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DY.XWG-1型水文自動化測報系統
前言
水利現代化首先要求水文現代化,及時準確的水文信息采集和分析是各項水利工作的基礎。水文資料在水利行業中起著非常重要的作用,但我國在水文數據傳輸方麵與發達國傢還有比較明顯的差距,尤其是經濟落後、人才短缺的地區差距更大。尋求一種經濟、快速、穩定、可靠的水文信息傳輸系統是水文采集工作的當務之急。 DY.XWG-1型水文自動化測報系統通過對基於單片機的GPRS水文數據無線傳輸系統的軟件和硬件設計,在單片機中內嵌TCP/IP與UDP協議棧以及PPP撥號軟件程序,實現瞭GPRS網絡進行水文信息傳輸的功能,提出瞭一種硬件設計簡單、投資經濟、運行維護方便的水文信息采集系統方案,為水文信息積累豐富、翔實的水文資料提供瞭有力技術保障。該系統由中心軟件、DY.YQZ-1型前置機、DY.YDJ型采集機、DY.YDZ-1型遙測終端機組成。具有多網信息接收和發送能力，靈活的組網方式，可以單一信道組網，也能實現北鬥衛星通信、超短波、GPRS混和信道組網；既能作為獨立系統，又能作為大系統中的一個節點，具有廣泛的系統適應性和良好的組網能力，符合國傢有關水文遙測設備標準，可以與國內主要廠商實現兼容，組網模式如下：
1、獨立系統單信道/多信道組網模式
前置機負責接收由GPRS、PSTN、超短波信道傳輸過來的雨量、水位等水文信息，如圖1所示。
圖1：獨立系統網絡
各類終端包括采集機、遙測終端機等設備采集的雨水情信息，通過各信道傳輸至中心（包括分中心）前置機，前置機對信息處理後按統一格式存儲，並通過計算機指令將數據轉存於中心計算機內，由中心計算機對數據進行深入的處理。
2、大系統單信道/多信道組網模式
前置機位於大系統的通訊節點，負責收集和傳輸節點內的水文信息，能夠靈活的通過各類信道接收、發送水文信息，並能夠將水文信息進行長期存儲，如圖2所示。
圖2：大系統組網模式
在大系統組網模式中，中心計算機可通過GPRS MODEM接收遠端GPRS數據，也可以通過前置機接收遠端GPRS、PSTN、超短波數據。在上圖中，各獨立系統前置機負責接收和處理本系統內各遙測終端、數傳機采集的雨水情信計算機息，並將獲得的數據按照預先的設置通過各信道傳輸至大系統的內。
終端系統無需PC機支持,開機後自動連接GPRS網絡,利於無人值守水文站計；節約硬件資源,系統功能嫁接。
一、系統工作原理
1、水情分中心:通過串口與一個GSM Modem設備相連接，可讀取Modem設備接收到的短消息，另外一個網口與GPRS Modem遠端傳來的測量數據，完成水情數據的處理、保存等功能，也可通過Modem設備發送控制指令到遠程終端。報警時，可將短消息轉發至遠端工作人員的手機。
2、遙測終端:主要是基於DY.YDJ的數據采集設備及各采集單元的設備，終端數據采集設備獲取水情數據後可通過GPRS發送給主控中心的Modem，同時也可接收主控中心命令進行相應的操作,比如召測實時數據，修正時間，修改其配置等。
3、GPRS網絡(即數據傳輸部分):終端數據采集設備與主控中心實現通信，可通過各自的GPRS Modem經過GPRS 無線網絡傳遞。
系統工作方式主要有：
監控方式（召測方式）：由主控中心下發指令，終端響應。
監視方式（自報方式）：終端定時、定條件（如變幅）向主控中心上報。
監控/監視方式（招測/自報方式）：綜合招測和自報的方式。
休眠方式：終端處於不工作狀態。
二、系統優越性：
1、可靠性高：
與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用麵向連接的TCP協議通信，避免瞭數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不乾擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，並具備極強的抗乾擾性能，完全避免瞭傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。
2、實時性強：
GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，並支持多點同時傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
3、監控范圍廣：
GPRS網絡已經實現全國范圍內覆蓋，並且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由於水文信息采集點數量眾多，分佈在全省范圍內，部分水文信息采集點位於偏僻地區，而且地理位置分散。因此采用GPRS網絡是其理想的選擇。
4、系統建設成本低：
由於采用GPRS公網平臺，無需建設網絡，隻需安裝設備就即可，建設成本低；也免去瞭網絡維護費用。
