水資源短缺已經(jīng)成為全球性的問題，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，日益增長的用水需求與水資源短缺之間的矛盾迫使世界各國都在尋求解決的有效辦法。因此，采用現(xiàn)代化手段，建設農(nóng)業(yè)灌溉水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)，動態(tài)掌握區(qū)域水資源變化及利用情況，最大限度的調(diào)控使用效率，是促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。灌區(qū)所具有的工程分散性、水情雨情變化性、農(nóng)作物需水時效性、灌溉供水動態(tài)性、灌區(qū)性質(zhì)特殊性等方面的特點，再加上近年了國家加大對水利項目的建設，農(nóng)村水利設施數(shù)量成倍上升等因素，使農(nóng)田灌區(qū)的小水窖、小水池、小水渠、小泵站等小水利設施的實時監(jiān)測和動態(tài)管理工作變得十分艱巨。 灌區(qū)管理手段的先進程度，不僅反映我國科學技術的發(fā)展水平，也是確保灌區(qū)工程安全運行、實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置、提高用水效率、保障灌區(qū)持續(xù)發(fā)展的實際需要。

灌區(qū)引水監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決引水工程各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個水源監(jiān)測點組成，各個水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端（RS6021G）可監(jiān)視和采集水位、壓力、流量、含沙量等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關部門分析和決策取用，提高用水效率，保證引水質(zhì)量，滿足灌區(qū)的用水量的需求。同時為節(jié)水灌溉技術的實施打下堅實基礎。　

 大（中）型灌區(qū)引水監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)灌區(qū)引水泵站機組運行參數(shù)、水位、流量等數(shù)據(jù)實時監(jiān)測及閘門開關的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應時間。系統(tǒng)自動獲取遠端泵站、引水渠道及閘門狀態(tài)等各種實時數(shù)據(jù)，使管理者迅速及時地了解和掌握灌區(qū)情況,及時作出決策,有利于水資源合理配置,使灌區(qū)在用水量少的情況下獲得最大收益。

小型農(nóng)田水利設施點多面廣，末級渠系縱橫交錯，同樣承擔著我國廣大農(nóng)產(chǎn)區(qū)域的灌溉、防汛抗旱、水資源調(diào)度等重要任務，并為切實解決農(nóng)業(yè)排灌水資源利用最后一公里問題提供有力的民生保障。小型農(nóng)田灌溉水資源遠程測控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測小水池、小水窯、小水渠、小塘壩等灌溉水源地的水位、用水量、水質(zhì)（含沙量）等數(shù)據(jù)，支持數(shù)據(jù)定時上報、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)動態(tài)分析、異常事件報警等，可以實現(xiàn)遠程控制引水渠電子閘門的開啟關閉。還可以實時監(jiān)測土壤墑情信息，根據(jù)土壤溫濕度和光照的變化，指導決策灌溉水資源的集蓄和調(diào)度。用信息化手段構筑小型農(nóng)田水利設施遠程管理平臺，為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供有力保證。

系統(tǒng)組成:

水資源遠程測控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)控中心軟件、現(xiàn)場傳感器（水位計、水質(zhì)傳感器等）、廈門瑞申自動化公司提供的集數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制于一體的水資源測控終端、太陽能電源系統(tǒng)組成。

                               (系統(tǒng)拓撲圖)

1．數(shù)據(jù)監(jiān)控中心：

服務器申請配置固定IP地址，采用移動通信公司提供的專線，與GPRS網(wǎng)絡相連。由于專線可提供較高的帶寬，當引水監(jiān)控點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

中心監(jiān)控站服務器采用動態(tài)IP地址（可以申請花生殼軟件采用域名的方式），當監(jiān)控點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求（適合監(jiān)控點數(shù)在幾十個左右的）。

監(jiān)控中心服務器接收到GPRS網(wǎng)絡終端傳來的連接申請先進行認證，認證通過后接受傳來的數(shù)據(jù)并進行處理。

遠程監(jiān)控中心實現(xiàn)整個引水遠程監(jiān)控系統(tǒng)各監(jiān)控點狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和處理，通過系統(tǒng)中集成的強大軟邏輯（Softlogic）功能可對所有數(shù)據(jù)執(zhí)行高級算法處理。將結果值發(fā)回現(xiàn)場或通過內(nèi)嵌的SQL語言、OPC、ODBC等標準接口發(fā)送給第三方系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享，交叉訪問以及應用的高度獨立性。

2．瑞申水資源測控終端 （GPRS RTU）產(chǎn)品介紹

1）基本原理:

