劉鵬程

（徐州水務(wù)局黃河北閘管理處  221000）

摘  要：水文是水資源開(kāi)發(fā)利用管理與保護(hù)、防治水害以及工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、調(diào)度的依據(jù)。在分析水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代信息化技術(shù)，提出了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、安全監(jiān)控及報(bào)警處理等綜合功能的水文遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)整體方案，實(shí)現(xiàn)科學(xué)配水管理及實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以保證工程安全可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：閘門(mén)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；水利工程；

0引言

水文是水資源開(kāi)發(fā)利用管理與保護(hù)、防治水害以及工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、調(diào)度的依據(jù)。在大力加強(qiáng)節(jié)水、保護(hù)水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用的前提下，如何提高現(xiàn)有水資源的管理水平就顯得尤為重要。長(zhǎng)期以來(lái)，水文工作者都是靠手測(cè)、目測(cè)收集水文信息，直接影響到測(cè)報(bào)的精度和成果質(zhì)量^[1]。

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為了提高水文監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的實(shí)時(shí)性、可靠性，采用先進(jìn)科技手段對(duì)現(xiàn)有水文監(jiān)測(cè)管理進(jìn)行系統(tǒng)改造已勢(shì)在必行^[2]。用數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、圖像、聲音、視頻等基礎(chǔ)信息，不但可提高精確度，還可以使水文工作者告別傳統(tǒng)的工作方式^[3]。水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)水文參數(shù)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水文流量等，達(dá)到合理利用水資源的目的，另外通過(guò)預(yù)測(cè)模型及實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控以達(dá)到及時(shí)的補(bǔ)救，減少災(zāi)害或使損失減小到最低^[4]。本文詳細(xì)介紹水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能，結(jié)合目前先進(jìn)的水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，提出了一套先進(jìn)的水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

1 水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能

1. 1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成

1. 1. 1 視頻采集設(shè)備

這部分設(shè)備主要用于被監(jiān)控區(qū)域圖像光信號(hào)的采集，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，也稱(chēng)為攝像裝置。它是整個(gè)視頻采集系統(tǒng)的重要部件，是收集一手信息的關(guān)鍵設(shè)備。

1. 1. 2 數(shù)據(jù)通信設(shè)備

現(xiàn)代的水利工程所采用的數(shù)據(jù)通信設(shè)備種類(lèi)較多，應(yīng)該較為頻繁的是 DST. 323MCS 所組成的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，它采用 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以直接與局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。它支持不同的網(wǎng)絡(luò)接入方式，適應(yīng)于水利工程采集點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)。

1. 1. 3 控制中心設(shè)備

控制中心設(shè)備的良好運(yùn)行是保證水利工作人員進(jìn)行正確決策的關(guān)鍵，所以控制中心設(shè)備十分重要。控制中心主要由計(jì)算機(jī)設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、圖像顯示設(shè)備以及終端攝像設(shè)備組成。它是實(shí)現(xiàn)水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的核心所在，也是進(jìn)行決策和操作的終端設(shè)備。控制中心能夠?qū)崿F(xiàn)多畫(huà)面的影像顯示和多路輸出控制，以保證水利工程整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和有效性。

1. 2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能

1. 2. 1 監(jiān)測(cè)功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各級(jí)用戶對(duì)工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享功能，并對(duì)流域內(nèi)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行流程分析，它主要包括與工程運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的全方位采集、傳輸、存儲(chǔ)、計(jì)算、查詢和顯示等主要功能。

1. 2. 2 監(jiān)控功能

監(jiān)控功能是遠(yuǎn)程監(jiān)控的最主要功能，它主要用于水利工程的遠(yuǎn)程啟動(dòng)和關(guān)閉操作，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)控制，以提高流域內(nèi)水利工程的自動(dòng)化程度，提高水利工程管理工作的高效率。同時(shí)，也為水權(quán)分配機(jī)構(gòu)提供有效的監(jiān)控手段，來(lái)完成流域水量調(diào)度的科學(xué)監(jiān)督。監(jiān)控功能在實(shí)現(xiàn)水利工程的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)自身安全系統(tǒng)的自動(dòng)保護(hù)。

1. 2. 3 運(yùn)行維護(hù)管理功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行的全面維護(hù)和檢測(cè)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的故障隱患，并進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)管理。

