水咸潮动态监测系统研究与应用

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　　摘   要：文章设计了基于B/S+GPRS+ZigBee无线水咸潮动态监测系统方案，并分析了系统软件功能应用情况。珠江水情中心水咸潮动态监测系统采用远程监测方案，能够实现多种实时数据的采集、处理分析、查询、存储和动态显示，实现系统故障自诊断、系统维护升级，为远程水咸潮动态监测系统提供有效保障。
　　关键词：珠江流域;水情中心;水咸潮动态监测;架构设计;软件功能
　　1    水咸潮动态监测系统设计
　　1.1  主要实现的功能
　　对珠三角部分取水口（泵站）及挂定角、竹排沙、冯马庙、沙洛围、马骝洲、大横琴、联石湾、平岗、竹银等咸情测站进行远程监控，监控中心位于珠江水情中心，监控中心对各报汛的站点进行信息整合，对各站点数据进行分析、处理、查询、存储。系统设计多个数据库，实现基础数据库资料收集、空间数据库资料收集与处理、水量调度历史数据分析，咸情、风情专业数据分析，调度综合数据分析、数据库测试等功能，咸情、风情专业数据库主要用于存储珠江河口咸情、潮位和风情等监测信息，存储的数据主要包括珠江河口各测站、水库、取水口测得的含氯度信息，当日最大含氯度统计数据，各潮位站的实时潮位过程，风向、风速、大气湿度、气压等。调度综合数据库主要用于存储西北江骨干水库及珠江三角洲主要供水水库蓄水信息、取水口取水信息、珠海澳门需水供水信息、航运信息、电站调度信息以及调水相关其他工情信息、视频信息如蓄水、取水、需水、供水等以及实时监测图像及现场采集的视频数据等。
　　1.2  监测系统架构设计
　　随着通信技术、计算机网络技术、视频技术以及大数据、云计算等技术不断发展，远程工业监测应用广泛。目前，其物理架构主要有主机集中架构、客户/服务器（Client/Server，C/S）模式、浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式，不同架构模式各有特点。目前应用较多的为B/S模式，是C/S模式的进一步网络结构的拓展模式，其物理架构清晰，客户机信息交互能力强，实时监测控制功能响应快，服务器数据处理能力大，结构设计简便，具有良好的扩展性和可移植性，系统便于维护和升级，成本低且操作灵活方便。其缺点在于服务器硬件设计要求较高，服务器承载系统数据处理的主要功能，一旦服务器瘫痪，系统将无法工作，因此，要求其服务器具有良好的安全性能和稳定性。基于项目特点，本文采用B/S模式。B/S模式多为3层结构，主要有Web服务器、浏览器/手机客户端、数据库端。浏览器/手机客户端主要实现人机交互功能，实现界面信息展示，与Web服务器进行信息交互;Web服务端实现各种业务逻辑的分析处理，数据库端实现对基础数据库、空间数据库、风情专业数据库、调度综合数据库、视频数据库等数据库数据进行存储管理[1]。
　　1.3  远程监控中心与手机客户端
　　监控中心位于珠江水情中心，作为整个监测系统的管理核心对各报汛的站点进行信息整合，对各站点数据进行分析、处理、查询、存储。远程监控中心汇聚并处理各监测点参数用于控制辅助决策，远程监控中心管理下层数据，并通过Internet实现与同省/市其他远程监控中心连接，实现资源信息的共享。手机客户端能够自动接收监控中心/紫蜂协议（ZigBee）—通用分组无线服务（General Packet Radio Service，GPRS）网关的监测数据和警情信息数据，管理人员可根据管理权限通过手机客户端主界面查询各种监测信息，例如，需要查询某潮汛站点当日最大含氯度时，通过手机界面点击查询类别，控制命令由手机客户端通过GPRS网络发送给GPRS网关，经网关网络帧格式处理后，再转发ZigBee网络中当日最大含氯度采集模块，采集模块实时动态采集到响应的参数后回传给手机客户端，实时显示到手机操作界面，实现当日最大含氯度参数数据的查询和存储功能[2]。
　　1.4  采集模块功能实现
　　采集模块主要由各种参数传感器（温度、流量、压力等）、ZigBee处理器、通信模块等构成。需要采集的数据主要包括珠江河口各测站、水库、取水口测得的含氯度、当日最大含氯度;各潮位站的实时潮位、风向、风速、大气湿度、气压等。采集模块通过各种传感器采集具体的模拟数据等参数，采集模块电路中的单仪器模数转换（Analog to Digital，A/D）模块把模拟数据转化为数字信号传送给ZigBee-GPRS系统处理器及网关，通过ZigBee网络将采集数据进行存储、分析、融合、传递发送[3]。
　　2    水咸潮动态监测系统软件应用
　　2.1  系统配置与主界面
　　水咸潮动态监测系统软件监控上位机程序与数据库可以自主选择，允许分布在不同的主机上。第一次运行软件需要对程序和服务器的IP地址、端口号进行配置，并对站点状态报告时间间隔、判定故障的检查时间进行设置，设置完成后退出程序，重新启动系统后可以应用[4]。服务器配置也可以直接进文件夹bin＼Debug下的ipendpoint.ini的文件用记事本打开，直接修改。另外，需要对各监测站点及远程终端单元（Remote Terminal Unit，RTU）进行配置，可以通过监控系统主页面进行设置。
　　2.2  站点状态监控功能实现
　　各监测站点状态可以通过软件进行实时监测，用来监测遥测站点RTU状态。软件中将“最新数据列表”“站点状态报告”“站点数据走势图”3個功能显示在同一个板块上，根据按钮的切换而变化。中间都有个“左移”小按钮，可以移到左边，显示全部的信息。
