基于物聯(lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊　婷

（濟(jì)南市水文局,濟(jì)南 250014）

基于物聯(lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊婷

（濟(jì)南市水文局,濟(jì)南 250014）

為了提高水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸效率，基于物聯(lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域當(dāng)中。這種水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅將目前包含的各種傳感器整合到了一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，提高了水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，還能更為迅速地分析水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到具體水文情況，為水文監(jiān)測(cè)提供保障。

物聯(lián)網(wǎng);水文監(jiān)測(cè);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)指的是利用網(wǎng)絡(luò)連接把傳感設(shè)備連接起來(lái)形成一個(gè)系統(tǒng)，傳感設(shè)備之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換等，從而達(dá)到自動(dòng)化識(shí)別、定位、監(jiān)控等目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，這三種技術(shù)給目前的水文監(jiān)測(cè)提供了極大的便利，使得水文監(jiān)測(cè)傳感數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，分析更加迅速，信息傳播速度也大大加快，促使水文監(jiān)測(cè)技術(shù)慢慢走向成熟。本文對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，希望能對(duì)水文監(jiān)測(cè)有所幫助。

1　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括三大部分：采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)。其中采集系統(tǒng)包括Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、通信系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程終端，主要工作內(nèi)容是采集數(shù)據(jù)、控制現(xiàn)場(chǎng)、初步儲(chǔ)存數(shù)據(jù)等；通訊系統(tǒng)包括GPRS通訊系統(tǒng)、短信通訊系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和撥號(hào)通訊系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)將采集系統(tǒng)所采集儲(chǔ)存到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)，或者將數(shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)的命令傳輸?shù)讲杉到y(tǒng)；而數(shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)包括通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，其主要作用是分析從采集系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)情況給采集系統(tǒng)下達(dá)命令[1]。

2　基于物聯(lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)常年處于戶外，且處于河道位置，所以環(huán)境的變化會(huì)比較大，在選擇監(jiān)測(cè)時(shí)需要考慮到環(huán)境因素，需要適應(yīng)高溫、潮濕、雷雨、大風(fēng)、冰雪等不同的環(huán)境，并適當(dāng)添加防護(hù)層，盡量避免外界侵蝕和雷電襲擊等。

信息采集系統(tǒng)的工作原理是傳感設(shè)備首先采集數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)A/ D的轉(zhuǎn)換方式，由Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將采集的信息傳輸?shù)教幚硐到y(tǒng)，經(jīng)處理后將數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)當(dāng)中。

2.1.1 Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的架設(shè)

由于水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要采集許多的數(shù)據(jù)，而且監(jiān)測(cè)設(shè)備常年位于戶外區(qū)域，所以為了保證傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，就必須要保證無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的正常通訊。在水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中通常都是使用Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這種無(wú)線通訊方式具有能耗低、成本低、延遲低、容量大等特點(diǎn)，通過(guò)在一定范圍內(nèi)建設(shè)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無(wú)線通訊的目的，每個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離大約為75米。

2.1.2 臨時(shí)數(shù)據(jù)處理器的設(shè)計(jì)

臨時(shí)數(shù)據(jù)處理器是信息采集系統(tǒng)的控制中心，它的性能好壞直接決定了傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析控制中心的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。臨時(shí)數(shù)據(jù)處理器主要是對(duì)傳感器收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)儲(chǔ)存、初步處理和轉(zhuǎn)發(fā)，所以需要大量的存儲(chǔ)空間和良好的計(jì)算性能，而且還要有快速的數(shù)據(jù)傳輸能力。

2.1.3 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期處于戶外，所以可以利用戶外的資源，減少電能的消耗。可以采取太陽(yáng)能電池+鋰離子電池兩種供電方式結(jié)合的方法為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電，白天陽(yáng)光比較充足的時(shí)候開(kāi)啟太陽(yáng)能電池，邊充電邊供電，晚上或者光線不足的白天，則使用鋰離子電池供電。2.2遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)一般是使用GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或者衛(wèi)星通訊方式。在GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)下，通訊系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟PPP撥號(hào)，并構(gòu)建一條TCP/IP的通訊通道，然后連接到網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信方式實(shí)現(xiàn)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部的信息傳遞。但是GPRS通訊系統(tǒng)如果長(zhǎng)期沒(méi)有數(shù)據(jù)的傳遞，那么自動(dòng)保存創(chuàng)建的TCP/IP通道將會(huì)丟失，再次開(kāi)啟時(shí)需要重新走一遍激活流程，影響數(shù)據(jù)的傳遞。所以為了保證TCP/ IP通道的活性，需要增加定時(shí)激活程序，每過(guò)一段時(shí)間，程序自動(dòng)通過(guò)GPRS傳輸數(shù)據(jù)，使通道不會(huì)出現(xiàn)丟失現(xiàn)象[2]。

2.3 數(shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)可以將調(diào)制適配器作為與信息采集系統(tǒng)連接的通信設(shè)備，并且另一個(gè)插口可以連接監(jiān)聽(tīng)設(shè)備，在同一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中連接多個(gè)服務(wù)器，達(dá)到集信息監(jiān)聽(tīng)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)分析、信息發(fā)布為一體的目的。

MonitorServer系統(tǒng)中自帶的服務(wù)器監(jiān)控功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器消息的監(jiān)控和監(jiān)聽(tīng)服務(wù)，通過(guò)對(duì)調(diào)制適配器的監(jiān)聽(tīng)，將信息傳遞到數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置中，并做好數(shù)據(jù)記錄。此外MonitorServer系統(tǒng)還負(fù)責(zé)將監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)的命令傳輸?shù)叫畔⒉杉到y(tǒng)。

DBServer系統(tǒng)安裝了數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，可以將傳輸進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，以便提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。

WebServer系統(tǒng)可以用動(dòng)態(tài)的方式展示數(shù)據(jù)的變化，通過(guò)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取數(shù)據(jù)，及時(shí)刷新局部的頁(yè)面，使得頁(yè)面以動(dòng)態(tài)的方式展現(xiàn)出來(lái)，更清晰明了地顯示數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。

Web服務(wù)器數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可以查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、整理和分析數(shù)據(jù)、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)等[3]。

3　結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，傳感器技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，尤其是傳感器的精度和適用性，都有了明顯的提高，隨之進(jìn)步的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也開(kāi)始逐漸融入水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，大大推動(dòng)了水文監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化進(jìn)程，減少了人力物力的投入，提高了水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，對(duì)于水文監(jiān)測(cè)有重要意義。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程中，要注意對(duì)傳感設(shè)備的保護(hù)，保證數(shù)據(jù)采集的順利進(jìn)行；注意遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的選擇，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞?；注意?shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)的選擇，保證數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。只有保證水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每個(gè)部分的正常工作，才能保證水文監(jiān)測(cè)能達(dá)到應(yīng)有的效果，使水文監(jiān)測(cè)達(dá)到新的高度。

[1]張洋洋,趙建平,徐娟娟.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].通信技術(shù),2012,45(04):108-111.

[2]蔡彬彬.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在河流水位監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,12(01):15-17.

[3]張?jiān)?蔡彬彬.基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2012,23(03):173-175.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.142

楊婷（1980-）,女,山東壽光人,本科,工程師,主要從事水文水資源研究。