陳果

摘 要 在信息少、采集點分散、技術(shù)薄弱、地處偏遠山嶺的流域、水庫，如何實時監(jiān)測水情，保證河道、水庫安全，進行災害預防和控制；提高水資源開發(fā)利用、聯(lián)合調(diào)度、科學管理提供決策依據(jù)?；诖?，提出的基于嵌入式的水文水情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用互聯(lián)網(wǎng)采用令牌方式實現(xiàn)一對多的通訊。系統(tǒng)具有多種工作方式，功能擴展靈活，滿足野外條件需要。

關(guān)鍵詞 水文；水情；防汛；河道；令牌；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：P716；TP316.81 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）24--02

水情監(jiān)測是保證河道、水庫安全，水資源合理利用，進行災害預防和控制等的一項重要工作。也是水利、水務部門的一項日常工作。四川省流域、水庫眾多，防汛任務十分艱巨，特別在震后及大旱后[1]。嚴重的干旱會導致水庫水位降至死庫容以下，部分水庫土壩出現(xiàn)裂縫，大旱過后又容易出現(xiàn)大澇，給防汛帶來了隱患，2006年大旱，2007年出現(xiàn)百年難遇大洪水就是例證。2008年的大地震造成許多水庫溢洪道山體滑坡堵塞了部分泄洪通道，一些防浪墻倒塌，大壩頂有明顯震陷，防滲墻上方的壩面產(chǎn)生較大裂縫等；山體滑坡堵塞河道，出現(xiàn)了許多堰塞湖，同樣給防汛帶來了隱患。水利部門對四川省近50 a來洪災發(fā)生特點進行分析后認為，2008-2012年，四川省將進入洪水特大災害高發(fā)期。如何自動實時監(jiān)測水情，保證河道、水庫安全，進行災害預防和控制；為水庫或流域內(nèi)的水資源開發(fā)利用規(guī)劃、聯(lián)合調(diào)度、提高水資源利用效率、科學管理水資源提供科學的決策依據(jù)，本文提出了一種新的思路。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

流域、水庫多處偏遠的山嶺地帶，缺電、環(huán)境惡劣、信息采集點分散、各采集點需采集的數(shù)據(jù)少（水位、雨量、流量等幾個數(shù)據(jù)）、技術(shù)力量差（常無人或只有文化較低的值班員）等，要能及時監(jiān)測水文水情變化情況，建立起完善的自動監(jiān)測系統(tǒng)和水文水情數(shù)據(jù)采集信息，提高水文工作質(zhì)量，為防治水、旱災害提供現(xiàn)代化的技術(shù)支持和服務，給水文水情監(jiān)測提出了新的技術(shù)要求。本文利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)，提出基于嵌入式的水文水情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能較好地實現(xiàn)水文水情的實時監(jiān)測，而且采用無線網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?、低成本及實時性[2]。

各采集點的雨量、水位等數(shù)據(jù)在遙測終端（可用嵌入式系統(tǒng)ARM9開發(fā)）處理后，由232串口連接到CDMA，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳送到數(shù)據(jù)中心。各遙測終端（采集點）與中心采用領牌通訊方式[3]。申請一個域名地址，建立網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，遙測終端定時或觸發(fā)方式訪問網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中的令牌，讀取命令或編碼發(fā)送數(shù)據(jù)及站點地址信息，中心站也定時或人工干預方式訪問網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中的領牌，讀取數(shù)據(jù)或發(fā)布命令。采用令牌通訊方式，實現(xiàn)一對多通訊。同時，可節(jié)約網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫空間，減少費用。遙測終端采用太陽能供電，解決缺電問題[4]。

2 系統(tǒng)工作方式及系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)工作方式

在水文水情數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中，可采用自報式、查詢應答式和自報/查詢應答式3種工作方式之一。

2.1.1 自報式

自報式是一種不受中心站指令控制的工作方式，當水文水情下位數(shù)據(jù)遙測終端的測量參數(shù)（水位、雨量等）發(fā)生一個按預先規(guī)定的數(shù)據(jù)變化時，自動向上位機服務器中心發(fā)送水文水情信息。采用自報式工作方式，設備功耗低，實時性強。