通過RS—485總線將數(shù)字傳感器（也可采用模擬輸出傳感器）與瑞申無線智能測控終端連為一體，構成現(xiàn)場監(jiān)控單元。瑞申無線測控終端內(nèi)置：CPU模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊。可現(xiàn)場接入多路模擬量、開關量、繼電器信號等數(shù)據(jù)，然后直接通過GPRS無線模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠程控制中心連接，將采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送到遠程數(shù)據(jù)庫服務器，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。 通過該系統(tǒng)，即使在遠離觀測現(xiàn)場的異地，也能方便地對引水泵站、引水渠(管)道要素如水位、含沙量、流量等數(shù)據(jù)的采集讀取，真正實現(xiàn)了遠程監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的功能。除數(shù)據(jù)遠程采集、實時監(jiān)控外，系統(tǒng)還可實現(xiàn)遠程手機報警，并通過用戶手機遠程控制現(xiàn)場設備。

2）功能特點：

◎ 支持多種電源接入方式，完善的太陽能保護控制系統(tǒng)；

◎ 采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本； 

◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式處理器，數(shù)據(jù)采樣精度小于2‰；

◎ 內(nèi)嵌看門狗，不死機，掉線自動恢復； 

◎ 配備多種接口資源：包括模擬信號采集、開關量采集、脈沖信號輸入、繼電器控制輸出等；

◎ 繼電器可設置報警聯(lián)動；

◎ 支持一路RS232/RS485（支持MODBUS協(xié)議）方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入電子式傳感器、PLC等各種設備；

◎低功耗GPRS實時在線傳輸方式； 

◎ GPRS 遠程在線參數(shù)設置功能；

◎ 監(jiān)控中心遠程控制現(xiàn)場設備；

◎ 可向用戶設定的管理員手機發(fā)送短信報警信息；

◎  模擬量分時段報警；

◎ 用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報警上下限設定；

◎ 內(nèi)設工業(yè)時鐘，精確記時；

◎ 自動定時上報和事件觸發(fā)上報功能；

◎ 內(nèi)置大容量FLASH存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索；（可選水文版）

◎ 水情數(shù)據(jù)變幅增量終端實時報警; （可選水文版）

◎ 電池電壓遠程監(jiān)測和預警；（可選水文版）

◎ 電池和環(huán)境溫度遠程監(jiān)測和報警； 

◎ 加強型數(shù)據(jù)接口保護處理；（可選水文版）

◎ 板載工業(yè)級GSM/GPRS通信模塊，方便用戶選擇GSM/GPRS組網(wǎng)方式；

◎ 提供用戶設置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其他軟件連接；

3）GPRS傳輸特點：

基于灌區(qū)分布點多面廣，其遠程采集大多仍沿用有線傳輸方式，線路維護量很大。由于電話線公用，通訊時經(jīng)常發(fā)生沖突，既影響了數(shù)據(jù)的傳輸也對灌區(qū)部門的正常工作造成了干擾，并且此種方式對通訊部門程控交換機正常、穩(wěn)定的運行也有一定的影響。為保證傳輸質(zhì)量，若采用專線方式，投資成本太高；采用GPRS無線數(shù)字網(wǎng)的通訊方式，很好地解決了遠程灌區(qū)引水信息采集的瓶頸問題。

GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種承載業(yè)務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務。GPRS拋棄了傳統(tǒng)的獨占電路交換模式，采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達到了100%，在邊遠地區(qū)也達到了80%以上，實際應用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠程監(jiān)測行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線、MODEM、X.25、數(shù)傳電臺、短信等通信方式。

（RS6011G產(chǎn)品拓撲圖）

系統(tǒng)功能及特點：

1．功能：
　　灌區(qū)水資源信息遠程測控系統(tǒng)是基于GRPS無線通信網(wǎng)絡的專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)大規(guī)模（幾百至上千個監(jiān)控子站）的遠程無線監(jiān)控，通過多線程的完全并發(fā)通信，采用高性能的服務器以及高性能的遠程測控終端，能實現(xiàn)遠距離遙測、遙信、遙控、遙脈、遙調(diào)需要，可以在幾秒鐘時間內(nèi)獲取成百上千個子站的各種數(shù)據(jù)，并完成遙控、遙調(diào)功能，具有許多系統(tǒng)無法比擬的實時響應速度以及接近于零故障和零維護的高可靠性。系統(tǒng)具體實現(xiàn)的功能如下：

◎ 數(shù)據(jù)定時采集：遠程監(jiān)測中心可通過無線數(shù)傳通道定時向所有現(xiàn)場測控單元發(fā)出監(jiān)測命令，實現(xiàn)對水源地、引水渠（管）道的定時數(shù)據(jù)監(jiān)測。