5、系統運營成本低：
采用GPRS公網通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫遊費用,GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現瞭系統的低成本通信。
6、可對各監測點機器設備進行遠程控制：
通過GPRS雙向系統還可實現對機器設備進行反向控制，如：時間校正、狀態報告、開關等控制功能，並可進行系統遠程在線升級。
7、系統的傳輸容量，擴容性能好：
水文監測中心要和每一個水文信息采集點實現實時連接。由於水文信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由於系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監測中心可輕松支持幾千個現場采集點的通信接入。
8、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境：
雖然與遠在千裡的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻隻需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一臺普通GSM手機相當,平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。
三、 硬件：
（一）DY.YDJ水情信息采集機
DY.YDJ水情信息采集機可用於水文系統、水利工程管理，防汛雨情實時監測、人工增雨作業評估、氣象水文業務研究等領域。
主要技術指標：
1、雨量：可連接一個容柵雨量計或翻鬥式雨量計，精度可為0.1mm，0.2mm，0.5mm，1mm。
2、水位：通過浮子式、壓力式以及振弦式或其他水位測量機器。
3、傳輸信道：有線：PSTN公共電話網，傳輸速率1200bit/s，無線： GPRS移動電話信道。內嵌PPP、TCP/IP、UDP/IP協議；模塊化設計，CPU和無線核心模塊分離的設計方式，超強的擴展性。
4、報汛工作方式：兼容式。
5、顯示：24064點陣液晶顯示屏，有背光漢字顯示。
6、鍵盤：數字鍵盤，操作簡單、直觀。
7、固態存儲：設有8M字節FLASH固態存儲器，可存儲4年以上的雨量、水位數據。
8、設置方式：可以使用鍵盤進行設置，也可以由中心進行遠程設置。
9、日歷時鐘：每次通訊時，終端采集機都自動與中心計算機進行時間校正。
10、遠程監測：可對機器的工作情況，電源狀態進行測試，便於系統維護。
11、供電方式：10W太陽能電池對機內7.2V鋰離子蓄電池浮充方式供電。
12、超低整機功耗：靜態30mA，通訊時100mA
整機效果圖：
四、中心軟件
中心軟件可以根據用戶需要基於國傢水文信息標準量身定做。做到水文信息的及時準確的自動收集雨水情信息，更好地為防汛抗旱、水資源管理和國民經濟建設服務，統一的水情信息編碼標準（水情信息編碼標準SL330－2005）。軟件實現瞭數據精確及時的采集，報警，自動編報，自動校時及豐富多樣的過程趨勢和以GIS地圖方式顯示的雨水情信息，以方便用戶的信息處理；歷史查詢保存時間長，軟件界麵友好，用戶可自行配置每臺機器的設置；並能提供數據備份及還原功能；可實現硬件設備的故障報警，暴雨報警，GPRS流量報警及電壓報警，此外軟件本身可以監測軟件故障或不當設置！保證瞭軟件連續開機不間斷，提高系統的可靠性！數據中心服務器及應用服務器分離模式，更好的保證數據的安全性。並配有短信報警及短信查詢功能。
1、數據庫
系統後臺數據庫采用SQL Server 2000，各數據表之間合理優化，並能自動擴展歷史存儲數據結構，保證瞭系統後期運行的可靠性；並提供數據庫備份與還原功能。
2、軟件主要功能
(1)、實時數據
實時數據的采集情況及報警信自息，最新的報文數據；用戶可以一目瞭然。下方狀態欄裡有系統的時間和數據中心啟動狀態。在本窗口用，用戶單擊右鍵彈出菜單，可以進行與設備的時間校正，最新數據召測和各站的報警上下限調整。
(2)、歷史曲線
用戶可根據需要查詢某一時刻降雨量線和降水過程線，及水位和電壓的波動情況，用戶滑動鼠標可顯示當前位置的數據信息；時間的選擇可以精確到秒，極大的優化瞭查詢的實用性。另外查詢到的圖形信息可以生成多種格式的圖片文件，如JPEG，JPG，BMP，PCX，PNG等；也可以進行打印！用戶可選擇要查詢的曲線，一條或多條均可以。用戶拖動鼠標可矢量放大所選區域的曲線，可能精確的查看極其微小的變化，也方便瞭在長時間的查詢狀態下，查看某一時段的數據。
(3)、歷史數據
此項功能與歷史曲線的查詢方法相同，在查看歷史曲線的同時，雙擊鼠標就可以查看實際數據瞭。下圖中左側為查詢到的數據，右側數測驗報文，也可以單獨進行查詢報文，根據1小時，幾小時以及日報文等。查詢的數據表格可以保存到Excel中，也能進行單獨的打印操作。所有的數據用戶在管理員的權限下，可以進行修改，刪除及增加操作。
