1次。

(3) 雨量计、蓄电池、充电稳压模块工作正常，各种信号线连接正常。

2.3.2 设备参数测试

(1) 用万用表测量蓄电池电压，蓄电池电压13 V，电压正常。

(2) 用PDA检测主模块和雨量模块参数，通讯信道、站号、雨量基值、分辨率等参数全部正常。

2.4 故障模拟

通过现场检查和简单的参数测试后，没发现故障设备，只有人工模拟降水，发现故障点，才能对故障进行处理。

15:24人工倒水1 mm，雨量模块、主模块指示灯各闪1次，中心站收到1 mm降水;

15:27人工倒水5 mm，雨量模块、主模块指示灯各闪5次，中心站收到连续编码的5 mm降水;

15:44人工倒水2 mm，雨量模块、主模块指示灯各闪2次，中心站收到连续编码的2 mm降水;

15:47人工倒水4 mm，雨量模块、主模块指示灯各闪4次，中心站收到连续编码的4 mm降水;

15:48发现雨量模块、主模块指示灯各闪2次;15时49分～15时56分指示灯连续闪烁，间隔时间约0.5 s，中心站来报出现冒大数现象。

2.5 故障排查

2.5.1 检查雨量计

DY1090A3双干簧管雨量计是双触点转换输出，常态时一通一断，输出座号见图3ㄢ

雨量计翻斗翻转一次，用万用表欧姆档在雨量计输出线端检查，1、5或2、5导通时接触电阻小于等于0.5Ω，接点断开时，绝缘电阻大于等于1 MΩ;当与遥测终端接口相连时，干簧管两接点间电压小于16 V，通过接点电流小于50 mA。通过检查，雨量计工作正常，排除雨量计故障的可能。

2.5.2 检查主模块和雨量模块

主模块提供传感器数据采集、处理、存贮、遥测站工作方式和远程通信控制、故障和系统运行过程参数记录等功能。雨量模块接入翻斗式雨量计，提供接口匹配和对雨量计输入信号的预处理。

主、雨量与底板等模块接触良好，接线正确，外表正常。拆开雨量模块外壳，发现雨量模块内部部分芯片管脚有发绿现象，有些管脚有锈迹，主模块内部正常。

2.6 故障处理

故障雨量模块于2005年12月GPRS测报系统安装时投入运行，设备一直运行正常。由于雨量模块无电子元器件备品，将故障雨量模块用备用模块更换，并用人工模拟降水测试。

16:51中心站向测站发对时、召测命令，对时、召测成功;

16:52人工倒水6 mm，中心站收数正常，编码为1～6;

16:54人工倒水4 mm，中心站收数正常，编码为7～10;

16:56切断电源，固定主模块和雨量模块;

17:00人工倒水6 mm，中心站收数正常，编码为1～6;

17:05人工倒水2 mm，中心站收数正常，观察后期有无继续来数;

17:17人工倒水2 mm，中心站收数正常，编码为9、10;

17:20人工倒水10 mm，中心站收数正常，编码为11～18，中心站GPRS网络断线正在拨号，19、20两个数没有收到;

17:26人工倒水1 mm, 中心站收数正常, 编码为21;

17:32用PDA检查参数, 所有参数正常;

17:35人工发送6个数, 中心站收数正常;

17:36工作结束。

2.7 故障设备检测

将故障雨量模块寄往厂家进行检测，检测结论是由于测站湿度较高，造成雨量模块内部出现锈蚀，引起雨量冒大数故障。

3 结语

通过本次故障处理，小梅站在2007年10月6～8日16号台风“罗莎”影响期间，测站设备运行稳定，能实时准确的传送水雨情信息。

为了检查雨量模块是否普遍存在锈蚀的问题，特别对本流域投入运行的模块进行检查，检查发现，只有小梅站存在锈蚀问题，其他测站模块正常。

参考文献

[1]熊启龙.祝林.GPRS技术在水文自动测报系统中的应用[J].治淮.2003, (12) .

篇4：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

关键词：水情自动测报；系统；运行；管理

近年来我国加快了水情自动测报系统的建设，水情自动测报系统的日渐完善对系统的运行管理提出了更高的要求，这就需要相关部门积极采取科学、合理的措施，加强对水情自动测报系统运行管理，提高系统的运行效率，为我国的水利调度和防汛等工作提高精准的数据，促进各流域水利工作的顺利开展。

1 水情自动测报系统的构成和分类概述

目前水利事业的现代化发展离不开水情自动测报系统的有效利用，其是水利事业自动化、智能化发展的重要构成要素，水情自动测报系统由水文传感器、数据采集终端（RTU）、数据传输信道、通信设备、应用软件、计算机数据处理系统等部分构成，其分类主要是按信息传输和所处不同位置来划分，其中按照信息传输方式可划分为有线传输（ISDN）、公用电话线（PSTN）、无线传输短波、超短波（UHF/VHF）、卫星和移动短信（GSM、CDMA、GPRS）等；按照水情自动测报系统所处的不同位置又可将系统分为遥测站、中继站（地面站、网管中心）和中心站。水情自动测报系统的主要作用是实时采集、传输、处理、存储管理以及预报和发布江河、水库和该流域的降雨量、水位以及流量等水情信息，该系统将计算机、电子、通信、遥感等多种学科和技术综合起来，通过综合运用这些技术实现各个区域的防汛抗旱工作，水情自动测报系统的有效应用对促进我国水利事业的发展具有重要的推进作用。

2 水情自动测报系统运行管理

2.1 加强系统运行管理的规范化、制度化建设

第一，制定全面、科学的运行规范。为了保障水情自动测报系统能够正常、稳定地运行，管理部门应综合分析该系统所辖区域的具体实况，制定出全面、科学并行之有效的系统运行管理规范和系统操作规程并严格落实，将运行规范贯穿于系统运行、操作、管理以及故障维修等各个工作环节当中，使各个环节的工作人员在负责本岗位职责时有章可循，通过严格落实规范要求和标准保障系统运行的整个过程都处于安全、稳定的状态，从而为相关部门提供精准的数据。第二，编制详细的系统运行报告。为了更详细地掌握和了解水情自动测报系统的运行情况，系统的操作、管理以及维修部门要相互配合，编制详细的系统运行报告，系统运行报告主要由系统的每日运行报告、月度运行报告、年度运行报告以及汛期运行报告组成，运行报告的内容要包含遥测站系统的通信情况、故障及处理情况、数据精度分析、系统尚存在的问题和处理意见等。汛期运行报告要格外地注意，做好汛前和汛后的系统运行情况分析和统计，保障汛期的水文测报的精度。通过分析、总结以及比较水情自动测报系统的运行报告可以基本掌握系统的运行情况，从而能够及时发现并处理系统运行过程中存在的问题，保障系统安全、高效地运行，为水利部门提供准确的水文情报。