◎ 按需數(shù)據(jù)采集：遠程監(jiān)測中心可在任何時刻請求召喚一口或多口水源井、引水渠道的數(shù)據(jù)；

◎ 通訊控制功能：啟動/停止對水源井、引水管道終端的數(shù)據(jù)采集、切換終端使用的通道等；

◎ 通道質(zhì)量監(jiān)視及故障診斷，通訊流量計算；

◎ 可支持多種通訊規(guī)約、多種通訊通道；

◎ 添加/刪除水源井終端，修改終端通訊參數(shù)，如地址、通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)召喚周期等；

◎  修改水源井終端參數(shù)，如各種報警限值等，并將必要的參數(shù)下發(fā)到水源井終端；

◎  事項報警處理功能：系統(tǒng)對模擬量可分別設置報警上、下限，有效上、下限，當數(shù)據(jù)越限值時可生成報警記錄，并且能保存報警記錄；

◎  數(shù)據(jù)保存周期可按不同數(shù)據(jù)類型設置為逢變即存、10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘（保存周期應大于等于采集周期）；

◎  權限管理：所有系統(tǒng)操作均有授權控制；

◎  計算功能：支持常用函數(shù)功能；

◎  細膩的圖像和逼真的動畫顯示；

◎  功能齊全的數(shù)據(jù)采集界面；

◎  報警發(fā)生時，可自動推出報警畫面；

◎ 生成各采集參數(shù)的時間曲線；

◎ 歷史數(shù)據(jù)綜合查詢及實時數(shù)據(jù)顯示；

◎ 報表的生成及打印；

◎ web發(fā)布功能；

◎ 遙控啟/停泵、遠程開關閘門；

2．特點：

1）系統(tǒng)的實用性：

灌區(qū)水資源信息遠程管理系統(tǒng)應用計算機處理所有數(shù)據(jù)，不僅可以得到瞬時曲線，還可以對數(shù)據(jù)進行處理得到所需各種圖表，而不必工作人員親臨監(jiān)測現(xiàn)場，大大降低了工作人員的勞動強度，而且便于管理部門及時了解情況，進一步的分析并及時采取響應措施。

2）系統(tǒng)的實時性：

灌區(qū)水資源信息遠程管理系統(tǒng)采用最新的通信和軟硬件技術，建立了清晰和合理的系統(tǒng)架構，可以實現(xiàn)多線程的遠程并發(fā)通信，在幾秒時間內(nèi)，可以讓成百上千臺的深井數(shù)據(jù)實時傳送到監(jiān)控中心進行集中監(jiān)視和遠程調(diào)度，實現(xiàn)故障信息的及時報警，運用通信手段實現(xiàn)停機故障的及時處理。數(shù)據(jù)量巨大，提供了強大的實時數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的支撐，比起傳統(tǒng)的電臺輪詢等方式，具有無可比擬的優(yōu)勢。

3）系統(tǒng)的開放性：

灌區(qū)水資源信息遠程管理系統(tǒng)是一套成熟的開放式的系統(tǒng)。所謂的開放，就是指協(xié)議等方面采用標準的協(xié)議，可以進行系統(tǒng)或模塊的擴展，便于長期的升級和維護，延長系統(tǒng)的壽命，通過更新部件，能讓系統(tǒng)一直存在下去，而不至于整個系統(tǒng)癱瘓，造成大量的投資損失。

4）系統(tǒng)的易維護性：

灌區(qū)水資源信息遠程管理系統(tǒng)具有極低的故障率，所以相應的維護量非常之小。系統(tǒng)的構架非常清晰，具有多個調(diào)試工具，以辨別故障所在。此外多年的經(jīng)驗和較強的專業(yè)性，保證了整個系統(tǒng)的高可靠性和低故障率。

5）系統(tǒng)的強大功能：

灌區(qū)水資源信息遠程管理系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)管單位的需要，進行高級開發(fā)，增加或減少功能模塊、監(jiān)控點數(shù)量，可以自動發(fā)出報警，可以自動彈出故障畫面，并自動打印�，F(xiàn)場測控單元可以存儲數(shù)據(jù)，在掉電時自動保存。

總結：

本系統(tǒng)以灌區(qū)引水過程為背景，提出了一套基于PC機的自動供水計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計方案�，F(xiàn)場調(diào)試證明，該方案切實可行，既保證了水渠道的不間斷供水又提高了灌區(qū)的管理水平。系統(tǒng)的開發(fā)時間短，成本低，節(jié)能效益明顯。適合廣大灌區(qū)引水工程進行技術改造。