水文水利无线数据监测系统方案

: xm_yexi

2012-09-26

一、概述
随着国民经济的迅猛发展，水利工程在国民经济中所起的作用越来越大，防汛更是直接影响国民经济发展的一个重要方面。目前，国家提出了建设“数字水利”的目标，防汛部门能实时掌握重要的防汛数据。防汛抗洪工作逐步从被动抗洪向主动防汛转变。为进一步提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性，实施水文计算机防防汛检测系统建设，可及时对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，随时了解现场情况，以便采取相应的预防和补救措施确保安全运行。对领导决策和减少洪水灾害，缓解城市的防洪压力，保障人民生命财产的安全具有重要作用。
二、项目分析
2．1 水文监测系统组成
水文与防汛监测系统由流域管理中心、分中心(各县市)监测站、现场水文遥测单元构成一套三级网络。系统的建成，将改善水文信息的收集、传递和处理手段，缩短数据收集和预报作业所需的时间，提高信息收集和传递的可靠性，提高流域防汛信息处理能力。
流域管理中心通过计算机局域网或广域网与各地分中心监测站之间进行数据传输，每隔一段时间对各分中心监测站的数据进行收集，并主要为各应用系统提供数据，如防汛信息收集处理系统、汛情监视系统、防汛会商显示系统、信息查询系统、气象服务系统、洪水预报调度系统、灾情评估系统等。
2．1．1 终端水文信息采集站
水文信息采集站可分为水位站、雨量站，由相应传感器及安装工程组成，实时并准确地采集相关水位、雨量数据等。
2．1．2 无线传输通讯终端
无线传输通讯终端安装在各采集站内，负责将采集站内各水文采集器与监测中心之间的双向数据通信。鉴于对采集器的通讯接口等因素考虑，我们选择厦门四信的F2103 IP MODEM(DTU)，采用RS-232/485接口、金属外壳设计，它具有体积小、功耗低、配置使用简单、即插即用。支持主备数据通道、并行多数据通道，支持实时在线和按需在线多种工作方式，如定时上下线和设备唤醒，并且支持APN网络接入等功能不仅可以保障数据安全可靠还能让客户根据需传输节省资费。
2．1．3 监控中心
监控中心主要由中心服务器组和系统软件组成，负责对各采集站上传上来的各项水文数据分析、存储，并对各监测站下达各种控制指令和发布各种预警信息。
2．2 系统总架构

采集站数据采集设备通过RS232/485通讯接口与F2103串口连接，监控中心服务器可以使用APN专线或普通ADSL等作为网络接入。
通讯设备F2103通过无线网络接入Internet连接到监控中心服务器主机，建立透明数据通道。这样采集终端产生的数据只要送到串口，F2103就会把收到的数据不做任何处地发送到数据中心服务器主机。服务器主机收到终端上传上来的各项源始数据后对数据进行综合分析和各种判断，并向终端设备发出控制指令，服务器主机发出的控制指令通过通道传输到F2103后，F2103通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。
2．3 系统功能
1)数据接收、处理：实时接收遥测站的雨情、水情等信息；自动检查数据帧格式，并进行合理性判断；加注时标，自动存贮。
2)应答、查询：定时或人工查询下属站点的雨情，水情及工作状态。
3)数据库管理：包含原始、历史、预报或成果数据库的形成、检索、查询等。
4)数据输出：可通过显示器（包括大屏幕显示）、打印机、绘图仪等输出雨量直方图、水位、流量过程线、等雨量线图等。
5)洪水预报及优化调度：包括洪水预报参数初始化、参数设置/修改、定时预报脱机估报、水库优化调度，成果存贮、输出。
6)联网通讯：可接入局域网或广域网实现数据共享，可实现多计算机串行通讯，通过电话线可实现数据传输功能。
7)状态告警：根据设定的告警雨量、水位值，可实现自动声光告警，并可通过电话线实现电话语言报警
三、项目架构实施方案
3．1 采集终端与通讯设备连接
F2103 IP MODEM(DTU)同时支持RS232/485通讯接口，采集终端可通过RS232/485与IP MODEM(DTU)进行连接，接口定义如下图所示

3．2 数据中心网络接入方式
3．2．1专线接入
中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP 客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。
为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。
用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
3．2．2 ADSL拨号连接（动态公网IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由 DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
3．2．3 通过固定公网IP连接
中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INT ERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。
3．2．4 数据中心软件平台构建
中心端软件的构建有多种方式，对于传入数据的方式的不同，我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。目前四信提供三种方式的中心接口：

首先是对于组态软件，目前很多组态软件厂家已经集成了我们的驱动了，可以直接配置使用；其次对于原本是读串口的程序，提供一个虚拟串口软（TCP2COM）；最后是对于想开发自己独有的数据中心软件的客户，会提供一个动态链接库及四信公司的数据中心软件，不仅开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能通过动态链接库快速开发一个灵活的，稳定的，功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件。
四、方案特点
1、功耗低、精度高、稳定可靠性好、抗雷电及干扰能力强，每个测量单元可连接多个不同类型的传感器。
2、系统安全性可靠性高，及时准确分析数据。
3、通过无线的网络接入方式，能在较短的时间内完成一次辖区范围内各监测站的扫描，监测水文遥测系统的工作状态，并能判断各设备是否正常工作，并能实现状态采集和遥控输出。
4、数据中心可显示终端实时状态信息、历史信息数据及详细地理位置信息等。终端传输模块支持远程参数的配置修改、控制，可以不必到现场修改设备工作数，为整个系统的运作节省了大量的人力物力。
5、终端传输模块支持多种唤醒方式，如语音、短信、数据等，可靠的网络连接，智能防掉线，支持在线监测、在线维护、掉线自动重拔等功能以确保设备永远在线。当下端设备出现故障的时候可发短信报警信息通知维护人员。
6、终端传输模块支持多种唤醒方式，如语音、短信、数据等，可靠的网络连接，智能防掉线，支持在线监测、在线维护、掉线自动重拔等功能以确保设备永远在线。当下端设备出现故障的时候可发短信报警信息通知维护人员。
7、传输模块采用主备份中心和自动回复主中心功能,并同时支持多中心并发功能(最多5个)；数据中心支持多种接入方式，如APN、固定IP、动态IP、动态域名等。
8、设备采用工业级设计，金属外壳，外接电源DC 12V/500mA；通信电流：<250mA (12V);工作环境温度 -25~+65oC;储存温度 -40~+85oC;相对湿度 95%(无凝结);多重软硬件看门狗。
9、四信可为客户提供二次开发包和多语言版本数据中心服务器软件以便客户的需要进行二次开发；同时针对客户的需求，提供多种技术支持，包括产品网络组网方案设计、技术人员技术培训、软件开发全程技术配合、设备现场调试技术支持等服务。
五、方案总结
此水文监测系统建立无线通讯网络的基础上进行数据传输，中心系统能够实时、准确获得终端数据，经过数据分析并迅速做出判断，为水利部门掌握各地水利情况提供重要依据。

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