2.2 完善水情自动测报系统运行管理机构的建设

如今，科学的发展以及水利工程建设速度的加快都推动了水情自动测报系统的大规模建立，从而转变了系统中信息量和信息传输机制，使基层中心站（分局）的管理、运维等工作面临巨大的挑战，其工作重点逐渐细化到水情数据的甄别、统计、处理以及对设备的运维和管理。面对新形势下的系统运行管理主要应从以下两点进行相应的完善：首先，水情自动测报系统的管理应设立专门的组织机构。在基层中心站（分局）中设立由专业、专职人员负责系统管理的机构或部门，根据系统运行的相关规范标准和要求，制定管理部门和个人的岗位职责并具体明确，同时配备系统巡检必须的设备和备品备件，专项负责辖区范围内的自动测报系统，提高系统的运行效率和质量。其次，转变信息传输模式，有效缓解基层中心站（分局）的管理压力。遥测站采集到的水文数据直接传输到中心站（省一级），由省一级中心站再将数据分发，这样可减轻中间环节的数据管理压力，提高数据传输的效率，有效缩短了基层中心站（分局）的工作时间，同时进一步提高省级中心站的数据分析、处理能力。

2.3 加强系统的定期巡检维护

水情自动测报系统的稳定运行必须有定期巡检和维护来保证，因此应建立健全水情自动测报系统的定期巡检维护体制，确保水情自动测报系统稳定、高效地运行。定期巡检维护需要专业的设备和工具，因此在系统的中心站应配置相关的巡检、维护机械设备和工具，包括仪表和备件等，从而为遥测站的检修工作提供方便，保障遥测站的检修工作能够及时、高效地完成。水情自动测报系统的定期巡检和维护工作主要是检查遥测站外部设备、天线以及遥测终端机等装置，保障遥测站外部设备的良好性能；天线附近不存在遮挡信号的障碍物；遥测终端机的各项技术参数符合规范标准。同时清洁设备外部、太阳能光板、天线并对这些关键部位进行除尘作业；对雨量筒、雨量漏斗以及雨量翻斗进行灰尘和污物的清理工作，保障这些设施的精度；调整雨量计翻斗的限位螺丝，利用量杯来校核雨量计精度，加水测试雨量计数据的采集和传输功能是否处于正常状态。通过加强系统的定期巡检和维护，提高系统的运行效率和质量。

总之，水情自动测报系统作为水文预测系统中重要的组成部分对水利工程管理具有重要的作用，加强对其运行管理，有利于为相关决策人员提供精确的数据和信息，提高防汛和调度及充分利用水资源等水利工程综合管理水平。

参考文献：

[1]张嘉鑫.天古崖水库水情自动测报系统设计[D].太原理工大学，2011.

[2]杨晓华.基于WEB的水库水情自动测报系统的研究与设计[D].山东农业大学，2012.

[3]张国学，彭凌.三峡枢纽水情自动测报系统运行管理模式研究[J].人民长江，2011，10：70-72.

[4]杨学伟，魏玲，杨延伟.流域水情自动测报系统建设和运行管理新思路探析[J].水电自动化与大坝监测，2011，05：74-76.

[5]李振强，罗志唐，乐国兴.梅州市清凉山水库水情自动测报系统建设与管理[J].水电自动化与大坝监测，2013，04：49-53.

篇5：水电厂水情自动测报系统管理办法

自动测报系统管理办法（试行）》的通知

电安生[1996]917号

各电管局，有关省、市、自治区电力局，各勘测设计院，有关水电开发公司，重点水电厂：

为切实加强水电厂水情自动测报系统的管理，充分发挥其在防洪、发电、保障水电厂安全运行等方面的综合作用，现颁发《水电厂水情自动测报系统管理办法（试行）》，请各有关单位认真贯彻执行。

附件：水电厂水情自动测报系统管理办法（试行）

1996年12月27日

附件：

水电厂水情自动测报系统管理办法

（试 行）

电 力 工 业 部

1996年12月27日

水电厂水情自动测报系统管理办法

（试 行）

一、总则

1.1 为加强水情自动测报系统（以下简称测报系统）的管理，保证正常运行，充分发挥其在防洪、发电等方面的作用，提高水电工程的综合效益，根据《中华人民共和国防汛条例》和能源部《水电厂防汛管理办法》，特制定本办法。

1.2 本办法适用于电力行业的大中型水电厂。其他水电厂可参照执行。1.3 水电厂应根据需要积极建设测报系统。

1.4 测报系统建设应遵照实用可靠、经济合理和技术先进的原则。设备选型原则上应立足于国内。

1.5 国家电力调度通信中心负责归口管理。

二、建设管理

2.1 新建水电工程，测报系统的建设按基建程序办理。

2.2 已建水电厂，由电厂提出测报系统可行性研究报告，报主管单位审查批准。立项后，由主管单位负责组织设计和方案审定。水电厂负责组织实施，主管单位负责监督。

2.3为保证工程施工质量和良好的售后服务，主管单位或业主宜在调查研究的基础上以招标或议标的方式选择设备和确定施工单位，中标承建单位应严格按设计要求进行施工。水电厂应组织有关人员积极参与测报系统建设的全过程，主管单位或业主负责监督。

2.4 测报系统建成后，水电厂要对测报系统进行不少于一个水文年的试运行，按有关规范和规定对测报系统的可靠性、畅通率和水文预报方案等进行严格考核。考核合格方可验收。

2.5 测报系统验收应按设计要求和有关规定，由主管单位或业主组织有关部门的领导和专家进行验收。考核验收资料应整理归档。

2.6测报系统验收后，经过2~3年的运行考核，运行正常，可取消人工测报站。但重点站必须有备用措施。

2.7 水电厂应要求设备供货和承建单位保证优质的售后服务，对测报系统发生的问题，要按合同及时解决。

三、运行管理

3.1 水电厂负责测报系统的运行管理和设备维护，指定切实可行的运行维护管理规程，建立技术档案，做到分工明确，责任落实。主管单位或业主负责监督管理。

3.2 为保证测报系统设备的安装、测试、巡查和维护，水电厂应配备必要的仪器、仪表和车辆。

3.3 测报系统的运行维护实行汛前检查、汛期巡查和汛后检查制度。3.3.1 汛前检查

水电厂应把测报系统的汛前检查列为防汛检查工作的内容之一，对测报系统进行全面的检查调试，特别是野外设备的运行状况和通信的畅通率等。主管单位应进行复查，发现问题及时处理。

3.3.2 汛期巡查

水电厂在汛期应对测报系统设备进行定期巡查，发现故障，及时处理。3.3.3 汛后检查

水电厂在汛后应及时对测报系统设备进行认真地检查维护和管理。3.4 汛期测报系统出现故障时，水电厂应及时组织抢修。

3.5 水电厂每年汛后应对测报系统的运行情况进行全面的总结，包括设备运行情况、水文预报的情况、测报系统的效益、存在的问题和改进的意见等。总结报告应于年底以前报主管单位。