2.1.2 查詢應答式

遙測終端只對水文水情參數(shù)的變化自動采集與存儲，不主動發(fā)送給服務器中心，只有當中心站發(fā)出查詢指令時，才將水文水情信息上傳。特點是可控性好，中心服務器可以隨機或定時地對遙測終端進行巡測[5]。缺點是遙測終端隨時處于工作狀態(tài)，以便接受中心站的指令，上傳數(shù)據(jù)，終端值守功耗較大。

2.1.3 自報/查詢應答式

以自報式為主，查詢應答式作為輔助。綜合自報和應答2種方式的特點，既能實時自報，又具有受控功能，功能相對較強?？梢远〞r、定點、變化量以及閥值變化后觸發(fā)上傳數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 雨量監(jiān)測

實時采集雨量數(shù)據(jù)，記錄雨量變化情況。當有降雨時，對降雨情況進行監(jiān)測，降雨量每達閥值（1 mm）時，發(fā)送一次數(shù)據(jù)。

2.2.2 水位監(jiān)測

實時監(jiān)測并記錄水位變化情況。當水位變化量達閥值（1 cm）時，發(fā)送一次數(shù)據(jù)；

2.2.3 狀態(tài)監(jiān)測

對遙測終端狀態(tài)進行監(jiān)控，查詢遠程設備工作狀態(tài)（電壓、運行情況等），設備復位等。

2.2.4 告警控制

通過設置監(jiān)測點的基準值（正常值）及報警閥值，并對實時采集數(shù)據(jù)進行分析，出現(xiàn)異常時，通過報警聲、顏色及圖標變化等方式向值班人員報警。

2.2.5 統(tǒng)計分析

水情采集數(shù)據(jù)包含有對水利建設，災害防控具有重要價值的信息。但這些數(shù)據(jù)必須進過統(tǒng)計分析后，才能以直觀的表現(xiàn)形式呈現(xiàn)出來，為水利建設、災害防控提供參考。本系統(tǒng)可設計按各種統(tǒng)計查詢條件生成滿足查詢要求的各種統(tǒng)計圖表，如各站實時降雨量數(shù)據(jù)采集表；各站實時水位變化表采集表；各站降雨量日報、月報、年報；各站水位變化日報、月報、年報；各站降雨量逐時變化統(tǒng)計圖，時間軸可以是分、小時、天、月、年等；各站水位變化逐時統(tǒng)計圖，時間軸可以是分、小時、天、月、年等；各種匯總統(tǒng)計圖表及趨勢分析圖等。

2.2.6 擴展性

系統(tǒng)要能擴展方便、靈活，滿足實際需要。

2.2.7 系統(tǒng)管理

用于系統(tǒng)基本字典信息維護，參數(shù)設置，系統(tǒng)用戶的增、刪、改管理，權(quán)限控制，口令修改等。

3 結(jié)語

隨著科學技術(shù)不斷進步和發(fā)展，水文水情監(jiān)測系統(tǒng)需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，實現(xiàn)水文監(jiān)測功能的同時滿足水文管理的要求，增強和完善系統(tǒng)服務功能，擴大監(jiān)測的覆蓋面積，減少人力、財力和物力，使資源利用率最大化。采用先進的通信方式，解決在偏遠無網(wǎng)絡地區(qū)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，建設網(wǎng)絡信息化，特別是對經(jīng)濟欠發(fā)達的西南地區(qū)水文水情監(jiān)測有重大的使用價值和現(xiàn)實意義。

本文提出的基于嵌入式的水文水情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能實現(xiàn)水文水情的實時監(jiān)測。采用無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)，可以實現(xiàn)高效率、低成本以及實時性數(shù)據(jù)傳輸。這對于目前的水文水情監(jiān)測系統(tǒng)無疑是一較大的突破和改進。基于嵌入式的水文水情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計思想還可以應用到更多的領域中，如氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測、灌區(qū)計量等野外以及偏遠地區(qū)等環(huán)境惡劣的領域。

參考文獻

[1]代顯剛.基于嵌入式ARM9和CDMA+DTU水文水情數(shù)據(jù)無線采集[D].昆明：昆明理工大學，2011.

[2]張建云.水文自動測報系統(tǒng)應用技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[3]劉澤建.嵌入式水文信息采集智能終端的研究與設計[D].廣州：廣東工業(yè)大學，2006：5.

[4]孫增義.水情自動測報技術(shù)基礎及應用[M].北京：中國水利水電出版社，1999：31-33.

[5]韋東山.嵌入式Linux應用開發(fā)完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

（責任編輯：趙中正）