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[摘 要]以移动通信网络为载体，连通监测站与数据中心，测站以自动监控及RTU为核心，实现水位信息的采集、传输及接收信息中心控制指令和发送信息到信息中心等功能，并上传到控制中心。为辅助调度、提高科学管理水平提供数据支持。
[关键词]通信网络 自动测报 遥测站
中图分类号：F138 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0080-01
1、引言
水位数据一直是相关部门需要掌握的重要信息。水位远程遥测系统将会发挥巨大的作用。水位数据的自动化遥测、处理和存储为航道信息化发展奠定了基础。在很多方面都要对水位进行监测，但一些监测地点不能用人工来监测，为了保证通航安全，提高工作效率，利用信息化技术，通过水位遥测系统，工作人员在数据中心就能对水位进行监测。设计研究一款具有先进性、稳定性及实用性的系统，对航道的建设具有长远的实际意义。
2、系统设计
2.1 总体阐述
为保证系统可靠、有效地运行并充分发挥其作用，系统必须应用新的自动测报技术、利用现代通信技术和远地编程控制技术，遥测站采用测、报、控一体化的结构设计，它由传感器、遥测终端、通信终端、电源系统及安装设施等部分组成，实时完成水位数据的采集、传输和处理，在无人值守的情况下快速准确地掌握所需区域的水深等水文信息。并传送至各有关业务部门，实现水位动态显示、自动报警、数据统计分析、信息查询等功能，为航道养护、业务管理与安全通航具体重大支撑作用。
水位遥报系统以一中心两层分控的模式进行建设。遥测站定时采集水位数据，通过移动通信网络将数据发送至数据中心，数据中心处理后将水位数据存储到数据库当中，下属局、航道段可对水位数据进行调取。其系统逻辑图见图1所示。
在遥测系统中可灵活的对所管理的水位遥测遥报站进行水位信息实时查询。查询命令通过系统向水位数据采集硬件设备（RTU）进行发送，执行完毕后回传的实时水位数据可自动反映在系统上。
2.2 水文遥报实现如下功能
1）水位信息的定时上报
水位站可根据预设的时间，每天周期性的对站点的水位数据进行自动的测量和上报。定时上报的时间应可于航道综合管理系统端进行远程的设置。
2）水位信息实时查询
在航道综合管理系统中可灵活的对所管理的水位遥测遥报站进行水位信息实时查询。查询命令通过系统向水位数据采集硬件设备（RTU）进行发送，执行完毕后回传的实时水位数据可自动反映在系统电子航道图上。
各下属航道管理处对水位的信息查询命令将通过航道综合管理系统统一下发及反馈。
3）水位信息报警
水位的信息预警可以分为最低通航水位报警、洪水报警、水位突变报警。最低通航水位即当某江段的水位低于通航水位即发出报警信息；洪水报警即洪水期水位高于特定值，影响了通航安全而发出报警；如果某时段的水位变化过大，影响了通航安全，也可以发出警报。根据系统接收的实时水位数据，当水位值低于最低通航水位、高于洪水水位或者水位变化过大时，系统自动发出報警信息，为通航管理提供辅助决策支持。
4）数据存储
水位信息的定时上报、水位信息实时查询、水位信息报警所获的全部信息可存储于数据库相关数据表中，并记录信息时间已备查。
2.3 水位采集
我国已应用的水位遥测终端主要有气泡式水位计、浮子式水位计和超声波水位计等类型。浮子式水位计主要安装在水位测井的观测站；超声波水位计主要安装在含沙量大、易淤积的观测站；压力式水位计适用于边滩较宽或因其它地形限制不能修建水位测井的测站。根据原理、结构特点和性能的不同，压力式水位计可分为投入式和气泡式两类，其适用条件和范围不尽相同，其特点如下：
1）浮子式水位传感器
工作原理：通过水的浮力监测水位的变化，随着浮子在水面上下的变化监测水位的数值。工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮中。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位数值增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位数值减小。该传感器具有稳定高，性能可靠，运用广泛，价格相对较低等特点。
2）气泡式水位传感器