主管单位应对所辖电厂的测报系统运行情况进行全面的总结，并于年底前报国家电力调度通信中心。

3.6 汛后水电厂应针对测报系统存在的问题制定整改计划，落实整改措施。重大问题报主管单位研究决定。

3.7 测报系统的运行管理水平应作为水电厂运行管理和企业达标创一流的一项考核内容，由主管单位负责考核。

四、人员

4.1 水电厂应按设计要求配备具有较高技术水平的通信、水文和计算机等方面的专业技术人员。

4.2 为提高运行管理和维护人员的素质，应加强专业培训工作。4.2.1 水电厂应组织有关人员积极参加承建单位的培训工作。

4.2.2 主管单位应有计划地组织所辖水电厂测报系统运行维护管理人员的培训工作。

4.3 测报系统维护人员长年从事野外工作，应享受野外巡线人员的待遇。4.4 水电厂或其主管单位应维持测报系统运行维护管理人员的相对稳定。

五、奖罚

5.1 各级主管部门应对所辖水电厂测报系统的运行管理水平进行考评，对运行管理成绩显著的单位和个人应给予表彰。

5.2 对违反本办法规定，发现问题未及时采取措施，致使测报系统不能正常发挥作用，造成严重后果的，应追究直接责任人和单位主管领导的责任。

六、附则

篇6：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

无线网是水情自动测报的主要通信方式之一, 具有通信方式灵活、质量稳定、经济适用等特点, 非常适合在人烟稀少的山区和丘陵地带运用。甚高频 (Very High Frequency, VHF) 是水情自动测报系统自建无线专网使用的主要频段, 其中, 国家无线电管理委员会在230 MHz频段为水情自动遥测核定12个专用频点[1]。无线链路设计是自建通信专网的水情自动测报系统可靠运行的重要环节, 直接影响系统数据传输畅通率。

无线组网设计需要综合考虑中继接力站选址、天线增益及架设高度、电台功率的配置、通信链路路径和通信方向的选择等因素, 以及接收场强、信噪比和误码率测试等验证环节。本文从理论和实践2方面阐述VHF无线组网链路设计, 供水情测报系统设计者参考。

1 中继站站址规划

1.1 中继站选址原则

由于VHF无线电传输距离有限和高山阻挡, 大部分遥测站无法直接与中心站通信, 需要在合适的高山或制高点设立中继站, 实现分段接力传输, 减少电波传输距离和避免高山阻挡, 因此中继站的规划选址至关重要。

一般来讲, 中继站选址遵循以下原则: (1) 按站点分布, 合理组网; (2) 保证信道质量满足规范[2,3]要求, 规划选址时, 尽量避免中继站与遥测站有高山阻挡, 有阻挡时, 阻挡物应低于中继站的高度; (3) 在保证信道质量的前提下, 尽量扩大中继信号覆盖范围, 提高中继的利用率, 减少中继数量; (4) 交通、维护方便。

1.2 路径剖面图的制作

在确定遥测站、待定的中继站站址后, 应首先制作传播路径剖面图, 通过图上作业, 考察中继站是否满足选址原则, 并为链路预测提供基础数据。剖面图的作法如下。

1) 根据通信接收点、发射点之间的距离, 选择合适坐标比例, 在考虑有效地球半径的坐标系中, 制作传播路径剖面图, 并在图上标出发射点和接收点的位置。

2) 在1:50 000的地形图上标出发射点和接收点的位置, 并将二者间用直线连接, 读取直线所通过地区的地形标高数据。

3) 在路径剖面图上, 以距离为横坐标, 地形标高为纵坐标, 根据地形标高数据在相应位置上标出发射端和接收端之间的各个制高点。

4) 将各制高点平滑连接起来, 就是传播路径剖面图。

1.3 第一菲涅尔区的制作

绘制第一菲涅尔区可以有效地预估障碍物对通信的影响。实际无线电传输中, 第一菲涅耳区定义为包含一些反射点的椭圆体, 该椭圆体球面上反射波和直射波的路径相差半个波长;在长为d的路径上某一点 (到发射点距离为d1, 到接收点距离为d2) 的第一菲涅尔区的半径为:

其中, λ为波长;根据惠更斯定律, 第一菲涅耳区内的障碍物将严重影响信号传输质量, 因此, 在计算信号绕射损耗时, 通常只考虑在第一菲涅尔区域内的障碍物。

若第一菲涅尔区内无障碍物, 信号可视为自由空间传输 (见图1) 。

2 预测计算及取值

通过图上作业链路初选后, 根据规范要求, 需要选择合适的传播预测方法, 计算链路通信是否满足接收端对最低信号强度的要求, 即选择能适应水情自动系统运行环境的预测方法, 通过适当参数取值和链路计算获取线路余量。

2.1 线路余量

式中, SG为线路总增益, 单位为d B;SL为线路总损耗, 单位为d B。

水情自动测报系统相关规范[1,2,3]要求, 链路设计中除要留出足够的衰落储备量和外噪声恶化量之外, 还必须有一定的线路余量以保证电路的可靠性。一般情况下中继链路的线路余量SM≥10 d B, 测站链路线路余量SM≥5 d B。公司根据多年的实际工作经验, 考虑到系统工作环境干扰噪声逐年提升, 设计时一般选择中继链路间SM≥15 d B, 测站链路SM≥10 d B。

2.2 线路增益

式中, Pt为发射功率, 单位为d Bm;Gt为发射天线增益, 单位为d Bd;Gr为接收天线增益, 单位为d Bd;Pmin为接收机所要求输入的最低保护功率电平, 单位为d Bm。

2.2.1 Pmin取值

Pmin为接收机所要求输入的最低保护功率电平。本文未采用接收灵敏度, 主要因为一般电台说明书的参数表中接收灵敏度为静态参考灵敏度, 为在静态理想环境 (没有如何外界干扰, 信号直接进入接收机) 下, 接收机可以接收最小有用信号, 因此该环境实际使用时无法提供, 并且随着接收机制造技术的发展, 该灵敏度已日益提高 (如ND889A电台的接收灵敏度优于0.2μV (12 d B SINAD) ) , 与此同时, 因为无线电技术广泛应用, 环境背景噪声却不断提升, 造成有时即使可用信号电平高于灵敏度, 但由于仍低于环境噪声 (实测电平可高达1μV以上) , 接收机也无法解调。因此, 此时Pmin的取值应为:当背景电磁噪声≥接收机灵敏度时, Pmin=噪声电平, 否则Pmin=接收灵敏度。

