水文水利無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案 

一、 概述
 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水利工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所起的作用越來(lái)越大，防汛更是直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要方面。目前，國(guó)家提出了建設(shè)“數(shù)字水利”的目標(biāo)，防汛部門能實(shí)時(shí)掌握重要的防汛數(shù)據(jù)。防汛抗洪工作逐步從被動(dòng)抗洪向主動(dòng)防汛轉(zhuǎn)變。為進(jìn)一步提高防汛抗洪決策的有效性和可靠性，實(shí)施水文計(jì)算機(jī)防汛檢測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，可及時(shí)對(duì)可能或正在發(fā)生的汛情、險(xiǎn)情、災(zāi)情進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，以便采取相應(yīng)的預(yù)防和補(bǔ)救措施確保安全運(yùn)行。對(duì)領(lǐng)導(dǎo)決策和減少洪水災(zāi)害，緩解城市的防洪壓力，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全具有重要作用。
二、項(xiàng)目分析
2．1 系統(tǒng)組成
 水文與防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由流域管理中心、分中心(各縣市)監(jiān)測(cè)站、現(xiàn)場(chǎng)水文遙測(cè)單元構(gòu)成一套三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的建成，將改善水文信息的收集、傳遞和處理手段，縮短數(shù)據(jù)收集和預(yù)報(bào)作業(yè)所需的時(shí)間，提高信息收集和傳遞的可靠性，提高流域防汛信息處理能力。
 流域管理中心通過(guò)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與各地分中心監(jiān)測(cè)站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每隔一段時(shí)間對(duì)各分中心監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并主要為各應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，如防汛信息收集處理系統(tǒng)、汛情監(jiān)視系統(tǒng)、防汛會(huì)商顯示系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)、氣象服務(wù)系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)、災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)等。
2．1．1 終端水文信息采集站
 水文信息采集站可分為水位站、雨量站，由相應(yīng)傳感器及安裝工程組成，實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確地采集相關(guān)水位、雨量數(shù)據(jù)等。
2．1．2 無(wú)線傳輸通訊終端
 無(wú)線傳輸通訊終端安裝在各采集站內(nèi)，負(fù)責(zé)將采集站內(nèi)各水文采集器與監(jiān)測(cè)中心之間的雙向數(shù)據(jù)通信。鑒于對(duì)采集器的通訊接口等因素考慮，我們選擇廈門四信的F2103 IP MODEM，采用RS-232/485接口、金屬外殼設(shè)計(jì)，它具有體積小、功耗低、配置使用簡(jiǎn)單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道，支持實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式，如定時(shí)上下線和設(shè)備喚醒，并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費(fèi)。
2．1．3 監(jiān)控中心
 監(jiān)控中心主要由中心服務(wù)器組和系統(tǒng)軟件組成，負(fù)責(zé)對(duì)各采集站上傳上來(lái)的各項(xiàng)水文數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)，并對(duì)各監(jiān)測(cè)站下達(dá)各種控制指令和發(fā)布各種預(yù)警信息。
2．2 系統(tǒng)總架構(gòu)
 采集站數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過(guò)RS232/485通訊接口與F2103串口連接，監(jiān)控中心服務(wù)器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入。
 通訊設(shè)備F2103通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入Internet連接到監(jiān)控中心服務(wù)器主機(jī)，建立透明數(shù)據(jù)通道。這樣采集終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口，F(xiàn)2103就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)不做任何處地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)。服務(wù)器主機(jī)收到終端上傳上來(lái)的各項(xiàng)源始數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和各種判斷，并向終端設(shè)備發(fā)出控制指令，服務(wù)器主機(jī)發(fā)出的控制指令通過(guò)通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過(guò)串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
2．3 系統(tǒng)功能
1)數(shù)據(jù)接收、處理：實(shí)時(shí)接收遙測(cè)站的雨情、水情等信息；自動(dòng)檢查數(shù)據(jù)幀格式，并進(jìn)行合理性判斷；加注時(shí)標(biāo)，自動(dòng)存貯。
2)應(yīng)答、查詢：定時(shí)或人工查詢下屬站點(diǎn)的雨情，水情及工作狀態(tài)。
3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理：包含原始、歷史、預(yù)報(bào)或成果數(shù)據(jù)庫(kù)的形成、檢索、查詢等。
4)數(shù)據(jù)輸出：可通過(guò)顯示器（包括大屏幕顯示）、打印機(jī)、繪圖儀等輸出雨量直方圖、水位、流量過(guò)程線、等雨量線圖等。
5)洪水預(yù)報(bào)及優(yōu)化調(diào)度：包括洪水預(yù)報(bào)參數(shù)初始化、參數(shù)設(shè)置/修改、定時(shí)預(yù)報(bào)脫機(jī)估報(bào)、水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度，成果存貯、輸出。
6)聯(lián)網(wǎng)通訊：可接入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可實(shí)現(xiàn)多計(jì)算機(jī)串行通訊，通過(guò)電話線可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。
7)狀態(tài)告警：根據(jù)設(shè)定的告警雨量、水位值，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聲光告警，并可通過(guò)電話線實(shí)現(xiàn)電話語(yǔ)言報(bào)警