原理：水位计将气体滤净后，气泵把气体通过逆止阀灌入气缸中，气缸中两路控制器将气体分别传输到压力传感器和水下气管，当停气时，逆止阀关闭，水下气管被气体关闭。这样就构造成了与外界隔离的密闭空间。通过压力传递，在通气管道内的气体达到动态平衡时，水下气管口感知的压力通过通气管传输到控制单元的传感器上，水下气管口的压力和控制单元的传感器所承受的压力相等，用此压力值减去大气压力值，即可得到水头的净压值，从而便可得出测量水位值。气泡式水位计具有准确度高，抗干扰，使用时间长，适用于大中小河流、水库等场合。气泡水位计有两种采集模式：1、定时采集：根据设置的间隔时间，每隔一段时间自动进行采集；2、指令控制采集：上位机使用控制指令控制设备进行采集。
2.4 通信方式
我国在水位遥测系统中采用的通信方式有：卫星通信、CDMA、PSTN等通信手段。水位测量地点多安装在偏远地区，经实地考察，测量各信号稳定性和通信成本等因素，本系统依托移动通信方式进行数据通信。相对低廉的连接费用资源利用率高在GSM网络中，GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。GPRS是通用分组无线业务的简称，是在GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、频带、突发结构、跳频规则以及同样的TDMA帧结构。GPRS允许用户在端到端分组模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。
2.5 监测站结构
确保系统的稳定运行，遥测站安装技术先进的监测设备，按照实际需求测量水位值。监测站是由传感器、自动监控及RTU、通信设备和供电系统等部分组成，遥测站数据采集采用事件启动、定时采样和指令查询方式。以RTU为核心，将水位数据的采集、处理、及控制指令通过移动通信传至数据中心。采集时间、水位值预警范围，数据传输信道和传输路径的选择，都能进行现场或远程设定。
3、结束语
通过最可靠、最经济的移动通信方式，将流域内各遥测站点的水文数据，实时的采集并传输进入计算机系统，即使在偏远水域，数据中心也可以通过该系统查询任意时刻的水位数值，并对水位信息进行处理、分析等工作。不仅为通航船舶提供安全行驶的重要信息还为汛期的数据分析提供相应依据。该系统为相关部门指挥防洪抗灾，科学调度，正确决策作出了应有的贡献。
参考文献
[1] 文志成.GPRS网络技术[M]，北京：电子工业出版社，2005.9.
[2] 王吉星；利用GPRS网络进行水情报汛的应用实践[J]；水利水文自动化；2005年01期.
[3] 吴东俊；郭易；马岚；GPRS通信在水情自动测报系统中的应用[J]；水电站机电技术；2010年03期.
[关键词]通信网络 自动测报 遥测站
中图分类号：F138 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0080-01
1、引言
水位数据一直是相关部门需要掌握的重要信息。水位远程遥测系统将会发挥巨大的作用。水位数据的自动化遥测、处理和存储为航道信息化发展奠定了基础。在很多方面都要对水位进行监测，但一些监测地点不能用人工来监测，为了保证通航安全，提高工作效率，利用信息化技术，通过水位遥测系统，工作人员在数据中心就能对水位进行监测。设计研究一款具有先进性、稳定性及实用性的系统，对航道的建设具有长远的实际意义。
2、系统设计
2.1 总体阐述
为保证系统可靠、有效地运行并充分发挥其作用，系统必须应用新的自动测报技术、利用现代通信技术和远地编程控制技术，遥测站采用测、报、控一体化的结构设计，它由传感器、遥测终端、通信终端、电源系统及安装设施等部分组成，实时完成水位数据的采集、传输和处理，在无人值守的情况下快速准确地掌握所需区域的水深等水文信息。并传送至各有关业务部门，实现水位动态显示、自动报警、数据统计分析、信息查询等功能，为航道养护、业务管理与安全通航具体重大支撑作用。
水位遥报系统以一中心两层分控的模式进行建设。遥测站定时采集水位数据，通过移动通信网络将数据发送至数据中心，数据中心处理后将水位数据存储到数据库当中，下属局、航道段可对水位数据进行调取。其系统逻辑图见图1所示。
在遥测系统中可灵活的对所管理的水位遥测遥报站进行水位信息实时查询。查询命令通过系统向水位数据采集硬件设备（RTU）进行发送，执行完毕后回传的实时水位数据可自动反映在系统上。
2.2 水文遥报实现如下功能
1）水位信息的定时上报
水位站可根据预设的时间，每天周期性的对站点的水位数据进行自动的测量和上报。定时上报的时间应可于航道综合管理系统端进行远程的设置。
2）水位信息实时查询
在航道综合管理系统中可灵活的对所管理的水位遥测遥报站进行水位信息实时查询。查询命令通过系统向水位数据采集硬件设备（RTU）进行发送，执行完毕后回传的实时水位数据可自动反映在系统电子航道图上。