2.2.2 通信设备参数取值

目前水情系统收发信机一般采用日精ND889A电台[4], ND889A电台工作频段为220~238 MHz, 电台的发射功率 (输出口) 1~25 W, 取值10 W或40 d Bm, 电台的接收灵敏度优于0.2μV (12 d B SINAD) , 取值0.25μV或–119 d Bm (预测计算使用, 若现场实测噪音大于该值, 按实际修订) , 发射天线采用大于6 d B的八木定向天线, 接收天线采用6 d B的全向天线。

2.3 线路衰耗

式中, Lp为传播路径损耗, 单位为d B;Ln为噪声环境损耗, 单位为d B;Lt为发射端附加损耗, 单位为d B, 包括馈线损耗、匹配损耗和射频绝缘损耗等;Lr为接收端附加损耗, 单位为d B, 包括馈线损耗、匹配损耗和射频绝缘损耗等。其中, 传播路径损耗Lp为:

式中, Ld为地面绕射损耗, 单位为d B;Ls为自由空间传输损耗, 单位为d B。

2.3.1 衰落储备预留Lf

无线电在传播过程中, 经常发生信号衰落, 即因传播媒介及传播途径随时间的变化引起接收信号强弱的变化, 线路衰落储备预留就是在链路预测中充分考虑衰落因素对通信质量的影响。

引起衰落的因素[5]很多, 对于使用VHF频段的水情自动测报系统, 由于采用定点监测, 监测对象为水、雨情, 直接担负水库、流域防洪预警预报功能, 特别需要保证在狂风暴雨环境下, 实时稳定传输监测数据。因此, 系统信号衰落特别需要关注大气、气象条件变化对通信质量衰落的影响。

由于大气及其不均匀层、气象条件等因素的变化, 电波折射系数随时间的平缓变化, 形成大气气体衰落、降水衰落和次折射引起的绕射衰落。根据文献[5], 大气气体衰落深度和降水衰落深度, 对于特定频率, 近似与路径长度成正比。为保证在99.5%的时间内保持线路畅通, 综合考虑我国地理纬度和最大降雨雨强, 并参考规范[1]建议, 衰落储备预留 (衰落深度) 取值为:

式中, d为传输路径的距离。

2.3.2 自由空间传输损耗

路径上无阻挡, 余隙大于或等于第一菲涅尔半径传输可视为自由空间传输 (见图1) , 自由空间传输损耗为:

式中, f为电台频率, 取值230 MHz;d为路径的距离, 可通过地形图测量获取。

2.3.3 绕射损耗

水电厂库区一般位于山区, 在水情自动测报运行的多山库区, 由于大山阻挡, 绕射影响成为传播预测的主要因素, 因此, 需要在理论计算上找到绕射问题的解析解, 为此, 国际电联推荐的文献[6], 给出了无线电绕射传输的工程计算方法。该文献提供了刃峰模型情况下的绕射算法。为了简化, 本文单刃峰绕射计算采用该模型, 双刃峰绕射采用Bullington模型。下面分析刃峰阻挡损耗。

1) 单峰阻绕射损耗[6]。即在信道的第一菲涅尔椭圆内由1个阻挡物阻挡。刃峰阻挡有负高度模式和正高度模式2种形式 (见图2) 。

山峰的等效高度指的是, 发射点与接收点的连线到山峰最高点的高度差。当发射点与接收点的连线有阻挡, 等效高度为正, 无阻挡等效高度为负。假设刃峰等效的高度为h, 则绕射常数和绕射损耗为:

式中, λ为波长, d1、d2为发射点、接收点到山峰路径的距离, v为障碍物几何归一化参数。

2) 多峰绕射损耗。多峰指的是在信道的第一菲涅尔区存在2个或2个以上山峰, 这些山峰阻挡引起的绕射损耗必须全部计算。最简单的多峰绕射是双刃峰绕射, 理论上双刃峰绕射损耗可以通过菲涅尔公式得到, 但是计算量巨大, 不适合工程使用, Bullington法[7]利用等效方法可以极大简化计算并且基本满足工程精度要求的绕射损耗预测。

在B ullington等效算法中, 利用一个近似的障碍物来替代多个障碍物的方法, 可以解决多刃峰障碍物的绕射损耗问题。假设A点和B点是靠近发射点和接收点的山峰障碍物, 发射点和A点连线与接收点和B点连线交接点为C, 则A、B两山峰可被一个C等效刃型山峰所替代 (见图3) 。

d T为发射点到A点之间的距离, d R为接收点到B点之间的距离, h1和h2为A、B山峰的高度。根据几何理论可以求出图中等效山峰C的高度H, 以及发射点和接收点到等效山峰的距离d1和d2, 从而根据单峰绕射损耗的求取方法, 求得等效山峰的绕射损耗值。

由图3可以看出, Bullington模型解决双峰的等效方法为:由收发两点做一直线, 与其相近的山峰相切, 从两线的交点向下作垂线, 与收发连线相交得到的长度即为等效山峰的高度H, 收发点与该交点距离分别为d1和d2。

在对山区的传播预测计算中, 传播路径一般存在多个障碍物。在这种情况下, 必须将多刃峰等效成单刃峰才能求得绕射损耗。可依次利用Bullington模型将多个刃峰逐次等效, 最后成为等效单刃峰, 从而计算出总的传播损耗。

2.3.4 线路衰耗其他取值

目前水情自动测报系统一般使用射频馈线为SYV-50-7线缆, 缆长5~8 m, 根据经验, Lr和Lt值的衰耗不大于1 d B, 取1 d B;参考规范[1]建议、文献[8]及近年来实测情况, 人烟稀少山区Ln取3 d B, 人群集中城市Ln取17 d B。

3 组网测试验证

规划并经预测计算, 信道满足对接收端最低信号强度的要求, 即计算各信道的线路余量是否满足规范需求后, 需要对预测的信道进行验证, 实地考察验证信道是否满足规范需求, 必要时, 对规划的信道进行修正。

3.1 测试环境

测试环境选择福建省棉花滩和穆阳溪水库。水库流域山高坡陡、风暴雨强、流域面积广, 测试季节为秋冬, 时间大约为每天的10时到17时, 天气条件为晴到多云;测站采用八木定向天线, 中继站采用全向天线, 收发信天线挂高2 m, 测试频点231.050 MHz;数据调制方式为FSK;数传速率300 bps, 电台为日精ND889电台 (不含MODEM模块) , 测试设备使用公司开发专门用于信道测试的设备8692 MED人工置数/仿真器和8691RTA远方测试仪, 可实现信号握手后自动测试信噪比和误码率。场强测试使用HP8920A无线电综合测试仪。

3.2 测试方法

3.2.1 信噪比测试

测试信噪比时, 分别测量接收机音频输出口信号和噪音有效值, 取设定时间内多次采样的平均值。由南瑞研发生产的MED人工置数装置输出白噪声经发射机发射后, 接收机接收端的输出电平作为噪声电平;由MED输出CCITT标准信号频率1 000 Hz, 经发射机调制发射后, 接收机接收端输出的电平作为信号电平。