三、 項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施方案
3．1 采集終端與通訊設(shè)備連接
F2103 IP MODEM同時(shí)支持RS232/485通訊接口，采集終端可通過(guò)RS232/485與IP MODEM進(jìn)行連接，接口定義如下圖所示
3．2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式
3．2．1專線接入
 中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP 客戶中心通過(guò)一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過(guò)認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
 用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過(guò)認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。
 雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。
 此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
3．2．2 ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）
 中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先 與DNS服務(wù)商聯(lián)系開(kāi)通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再 由 DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3．2．3 通過(guò)固定公網(wǎng)IP連接
 中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INT ERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。 運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3．2．4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建
 中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來(lái)幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。目前四信提供三種方式的中心接口：
 首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；其次對(duì)于原本是讀串口的程序，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對(duì)于想開(kāi)發(fā)自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)及四信公司的數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開(kāi)放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開(kāi)發(fā)。客戶可能通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)快速開(kāi)發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。
四、方案特點(diǎn)
1、 功耗低、精度高、穩(wěn)定可靠性好、抗雷電及干擾能力強(qiáng)，每個(gè)測(cè)量單元可連接多個(gè)不同類型的傳感器。
2、系統(tǒng)安全性可靠性高，及時(shí)準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)。
3、通過(guò)無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)接入方式，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成一次轄區(qū)范圍內(nèi)各監(jiān)測(cè)站的掃描，監(jiān)測(cè)水文遙測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并能判斷各設(shè)備是否正常工作，并能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集和遙控輸出。
4、數(shù)據(jù)中心可顯示終端實(shí)時(shí)狀態(tài)信息、歷史信息數(shù)據(jù)及詳細(xì)地理位置信息等。終端傳輸模塊支持遠(yuǎn)程參數(shù)的配置修改、控制，可以不必到現(xiàn)場(chǎng)修改設(shè)備工作數(shù)，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作節(jié)省了大量的人力物力。
5、終端傳輸模塊支持多種喚醒方式，如語(yǔ)音、短信、數(shù)據(jù)等，可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，智能防掉線，支持在線監(jiān)測(cè)、在線維護(hù)、掉線自動(dòng)重拔等功能以確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。當(dāng)下端設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候可發(fā)短信報(bào)警信息通知維護(hù)人員。
6、終端傳輸模塊支持多種喚醒方式，如語(yǔ)音、短信、數(shù)據(jù)等，可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，智能防掉線，支持在線監(jiān)測(cè)、在線維護(hù)、掉線自動(dòng)重拔等功能以確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。當(dāng)下端設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候可發(fā)短信報(bào)警信息通知維護(hù)人員。
7、傳輸模塊采用主備份中心和自動(dòng)回復(fù)主中心功能,并同時(shí)支持多中心并發(fā)功能(最 多5個(gè))；數(shù)據(jù)中心支持多種接入方式，如APN、固定IP、動(dòng)態(tài)IP、動(dòng)態(tài)域名等。
8、設(shè)備采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲(chǔ)存溫度 -40~+85ºC;相對(duì)濕度 95%(無(wú)凝結(jié));多重軟硬件看門狗。
9、四信可為客戶提供二次開(kāi)發(fā)包和多語(yǔ)言版本數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件以便客戶的需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；同時(shí)針對(duì)客戶的需求，提供多種技術(shù)支持，包括產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng) 方案設(shè)計(jì)、技術(shù)人員技術(shù)培訓(xùn)、軟件開(kāi)發(fā)全程技術(shù)配合、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試技術(shù)支持等服務(wù)。
五、方案總結(jié)
 此系統(tǒng)建立無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，中心系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確獲得終端數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析并迅速做出判斷，為水利部門掌握各地水利情況提供重要依據(jù)。