各下属航道管理处对水位的信息查询命令将通过航道综合管理系统统一下发及反馈。
3）水位信息报警
水位的信息预警可以分为最低通航水位报警、洪水报警、水位突变报警。最低通航水位即当某江段的水位低于通航水位即发出报警信息；洪水报警即洪水期水位高于特定值，影响了通航安全而发出报警；如果某时段的水位变化过大，影响了通航安全，也可以发出警报。根据系统接收的实时水位数据，当水位值低于最低通航水位、高于洪水水位或者水位变化过大时，系统自动发出報警信息，为通航管理提供辅助决策支持。
4）数据存储
水位信息的定时上报、水位信息实时查询、水位信息报警所获的全部信息可存储于数据库相关数据表中，并记录信息时间已备查。
2.3 水位采集
我国已应用的水位遥测终端主要有气泡式水位计、浮子式水位计和超声波水位计等类型。浮子式水位计主要安装在水位测井的观测站；超声波水位计主要安装在含沙量大、易淤积的观测站；压力式水位计适用于边滩较宽或因其它地形限制不能修建水位测井的测站。根据原理、结构特点和性能的不同，压力式水位计可分为投入式和气泡式两类，其适用条件和范围不尽相同，其特点如下：
1）浮子式水位传感器
工作原理：通过水的浮力监测水位的变化，随着浮子在水面上下的变化监测水位的数值。工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮中。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位数值增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位数值减小。该传感器具有稳定高，性能可靠，运用广泛，价格相对较低等特点。
2）气泡式水位传感器
原理：水位计将气体滤净后，气泵把气体通过逆止阀灌入气缸中，气缸中两路控制器将气体分别传输到压力传感器和水下气管，当停气时，逆止阀关闭，水下气管被气体关闭。这样就构造成了与外界隔离的密闭空间。通过压力传递，在通气管道内的气体达到动态平衡时，水下气管口感知的压力通过通气管传输到控制单元的传感器上，水下气管口的压力和控制单元的传感器所承受的压力相等，用此压力值减去大气压力值，即可得到水头的净压值，从而便可得出测量水位值。气泡式水位计具有准确度高，抗干扰，使用时间长，适用于大中小河流、水库等场合。气泡水位计有两种采集模式：1、定时采集：根据设置的间隔时间，每隔一段时间自动进行采集；2、指令控制采集：上位机使用控制指令控制设备进行采集。
2.4 通信方式
我国在水位遥测系统中采用的通信方式有：卫星通信、CDMA、PSTN等通信手段。水位测量地点多安装在偏远地区，经实地考察，测量各信号稳定性和通信成本等因素，本系统依托移动通信方式进行数据通信。相对低廉的连接费用资源利用率高在GSM网络中，GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。GPRS是通用分组无线业务的简称，是在GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、频带、突发结构、跳频规则以及同样的TDMA帧结构。GPRS允许用户在端到端分组模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。
2.5 监测站结构
确保系统的稳定运行，遥测站安装技术先进的监测设备，按照实际需求测量水位值。监测站是由传感器、自动监控及RTU、通信设备和供电系统等部分组成，遥测站数据采集采用事件启动、定时采样和指令查询方式。以RTU为核心，将水位数据的采集、处理、及控制指令通过移动通信传至数据中心。采集时间、水位值预警范围，数据传输信道和传输路径的选择，都能进行现场或远程设定。
3、结束语
通过最可靠、最经济的移动通信方式，将流域内各遥测站点的水文数据，实时的采集并传输进入计算机系统，即使在偏远水域，数据中心也可以通过该系统查询任意时刻的水位数值，并对水位信息进行处理、分析等工作。不仅为通航船舶提供安全行驶的重要信息还为汛期的数据分析提供相应依据。该系统为相关部门指挥防洪抗灾，科学调度，正确决策作出了应有的贡献。
参考文献
[1] 文志成.GPRS网络技术[M]，北京：电子工业出版社，2005.9.
[2] 王吉星；利用GPRS网络进行水情报汛的应用实践[J]；水利水文自动化；2005年01期.
[3] 吴东俊；郭易；马岚；GPRS通信在水情自动测报系统中的应用[J]；水电站机电技术；2010年03期.