3.2.2 误码率测试

误码率是数据通信中信道的重要指标, 反映包括调试和解调在内的信道指标。本方案测试采用同步传输。使用MED发送511伪随机码, 按指定副载波FSK调制发送1×104个码, 南瑞研发生产的RTA远方测试仪负责接收并自动给出测试结果, 测试次数不低于2次。

3.2.3 场强测试

使用HP8920A无线电综合测试仪测试接收点背景噪音场强。

3.3 数据分析

表1是福建省棉花滩和和穆阳溪水库水情测报无线组网设计测试结果。

从表1可以看出, 预测计算值线路余量≥40 d B后, 与实测误差偏大, 主要因为测试设备设计实测≥40 d B时, 信号强度接近电路饱和, 电路不支持。考虑该数值完全满足线路设计需求, 误差对设计已完全不产生实质影响;线路余量20 d B时, 实测值偏大, 说明本文预测计算取值相对保守;线路余量≥10 d B, 可以保证设计信道满足规范要求, 即99%时间内, 传输误码率≥10–4。

4 结语

本文描述了水情自动测报系统VHF无线链路设计的思路、方法, 该方法在多个系统设计中使用并得到验证, 基于该方法设计的无线网路长期可靠稳定, 完全满足水情系统需要。特别是复杂的山区, 高山阻挡成为通道计算的难题, 本文推荐的单峰阻挡计算公式及多峰阻挡Bullington等效算法, 具有简单、方便的特点, 方便计算机编程, 给定特征参数, 自动计算出线路余量, 具有很强的参考价值。

参考文献

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[2]DL/T5051—1996.水利电力工程水情自动测报系统设计规定[S].1996.

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[5]ITU-R P.530-12建议书.设计地面视距系统所需的传播数据和预测方法[S].2007.

[6]ITU-R P.526-11建议书.绕射传输[S].2009.

[7]BULLINGTON K.Radio propagation at frequencies above30 MHz[J].Pro.of the I.R.E-Waves and Electrons Section, 1947, 35 (10) :1122–1136.

篇7：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

关键词水利管理水情自动测报系统优化改造通信组网方案

中图分类号:TP2文献标识码:A

水情自动测报系统是对流域各种水情信息进行实时采集并传输的自动化系统,它是水库调度人员制定洪水预报、调洪演算、洪水调度及防洪调度方案的依据,因此系统的实时性及可靠性是非常重要的。超短波通信方式是乌江流域水情测报系统最早采用的通信组网方式,但在2000 年系统改造后,除水库近坝区仍采用超短波通信外,其余测站均改成了Inmarsat-C卫星通信方式。目前,乌江流域水情测报系统采用Inmarsat-C、超短波、GSM三种通信的混合组网方式。为了在保证系统稳定、可靠运行的同时,最大限度地降低系统运行成本、减少系统维护工作量,该系统还有优化改造的必要。

1水情自动测报系统

1.1超短波通信

超短波通信的传播机理是对流层内的视距传播与绕射传播,由于传播距离较短,常常需要建设中继站进行接力。与PM组网一样,在超短波信道组建的通信网中,无论是发送端还是接收端,都必须配备无线调制解调器,分别完成音频信号与数字信号之间的相互转换,方能实现水情信息的传输功能。超短波组网优点:(1)独立性好,完全是自建通信网;(2)技术成熟,设备简单且易于配套,建设周期短;(3)实时性能好。

1.2卫星通信

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站,转发无线电波实现地球站之间相互通信的一种方式,使用频率一般为300MHz—300GHz。目前,从国内应用卫星信道的水情测报系统运行情况来看,VSAT卫星和全线通卫星由于通信频率采用KU波段,雨量明显,安装要求较高,不适宜在水情报汛通信网中使用。而北斗卫星和rnnaisat卫星由于工作在L波段,雨量很小,安装也比较方便,适宜在水情报讯通信网中使用。而且从今后的运行维护费用和数据传输可靠性来看,北斗卫星 (神州天鸿)具备更大的优势。

1.3 RS485通信

RS485通信协议支持半双工通信,这就意味着两根线即可满足数据传送和接收的需要,因而广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测报等领域。但 RS485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷,一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS485总线的运行可靠性至关重要。RS485通信方式优点:(1)RS485布线方式安装简单,减少了电缆、接口、通信中继器和滤波器的使用,硬件设计简单、控制方便、成本低廉;(2)RS485具有传输距离远、传输速率高的特点;(3)RS485通信协议是在工业领域被广泛采用的均衡、双向传浦俞线标准。

1.4 全球移动通信系统 (GSM)

采用 GSM通信方式组建遥测网,其工作原理与传统的组网方式大体一致,不同的是收发信机换为GSM数据传输模块每一次通信由遥测站发起,经过基站接力传输最后到达中心站,整个信息传输过程用户只需要解决好发送端和接收端两个环节,中间的通信是由移动运营商来解决的。GSM通信方式优点:(1)信道稳定、传输质量好;(2)系统容量较大,可传输的数据量大;(3)GSM信道无需中继,利用公网,不需自建和维护通信网,组网十分灵活;(4)GSM系统设备体积小、重量轻、功耗低。

2优化改造方案

篇8：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

水位测量数据是重要的水文监测参数,水位测量的精度及实时性,直接影响到水库防洪安全及发电灌溉等。远程水情测报系统主要由传感器、网络接口和嵌入式水情测报仪组成。本设计采用嵌入式Web服务器对远端水位、降雨量、流速传感器等进行远程监测,用ARM处理器LPC2292来实现精简TCP/IP协议栈;远程数据交换则采用B/S模式,简洁美观,便于系统的维护与升级。其使用具有统一性的HTML语言,标准化界面独立于客户端的软、硬件平台,极大地节省了客户端的开发工作。用户可以随时用IE浏览器进行远程访问来获得最新监测信息,实现有效监测和信息集中处理。

2系统总体设计

本文采用基于嵌入式Web服务器的远程监测,其结构如图1所示。

系统直接在32位的ARM处理器LPC2292上实现嵌入式服务器,通过嵌入式Web服务器将被控设备接入Internet,用户可以通过IE浏览器对被控设备实现远程监测。

3系统硬件设计

嵌入式Web服务器系统不仅要进行现场数据采集,还要通过网络将数据及时发布到互联网上。经过对性能与经济的综合比较后,本水情测报系统主要采用Philips公司的一款功能强大、超低功耗、支持实时仿真和跟踪的微控制器LPC2292。片内有16k sram、256k flash、128位宽度的存储器接口和独特的加速结构可实现高达60MHz的工作频率。LPC2292采用144脚封装、极低的功耗、2个32位定时器、8路10位ADC、2路CAN、PWM通道以及多达9个外部中断、76～112个GPIO口、2个工业标准UART、高速I2C接口(400kbps)和2个SPI接口。

