陳果

摘 要 在信息少、采集點(diǎn)分散、技術(shù)薄弱、地處偏遠(yuǎn)山嶺的流域、水庫，如何實(shí)時監(jiān)測水情，保證河道、水庫安全，進(jìn)行災(zāi)害預(yù)防和控制；提高水資源開發(fā)利用、聯(lián)合調(diào)度、科學(xué)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(shí)現(xiàn)一對多的通訊。系統(tǒng)具有多種工作方式，功能擴(kuò)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(xiàn)標(biāo)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(jìn)行災(zāi)害預(yù)防和控制等的一項(xiàng)重要工作。也是水利、水務(wù)部門的一項(xiàng)日常工作。四川省流域、水庫眾多，防汛任務(wù)十分艱巨，特別在震后及大旱后[1]。嚴(yán)重的干旱會導(dǎo)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(zāi)發(fā)生特點(diǎn)進(jìn)行分析后認(rèn)為，2008-2012年，四川省將進(jìn)入洪水特大災(zāi)害高發(fā)期。如何自動實(shí)時監(jiān)測水情，保證河道、水庫安全，進(jìn)行災(zāi)害預(yù)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(xué)管理水資源提供科學(xué)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(yuǎn)的山嶺地帶，缺電、環(huán)境惡劣、信息采集點(diǎn)分散、各采集點(diǎn)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(zāi)害提供現(xiàn)代化的技術(shù)支持和服務(wù)，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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)水文水情的實(shí)時監(jiān)測，而且采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?、低成本及?shí)時性[2]。

各采集點(diǎn)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(diǎn)）與中心采用領(lǐng)牌通訊方式[3]。申請一個域名地址，建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，遙測終端定時或觸發(fā)方式訪問網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)地址信息，中心站也定時或人工干預(yù)方式訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的領(lǐng)牌，讀取數(shù)據(jù)或發(fā)布命令。采用令牌通訊方式，實(shí)現(xiàn)一對多通訊。同時，可節(jié)約網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫空間，減少費(fèi)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(bào)式、查詢應(yīng)答式和自報(bào)/查詢應(yīng)答式3種工作方式之一。

2.1.1 自報(bào)式

自報(bào)式是一種不受中心站指令控制的工作方式，當(dāng)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(yù)先規(guī)定的數(shù)據(jù)變化時，自動向上位機(jī)服務(wù)器中心發(fā)送水文水情信息。采用自報(bào)式工作方式，設(shè)備功耗低，實(shí)時性強(qiáng)。

2.1.2 查詢應(yīng)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(wù)器中心，只有當(dāng)中心站發(fā)出查詢指令時，才將水文水情信息上傳。特點(diǎn)是可控性好，中心服務(wù)器可以隨機(jī)或定時地對遙測終端進(jìn)行巡測[5]。缺點(diǎn)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(bào)/查詢應(yīng)答式

以自報(bào)式為主，查詢應(yīng)答式作為輔助。綜合自報(bào)和應(yīng)答2種方式的特點(diǎn)，既能實(shí)時自報(bào)，又具有受控功能，功能相對較強(qiáng)。可以定時、定點(diǎn)、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(shí)時采集雨量數(shù)據(jù)，記錄雨量變化情況。當(dāng)有降雨時，對降雨情況進(jìn)行監(jiān)測，降雨量每達(dá)閥值（1 mm）時，發(fā)送一次數(shù)據(jù)。

2.2.2 水位監(jiān)測

實(shí)時監(jiān)測并記錄水位變化情況。當(dāng)水位變化量達(dá)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(jìn)行監(jiān)控，查詢遠(yuǎn)程設(shè)備工作狀態(tài)（電壓、運(yùn)行情況等），設(shè)備復(fù)位等。

2.2.4 告警控制

通過設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)的基準(zhǔn)值（正常值）及報(bào)警閥值，并對實(shí)時采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，出現(xiàn)異常時，通過報(bào)警聲、顏色及圖標(biāo)變化等方式向值班人員報(bào)警。

2.2.5 統(tǒng)計(jì)分析

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

2.2.6 擴(kuò)展性

系統(tǒng)要能擴(kuò)展方便、靈活，滿足實(shí)際需要。

2.2.7 系統(tǒng)管理

用于系統(tǒng)基本字典信息維護(hù)，參數(shù)設(shè)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(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展，水文水情監(jiān)測系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，實(shí)現(xiàn)水文監(jiān)測功能的同時滿足水文管理的要求，增強(qiáng)和完善系統(tǒng)服務(wù)功能，擴(kuò)大監(jiān)測的覆蓋面積，減少人力、財(cái)力和物力，使資源利用率最大化。采用先進(jìn)的通信方式，解決在偏遠(yuǎn)無網(wǎng)絡(luò)地區(qū)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)信息化，特別是對經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)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(shí)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(shí)現(xiàn)水文水情的實(shí)時監(jiān)測。采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高效率、低成本以及實(shí)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(jìn)?；谇度胧降乃乃閿?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想還可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中，如氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測、灌區(qū)計(jì)量等野外以及偏遠(yuǎn)地區(qū)等環(huán)境惡劣的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[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(xué)，2011.

[2]張建云.水文自動測報(bào)系統(tǒng)應(yīng)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(shè)計(jì)[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2006：5.

[4]孫增義.水情自動測報(bào)技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)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(yīng)用開發(fā)完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

（責(zé)任編輯：趙中正）