2水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案時(shí)必須遵循以下原則:

1）可靠性

首先系統(tǒng)必須有穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮后備以及災(zāi)難恢復(fù)系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)仍然能夠提供客戶服務(wù)，并能很快的排除故障正常運(yùn)行。

2）擴(kuò)展性、開(kāi)放性

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按最經(jīng)濟(jì)的原則，設(shè)計(jì)一個(gè)擴(kuò)展性很強(qiáng)且在擴(kuò)容升級(jí)時(shí)浪費(fèi)最少的系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循開(kāi)放性原則，能夠支持多種硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的軟、硬件支持二次開(kāi)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和通信樞紐采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，具有與其他信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享的能力，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)適應(yīng)將來(lái)的廣域擴(kuò)展。

3）安全性、可維護(hù)性

系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的安全性必須予以高度重視，要采取防范措施防止黑客入侵，另外，對(duì)內(nèi)部員工以及調(diào)度客戶也要加強(qiáng)權(quán)限控制，避免用戶能夠操作到超越權(quán)限的數(shù)據(jù)，提供自動(dòng)故障報(bào)警檢測(cè)以及一定程度的自動(dòng)恢復(fù)。

4）實(shí)時(shí)性、并行性

考慮到水文遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量，系統(tǒng)應(yīng)采用傳輸速度快的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，保證水文信息數(shù)據(jù)的及時(shí)有效；同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)避免采用輪詢的方式進(jìn)行點(diǎn)點(diǎn)操作，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備自動(dòng)并行數(shù)據(jù)上傳和對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)并行控制的功能。

3水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)整體方案

為滿足系統(tǒng)的功能要求，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由監(jiān)控終端!數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。其基本工作流程是：先由水位儀!流量計(jì)等數(shù)據(jù)采集儀器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)監(jiān)控終端做A/D轉(zhuǎn)換、編碼等操作，由GPRS模塊傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心讀取這些數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同分析后做出正確的處理。這樣形成了一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)(監(jiān)控終端)、監(jiān)控中心的安全監(jiān)控平臺(tái)。實(shí)時(shí)監(jiān)控水位、流量等，分析其變化規(guī)律，防患于未然。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)^[5][6]。GPRS能夠使得用戶在端到端分組傳送模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，由于無(wú)線資源采用動(dòng)態(tài)分配方式，一個(gè)用戶可分配多個(gè)時(shí)隙，一個(gè)時(shí)隙也可以由多個(gè)MS共享，用戶雖然與網(wǎng)絡(luò)一直連接，但僅當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)才占用無(wú)線信道資源^[7]。主傳輸線路為GPRS + Internet的傳輸方案，但是如果鏈路不正常的話，就會(huì)采用短消息的方式向監(jiān)控中心報(bào)警，此時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸暫時(shí)采用短消息的方式，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和處理流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

4 結(jié)論

閘門(mén)水文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)使閘門(mén)準(zhǔn)確、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行操作，減少運(yùn)行管理人員，有利于提高人員的科技素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)少人值守，實(shí)現(xiàn)集約化、專(zhuān)業(yè)化管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少運(yùn)行經(jīng)費(fèi)；有利于水資源的統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)干、支、斗渠科學(xué)配水管理及實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效地利用水資源，起到節(jié)約用水，達(dá)到優(yōu)化調(diào)度的目的，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳防震.3G 技術(shù)在水產(chǎn)視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J]. 科技資訊,2011 ( 21) : 50.

[2] 廉娟.以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化[J] . 中國(guó)本部科技,2011 ( 15) : 70.

[3] 李娟.淺談遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中的應(yīng)用[J]. 科技資訊,2010 ( 32) : 46.

[4] 王建新，楊世鳳，史永江等. 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].國(guó)外電子量技術(shù),2005(4):9-12

[5] 鐘章隊(duì)，蔣文怡，李紅君等. GPRS通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)[M].北京:人民郵電出版社,2001.

[6] 季昱，林俊超，宋飛. ARM嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[7] 張樹(shù)京，齊立心. 時(shí)間序列分析簡(jiǎn)明教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

作者簡(jiǎn)介：劉鵬程，男，（1979---）學(xué)士，徐州水務(wù)局黃河北閘管理處科長(zhǎng)，工程師。