LPC2292内部没有集成以太网控制器,需要在片外搭建以太网接口电路。常用的芯片是RTL8019AS,但本设计中采用DAVICOM公司的DM9000A(E),它内置AUTO-MDIX功能的10/100M自适应收发器,并支持多种连接模式,I/0速度比RTL8019AS速度快且功耗也低很多。RJ45接口采用ST-J0012,内部集成有2个耦合变压器,可抑制来自介质的共模噪声和干扰。接口自带2个LED,分别用来显示链接/活动状态和速度状态(10M/100M),大大节省了硬件的线路连接。

系统的硬件原理图如图2所示,采用16位数据总线对DM9000A进行访问,将16根数据线分别与LPC2292外部存储器数据总线的低16位相连。DM9000A没有地址线,CMD引脚与LPC2292的A1引脚连接,用来处理数据和命令。片选信号由LPC2292的CS2控制,当CS2为低电平时,控制器被选中,所以其命令操作地址为0x82000000,数据操作地址为0x82000002。DM9000A提供了EEPROM接口,与93C46相连,可用来存储物理地址等信息。铁电随机存储器(型号是FM25CL64)用来存储每隔一段时间所测量的数据,64K的非易失性FRAM具有像RAM一样快的读写速度,数据在掉电后可保存10年,还具有SPI串行外围接口,方便与LPC2292的两个SPI接口之一相连接。

嵌入式系统对可靠性的要求很高,不允许出现死机现象,本设计中采用了专门的复位芯片CAT1023来将完成上电、掉电时的可靠复位。CAT1023含有一个精确的Vcc监控电路并且它的复位端为开漏输出,利用JTAG调试时仿真器可以主动拉低复位引脚使系统复位。

本系统中的传感器有水位传感器、闸门开启度传感器、地下水水位传感器等。系统根据传感器测得的水位等数据,计算出与当前水位对应的流量,定时存储数据。

4嵌入式TCP/IP协议的实现

首先将μC/0S-II移植到LPC2292上。移植μC/OS-II到LPC2292需要提供2个或3个文件:OS_CPU.H、OS_CPU_C.C及OS_CPU_A.ASM。并且需要在OS_CPU.H包含几个类型的定义和几个常数的定义;在OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.ASM中包含几个函数的定义和时钟节拍中断服务程序的代码,还得修改两者间相关的数据类型和函数。

由于嵌入式系统的硬件资源相对比较有限,在μC/OS-II操作系统上移植的TCP/IP协议栈需要进行一定的裁减,只需要ARP协议、IP协议、ICMP协议、TCP协议及HTTP协议。发送数据时,应用程序通过SOCKET API接口函数并使用TCP/IP协议栈提供的数据通讯功能。如果选择的是面向连接的TCP协议,则应用程序将用户数据交由TCP传输层处理,TCP协议将数据添加TCP首部后封装成TCP数据报;然后将封装好的TCP数据报交给IP网络层,IP协议在TCP数据报上添加IP头部信息封装成IP分组, 然后根据路由表为IP分组确定路由,如果找不到相应路由,则发送出错报文,由ICMP协议进行处理;如果找到了路由则把IP分组发送到以太网层,以太网层由以太网接口发送数据,利用ARP协议找到目的IP地址对应的物理地址后,封装成以太网帧,由网卡驱动程序将数据发送到目的地。

接收数据和发送数据的过程相反。接收数据时,由网卡驱动程序负责接收远程发送过来的以太网帧,然后交给以太网层,以太网层取出帧头并判断数据帧的类型字段标识,如果是ARP报文,则交给ARP协议模块处理;如果是IP报文,则交给IP协议处理,取出IP报头信息,然后根据报头中的上层协议字段标识,将报文交给相应的协议(TCP协议、UDP协议或者ICMP协议)处理;如果是TCP报文段,在处理函数中取出TCP报头信息,根据报头中的端口字段标识,将数据交给相应的应用程序HTTP进行处理。HTTP在端口80上使用TCP协议传递来自以太网和数据终端的数据,并对数据作打包拆包处理。TCP/IP协议实现的流程框图如图3所示。

5嵌入式Web服务器的实现

5.1嵌入式Web服务器软件设计

嵌入式Web服务器采用B/S模式,比浏览器简单,它在TCP的80端口打开一个被订的TCP连接。TCP协议是一个面向连接的协议,连接的双方无论是哪一方向另一方发送数据都必须先通过“三次握手”在双方之间建立一条连接。在建立连接后,TCP就开始发送数据块。完成数据传输之后再通过“四次握手”终止连接。发送请求行仅有一行文本,包括三个区:操作方式、所请求资源的地址、HTTP版本。其中操作方式包括GET、POST、PUT、DELECT等7种,现代的Web服务器出于安全性的考虑,只响应GET和POST两种请求。本系统只有对GET请求的响应。

系统初始化后,设置以太网控制器和ARM处理器LPC2292内部定时器工作方式,将测量数据存入铁电存储器中,同时对数据分别添加TCP和IP层所需要的信息。ARM处理器LPC2292将封装的数据发送给以太网控制芯片DM9000A。DM9000A自动会给这些数据添加以太网物理层和逻辑链路层所需要的相关信息,通过RJ45接口传递到以太网上。为了保证网络正常工作,系统需要监听网络状态,对从DM9000A接收到的以太网数据帧进行解包分析,按上述的TCP/IP协议实现方式使远程监测水情数据发送到以太网,实现远程监测。

系统程序采用C语言编写,在ARM编译环境ADS1.2下编译连接,将所生成的高效可执行代码写入到LPC2292片上的FLASH中。同时,整个系统软件的各个功能模块均采用高级语言C进行编写,使系统程序结构清晰,易于维护。

5.2动态Web页面的实现

水情测报系统要求数据能及时地更新。为了实现网页的定时刷新,使用HTML语言中的META标记,在HTML网页的开始处加入一条META标记,就可以实现每3秒刷新一次当前网页。

;

由于只需将Web页面中的数据部分及时刷新,在客户请求网页时,Web服务器在发送应答之前,首先调用GetCurVar()函数对静态网页中需要动态显示的变量进行代换,用新数据替换其在网页中的字符串标记,然后将整个网页内容作为应答发出,这样数据就每3秒更新一次。

实现浏览器与服务器之间的交互性,CGI给Web服务器提供了一个执行外部程序的通道。CGI是建立在Web服务器内的一个软件模块,它可以执行存储在服务器上的程序。CGI程序可以用Shell脚本语言、Pascal、Fortran、Perl、C等语言进行编写,由于C语言与平台无关,所以选择用C语言来编写CGI程序。