(4)、報表查詢
在日常工作中，報表是不可缺少的，也是最繁瑣的一項工作，其精確性也優為重要；系統中可以進行查詢，大大省略瞭這項工作的復雜性。並有效地保證瞭報表的精確性。目前，軟件中容納瞭日雨報表，時段報表和降雨量報表；均可以進行時某天某月查詢，並能查詢某段時間查詢報表。
(5)、報文查詢
此功能用查詢多種報文：時段報文，日報文，月報文旬報文等等；可以根據原始數據查看任何時段的各種報文。可以有效地幫助用戶處理報文。
(6)、歷史過程
全市降雨，日降雨過程，月降雨過程，年降雨過程和水位趨勢。所有的柱形圖趨勢圖均可以保存為BMP，JPEG，PNG，JPG，PCX，HTML，TXT，XLS格式。可以方便用戶的備份保存，也可以進行打印操作。
全市降雨
全市降雨是顯示所有站點的所查詢的時間段內的降雨量，對各站之間的降雨量比較一目瞭然。
水位趨勢
水位趨勢圖是顯示所查詢時間當中水位的波動變化。並能同時顯示最高水位和警戒水位，方便對當前水情的評斷。
年降雨過程
年降雨過程顯示的是本年各月的降雨過程。
月降雨過程
月降雨過程顯示所選月當中每天的降雨量是多少，對這個月的降雨情況較更加直觀。
日降雨過程
日降雨過程顯示的是一天當中各個時段的降雨量，可以查看一天中降雨高峰是在那個時段。
(7)、報警查詢
報警查詢是用來顯示所有報警記錄，包括所有的已消除報警和當前報警記錄，並顯示報警時間及第一時間報警值；其中可以對各個站點或所有站點進行查詢，也可以查詢所有報警類型和各種報警類型。主要報警類型有：電壓過低報警，暴雨報警，GPRS超流量報警等等；方便用戶對各站運行異常及暴雨情況的瞭解。
(8)、GIS地圖信息
鑒於地圖在各領域應用比較廣泛，軟件中也加載瞭該模塊。左上角是單個站點的所屬區域，選擇某個站點後，可以自動從地圖中查詢到這一點，並顯示一於屏幕中間，方便瞭查找地點的麻煩。地圖上顯示的降雨量可以根據左側中部的查詢來獲得；這樣就可以查詢到任何時間的降雨信息。
當用戶選中圖中某點時也可以在左下側看到詳細的降雨信息。該模塊中可實現對地圖的矢量放大，如果地圖是多層那麼也可以實現多層分佈處理，拖動，縮小增刪站點；此外還新加小地圖功能，用戶可快速找到要顯示的區域。
（9）、等值線
系統可以根據采集的雨量信息繪制等值線及等值麵。用戶可根據自己的需求進行調正查詢時間及色彩等參數。
(10)、系統配置
系統配置中可以配置用戶所喜愛的十二界麵模式，其中保括系統自帶的經典模式；報警聲音也可以進行設置。用戶可根據不同需要進行不同的設置方法。此外該功能可以和報文轉發軟件相鏈接，實現報文自動生成，並及時自動發送。
(11)、用戶登錄
用戶登錄是用戶分配權限處理模塊，可以增刪用戶及改變權限。具體權限可根據用戶的需求來量身定做。一般比較嚴密的設置交給管理員權限，如站點管理，系統設置和數據中心等。
(12)、站點管理
站點管理是各站的下方硬件設置情況，保括傳輸機器的端口等，以及各站點報警上下限設置。用戶可以根據各站情況以及需要進行合理配置。本模塊主要方便於用戶自動增刪站點及修改報警上下限等，此外在實時報警中右鍵也可以進行上下限的設置。
(13)、數據備份與還原
為瞭數據的安全性，用戶可以使我們提供的備份工具進行備份，備份有多種選項，可以進行多種備份。此外還原功能相對應。以防止出現其他意外情況丟失數據。可進行多次備份同時存在。
(14)、幫助系統
幫助文件中從軟件安裝到使用以及常見錯誤都做瞭詳細的介紹，裡麵有每個功能的使用說明。
(15)、數據中心
數據中心是用於調試時，或出現異常時，方便我們調試人員進行測試及維護的模塊。可以改變端口號，及IP地址（多網卡）。對收發的原始記錄做瞭非常詳細的記錄，當發生異常情況時我們可以根據原始數據來斷定錯誤的原因。客戶端模式沒有此項功能！
3、系統擴展
系統可以根據用戶的需求進行合理性改進，並能定期進行功能升級。
五、供電設備
遙測系統供電設備由太陽能電池板、蓄電池、太陽能充電保護器三大部分組成。遙測系統中，遙測站大多地處邊遠山區，由於農網電壓不穩定，而且得不到連續供電的保證，因此不宜使用交流供電方式。為瞭保證遙測設備供電正常，所有遙測站推薦采用太陽能電池板浮充免維護蓄電池供電的方式，足夠保證遙測站設備正常工作。
綜合考慮遙測站平均日照、功耗、太陽能電池充電電流、負載相關系數以及電池充電安全系數，遙測系統供電設備將系統遙測站太陽能電池板功率配置為10W，蓄電池容量配置為24AH，通過太陽能充電保護器的控制，無論是哪種綜合遙測站，均可保證5天內將蓄電池充滿，亦可保證陰雨30-50天情況下，遙測站設備運行正常。
六、傳感器
傳感器主要依據需要采集數據類型來定。比如需要采集雨量數據選擇JDZ-05翻鬥雨量計，水位數據選用DY.FDZ水位計。
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