　　站点状态报告是一个辅助检查的功能，每隔一段时间系统自动检查心跳包、数据包是否到达，如果连续检查几次，心跳包或者数据包没到达，那么断定是否故障或者是否为其他原因。目前分成3种情况：RTU正常，传感器正常;RTU正常，传感器异常;RTU异常，传感器不明。移动链路是否正常，可以从客户端套接字判断。在出现该站点的客户端套接字，说明该站点的客户端套接字正常，否则可能存在移动卡欠费、站点宏电故障、太阳能没电、供电线路故障等问题。 　　报告时间可在系统配置中进行设置。一般设置5 min采集一次。上位机30 s检查一次，检查10次，如果5 min没来数据包，但心跳包又正常，系统判断为传感器异常。
　　站点状态具有状态信息功能模块。应用过程，侦听端口正常打开底色为绿色，打不开或其他故障底色自動切换为红色;数据库服务器连接正常底色为绿色，连接不上，自动切换为红色。各个站点与中心监控端连接正常，底色为绿色，否则立即变为红底色。监测点不但有底色变化警报，还可监测到最后一次数据到达时间。
　　除了站点状态报告和系统状态信息外，还有一个独立的心跳包监测模块，也可监测遥测站点RTU状态，其中，心跳包监测在遥测站点设备维护与调试应用中较为关键。
　　2.3  数据采集功能实现
　　在主页面中首先对远程设置下位机采集间隔时间进行设置，远程对下位机可以进行普通复位和RTU寄存器的复位。目前用的是上位机和下位机应答机制，召集回来的数据如有雷同，入库时系统会进行判断，只存入未存在的数据。另外，每个站点采集过来的数据需要减去一个珠基高层偏差量，其默认值为0。需要采集/停止采集数据时，启动采集和停止采集功能。
　　采集数据表显示内容主要包括站点编号、站点名称、监测日期（采集数据日期）、温度、盐度、水位、传感器电压、太阳能电压、备注（备注里可以看出收到的该条数据是定时报数据还是召集过来的数据）等信息。
　　2.4  数据查询
　　数据查询主要由实时数据、历史数据、当月数据3个板块组成。实时数据为当天的数据，其中，表格显示的是当天的所有数据，曲线展示最新288个点走势图。数据查询界面左边的下拉选项可以选择站点和监测量，另外，也可以更改实时数据自动更新时间，时间为1～10 min，共10种选择项，选择好后系统根据下拉框里的值自动变化。历史数据选项可以查询任何日期里的数据，页面左边除了站点名称和监测量下拉框外，需要选择起始日期和终止日期的选择。当月的数据查询首先在数据查询页面选择站点监测名称和监测量，然后选择年月，年月下拉框里的数字，可以点开下拉框右边黑色下三角形进行点选，也可以手动直接修改。
　　3    结语
　　水咸潮动态监测系统设计方案采用B/S+GPRS+ZigBee无线远程监测方案，能够实现多种实时数据的采集、处理分析、查询、存储和动态显示，实现系统故障自诊断、系统维护升级。为远程水咸潮动态监测系统提供有效保障。另外，通过软件对系统进行配置，可让监控中心对各报汛的站点进行信息整合，实现水量调度历史数据、咸情及风情专业数据、调度综合数据等的分析和监控，并能够实现实时监测图像及现场采集视频等动态管理功能。
　　[参考文献]
　　[1]张兵，姜周曙，王剑，等.基于B/S模式反渗透海水淡化远程监测系统研究[J].现代电子技术，2014（24）：1-4.
　　[2]汪娟.基于Web的工业远程监控系统研究与实现[D].武汉：武汉理工大学，2008.
　　[3]李松涛，尹清爽.基于Android和ZigBee的移动环境监控系统[J].计算机技术与发展，2017（3）：197-200.
　　[4]王堃，于悦，张玉华，等.面向物联网应用平台的Socket设计与优化[J].吉林大学学报（工学版），2012（S1）：290-294.
　　Abstract：In this paper， a wireless brackish tide dynamic monitoring system based on B/S+GPRS+ZigBee is designed， and the application of the software function of the system is analyzed. The dynamic monitoring system of water and salt tide in Pearl River water regime center adopts remote monitoring scheme， which can realize the collection， processing and analysis， query， storage and dynamic display of various real-time data， realize the system fault self-diagnosis， system maintenance and upgrade， and provide an effective guarantee for the remote water and salt tide dynamic monitoring system.
　　Key words：Zhujiang river basin; water regime center; dynamic monitoring of water and salt tide; architecture design; software function
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