HTML语言编写Web页面及内建表单时,要由Action属性指定相关的CGI程序,由Mothod属性指定所用的提交数据的方法,即:Mothod=get。测报系统的Web页面中部分水位查询程序段在浏览器中的显示如下:

通常CGI是一个不依懒于嵌入式Web服务器的应用程序,它一般完成Web网页中表单(Form)数据的处理、数据库查询和实现与传统应用系统的集成等工作。如果有任何附加的参数,CGI程序就会把这些参数作为环境变量进行处理,从而对用户的命令做出响应。为了实现动态的Web页面,用C语言编写CGI程序。将编写好的CGI程序编译成二进制文件放在cgi-bin/目录下,CGI程序能被正确地执行。CGI的get方法通过环境变量Query_String向CGI程序传递Form中的数据,CGI程序中的库函数getenv把环境变量的值作为一个字符串来读取,在取得了字符串中的数据后,就可以对数据进行需要的处理。处理完成后的数据将被重定向到客户浏览器,用户可通过浏览器查询到前面的任何一次监测的水位值。

下面是处理表单的CGI程序water-high.c:

6结束语

针对水情测报系统的实时性要求,本文使用了功能相比较单片机更为强大的ARM芯片,实现了嵌入式系统在水情测报系统中的应用,并解决了数据传输的具体问题。设计了一种基于LPC2292的嵌入式Web服务器。该服务器实时性好、造价低、可靠性高,并且开发周期短。本设计有望在实际的应用中获得满意的效果,为今后进一步深入研究铺平了道路。

参考文献

[1]Jean.Labrosses著,邵贝贝译.嵌入式实时操作系统μC/OS-II.北京:北京航天航空大学出版社,2003.

[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程.北京:北京航空航天大学出版社,2005.

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[6]陈智慧,吴军霞.基于ARM的嵌入式Web服务器的设计及实现.PLC&FA,2006,(11):103~106

篇9：基于GPRS技术的水情自动测报系统设计

广西壮族自治区凤亭河水库、屯六水库同属珠江流域西江水系,均坐落在郁江支流的八尺江上游,只有一山之隔,距南宁市约75 km。凤亭河水库库址位于南宁市良庆区大塘镇和上思县公正乡、那琴乡境内,距凤亭河水库管理处约24 km,水库集雨面积176 km2,总库容5.19亿m3。屯六水库库址位于南宁市良庆区大塘镇、南晓镇境内,凤亭河水库南面,距凤亭河水库管理处17.5 km水库集雨面积98.5 km2,总库容2.26亿m3。两座水库均于1958年10月兴建,1960年4月建成运行,属国家大Ⅱ型水库,由位于南宁市良庆区大塘镇的凤亭河水库管理处管辖。

凤亭河水库、屯六水库已运行了40多年,现有的工程观测设施陈旧、落后,观测仪器分布范围大、埋点分散,且均为人工观测。大坝安全监测数据及雨水情监测数据均为人工记录,已不满足近年的水利系统信息化、自动化建设要求,因此需要对大坝安全监测及水情测报系统进行自动化升级改造。

2 工程建设内容

根据凤亭河水库、屯六水库目前存在的工程管理安全问题及各级部门的管理需要,按照水库管理相关规范及目前水利系统科技发展情况,本次工程设计主要包括:①大坝安全监测系统;②水情测报自动化系统;③综合信息管理与辅助决策系统。

3 大坝安全监测系统设计

3.1 系统结构及设备配置

大坝安全监测系统按“无人值班,少人职守”的自动化原则进行设计,采用符合国际开放标准的分层分布式结构,根据作用及功能共分为3层,分别是中控层、站控层以及现地层。大坝安全监测系统结构如图1所示。

中控层即控制中心站,设置在凤亭河水库管理处,主要包括2台大坝安全监测工作站、1套网络交换机、1台路由器、1台硬件防火墙、1台数据服务器、1台Web服务器、1台打印机及1套在线UPS电源等。

站控层即2个分中心站,设置在2个水库的管理所,每个分中心站主要包括1台大坝安全管理主机、1台采集计算机、1套网络交换机、1台路由器、1台硬件防火墙、1台打印机、1台扫描仪及1套在线式UPS电源等。

现地层即水库大坝现场监测及数据采集设备,主要包括的设备有①公用部分:1台全站仪、1台水准仪、1套水准尺、1套活动觇标及1套固定觇标等;②凤亭河水库:2套MCU、30个位移标点、34只渗压计及1套量水堰计;③屯六水库:2套MCU、28个位移标点、26只渗压计及1套量水堰计。

3.2 网络通讯及安全

中控层与站控层之间相距较远,单独架设光纤专网成本大且维护费用高,故这两层之间采用通过Internet网络连接的方案,接入带宽为2 M;站控层与现地层布置于水库大坝处,相距不过几百米远,故两层之间采用1 000 Mbps光纤以太网连接;本次设计要求各层间的通讯网络均支持国际标准IEEE802.3及TCP/IP网络协议。广西壮族自治区水利厅或其他流域机构等远程客户通过公网Internet访问控制中心的web服务器浏览获取大坝安全和水情相关数据。

中控层及站控层本级网络均为星型结构,各设置1台网络交换机,本级设备之间的通过网络交换机连接。

由于中控层与站控层之间的连接是通过Internet实现的,存在着非法入侵、病毒侵害等网络风险,因此考虑网络接入配置VPN网络结构,在各层与Internet接口处配置硬件防火墙,各工作站及服务器配置软件防火墙及杀毒软件,保证网络安全运行。

3.3 系统功能

3.3.1 基本功能

中控层是整个系统的数据处理中心,负责2个水库系统范围内各类监测数据的管理、分析和处理、报表的整编、趋势图形绘制、大坝安全预警、联合防汛调度、接收上级部门指令以及对外发布信息等。通过公共网络Internet与站控层进行数据传输。

站控层作为分中心站分设在凤亭河水库主坝、屯六水库横斗坝现场管理所,主要负责对水库大坝安全实时监视、控制以及数据记录,并将现场采集到的数据上传到中控层。

现地层是整个大坝安全监测系统的最前端,其主要作用就是负责采集各类监测数据,并将数据上传。

3.3.2 监测项目及测点布置

本工程主要监测的项目有:大坝水平位移和垂直位移监测、坝体及坝基渗压监测、绕坝渗流监测、坝体渗流量监测。水平位移采用视准线法观测,垂直位移采用水准测量,三等水准精度进行观测,观测数据通过人工录入计算机;坝体及坝基渗压监测、绕坝渗流监测采用渗压计监测;坝体渗流量监测采用量水堰计监测。

(1)凤亭河水库。表面变形监测:共布置有14个测点,8个工作基点,8个校核基点。

坝体及坝基渗压监测:共布置有15个渗流观测孔,每孔埋设2支渗压计。

绕坝渗流:在左坝端与山体交接处布置4个渗压观测孔,每个测孔埋设1支渗压计。

坝体渗流量监测:在坝外坡脚反滤堆前布置1个量水堰计。

(2)屯六水库。表面变形监测:共布置有12个测点,8个工作基点,8个校核基点。

坝体及坝基渗压监测:共布置有13个渗压观测孔,每孔埋设2支渗压计。

坝体渗流量监测:在坝外坡坝脚反滤堆前布置1个量水堰计。

3.4 监测系统软件

监测系统管理软件主要有:管理软件、数据采集处理软件以及数据传输软件。软件具备的功能:①系统管理;②数据管理;③自动化监测数据自动换算和转入;④大坝安全监控报警;⑤监测数据通用处理和查询;⑥监测图表制作;⑦监测资料整编和报表制作;⑧支持Web方式查询。

4 水情自动测报系统

4.1 系统结构、布置及设备配置

本系统主要由中心站、数据浏览站、遥测站组成。在凤亭河水库管理处设置水情中心站,在凤亭河水库主坝和屯六水库横坝设置数据浏览站。根据水库防洪、供水、灌溉等综合利用需求,在分析了站点的分布、控制点面雨量关系、通信、交通、供电、环境等条件的基础上选择了10个站点作为水情自动测报系统的遥测站点,站点名称及遥测见表1。

凤亭河水库、屯六水库遥测站分布于水库库区内,相距距离远,交通不便利,有的地方无有线通信网络,因此采用无限通信网络才能满足信息数据传输需求。本工程采用移动通信(GPRS)和CDMA短信网信道为报汛组网通信信道,以移动通信(GPRS)报汛网为主信道,以CDMA短信网报汛网为辅助信道,两种信道互为备份。各站水雨情信息通过GPRS网、CDMA短信网直接向凤亭河水情中心发送。凤亭河水库、屯六水库水情测报系统结构如图2所示。

中心站、数据浏览站、遥测站的基本设备配置如下。①中心站:1台水情管理工作站、1台数据服务器、1台Web服务器(与大坝安全监测系统共用);②浏览站:凤亭河水库、屯六水库各1台水情浏览工作站;③水情中心站、数据浏览站与本级的大坝安全监测系统共用光纤以太网络设备,不需另行配置;④遥测站:10套RTU、7套雨量计、3套机械编码水位计、3套投入式液位变送器、10套太阳能供电装置。

4.2 系统功能

(1)水情中心站。其系统功能有:①全天候值守、实时接收遥测站主动发送的水情信息并进行分析处理,定时接收各站点通信设备工作状态信息;②向遥测站发指令,主动查询、召测数据及工作参数修改;③与其他水情中心、集合站以及测站进行信息共享;④实时雨水情信息发布。

(2)水情浏览站。水情浏览站能查询水情中心中所有信息数据。具有对测站点的信息进行简单分析、查询、打印相应数据的功能。

(3)遥测站。遥测站系统功能有:①定时自动报汛,应召报讯;②水位超限自报;③雨量自动报汛以及暴雨加报。

4.3 水情系统软件

水情中心水情信息采集、传输、共享系统软件主要分为2个部分:水雨情实时数据通讯软件、水雨情监测软件。软件功能如下。

(1)水情实时数据通讯软件。负责为水情中心、浏览站以及遥测站之间的报文传输、命令发送、校时、参数配置等信息交换行为提供通讯支持平台,将各种数据信息编译成统一通讯规约的数据格式进行传输。

(2)水雨情监测软件。负责将各遥测站的实时数据显示在各自的测站地理位置上,供用户了解水情中心所辖地区的实时雨水情分布情况,提供各个站点指定时段的水位、雨量及流量的表格、过程曲线、柱状图等查询方式,同时把水情自动测报系统中的所有面向用户的内容(报表、图形等)通过动态页面发布。

5 综合信息管理与辅助决策系统

综合信息管理与辅助决策系统是一个以数据库为核心,将凤亭河水库、屯六水库大坝安全监测系统、水情自动测报系统进行综合管理及分析,通过人机交互进行信息处理,实现信息查询、信息发布、洪水预报、防洪形势分析、大坝安全分析、水库调度运行管理、系统管理、数据库管理等功能的综合性集成系统。系统的逻辑结构可分为3个层次:人机接口层、系统应用层和信息支持层。系统主要由以下几类软件构成。

(1)操作系统及系统支持平台:操作系统是所有软件运行的支撑平台,选择一个稳定、可靠的操作系统对于监控系统来说是非常重要的,本工程服务器操作系统采用WINDOWS SERVER 2008。综合信息管理与辅助决策系统的支持平台是整个系统所有软件和功能模块信息共享、数据互传和对接、综合应用的基础,本工程采用的是WebGIS系统,该具有GIS展示、查询、分析功能等功能。

(2)数据库软件:采用SQL SERVER 2008数据库系统,具有数据接收、数据转换、数据存储、数据录入、数据维护、数据共享等功能,能满足水情、大坝安全、GIS基础数据应用及管理。

(3)信息发布及查询软件:专项开发,具有矢量图操作、信息查询服务、报表输出等功能,并具有通过电话(语音信箱)、短信息、Web网站对外发布信息等功能。

(4)大坝安全分析软件:专项开发,具有系统管理、数据管理、自动化监测数据自动换算和转入、监测数据通用处理和查询、监测图表制作、监测资料成果换算和报表制作。

(5)洪水预报及分析软件:专项开发,具有洪水预报管理、洪水调度、防洪形势分析等功能。

(6)水库调度运行软件:专项开发,具有水量管理、水库水资源的信息管理、实时及历史数据信息查询、日常运行管理等功能。

6 结语

凤亭河水库、屯六水库大坝安全监测及水情测报自动化系统于2010年5月开工建设,同年10月完成整个系统调试,至今已运行4年。自进行自动化升级改造以来,水库的运行管理及调度基本上实现了“无人值班,少人值守”的运作模式,借助于综合信息管理与辅助决策系统,提高了对雨情、水情和灾情准确的预测和预报,对其发展趋势作出了及时预判,为制定防洪抗旱调度方案,提高管理决策的准确性和及时性,保证工程设施的安全运行提供保障,为决策部门的决策提供科学依据。

摘要：文章简要介绍了广西凤亭河水库、屯六水库大坝安全监测及水情测报自动化系统的设计原则、系统结构、软硬件配置、系统功能。

关键词：凤亭河,屯六,大坝安全,水情测报,自动化

参考文献

[1]赵志仁.大坝安全监测设计[M].河南:黄河水利出版社,2003.

[2]DL/T 5178—2003,混凝土坝安全监测技术规范[S].

[3]GB/T 22482—2008,水文情报预报规范[S].