楊慧杰

（天津市西青區(qū)水務局，天津 300380）

洪澇災害眾所周知，建立以防汛為目的的雨水情監(jiān)控自動化，可以優(yōu)化相關人員的工作方式，有效避免不必要的人力、物力的損失，提高工作效率，為科學、及時地進行防洪調度提供堅實基礎。采用雨水情監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時掌握排水站的工作情況、降雨量和河道水位，分析處理采集到的數據并自動生成相關報表；通過和歷年數據信息比較，為下一步的防汛工作給予決策支持，為工程和相關地區(qū)提供安全保障，為管理部門多層次信息管理和決策提供科學依據，為防汛工作發(fā)揮出更大的作用。目前該系統(tǒng)已在天津市西青區(qū)運行使用，反應良好。

1 系統(tǒng)結構

雨水情監(jiān)控系統(tǒng)集成多種自動化儀表設備用于實現(xiàn)排水站水泵運行狀況、降雨量以及河道水位等數據信息的實時監(jiān)控、采集和存儲，對數據庫中基礎數據進行統(tǒng)計分析輸出相應報表，實時發(fā)布在Web頁面上。分布式組織作為該系統(tǒng)的架構，各個部分以獨立或組合形態(tài)存在。雨水情監(jiān)控系統(tǒng)分為遙測設備，無線通信模塊，雨水情監(jiān)控系統(tǒng)終端和服務器4個部分。雨水情監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 雨水情監(jiān)控系統(tǒng)示意圖Fig.1 Hydrology development and rainfall monitoring of system detection

遙測設備負責監(jiān)控地域內數據采集和水情狀況實時監(jiān)測的工作。此外，遙測設備中的RTU還負責信息數據的處理和上傳。

雨水情監(jiān)控系統(tǒng)中無線通信模塊采用自定義通信協(xié)議實現(xiàn)數據的接收和發(fā)送功能。GPRS模塊收集RTU的串口數據；視頻無線傳輸模塊負責將視頻上傳到監(jiān)控終端，響應監(jiān)控終端的控制請求來控制攝像機的拍攝角度。

采用Ajax技術的監(jiān)控終端負責雨、水信息數據的可視化查詢、發(fā)送設備遠程控制指令、存儲傳感器數據到服務器。用戶可以通過普通電腦訪問監(jiān)控終端網頁，查詢監(jiān)控系統(tǒng)采集到的數據，生成和打印相關統(tǒng)計報表，遠程控制攝像機的拍攝角度。

服務器分為數據服務器和視頻服務器。數據服務器以SQL Server 2008[1]作為數據庫平臺，存儲監(jiān)控地域內站點信息和傳感器數據，使分析統(tǒng)計報表和歷史數據查詢成為可能。視頻服務器即硬盤錄像機存儲站點攝像機拍攝的照片和錄像，滿足用戶對歷史水文狀況影像的需求。

2 系統(tǒng)設計

2.1 Ajax技術應用

Ajax[2]是采用客戶端腳本與Web服務器進行數據交換的一組技術，全稱是AsynchronousJavaScript+XML。主要包括XHTML和CSS：文檔對象模型作為動態(tài)顯示和交互；XML和XSLT作為數據交互和操作MLHttpRequest進行異步數據接收；JavaScript進行綁定。

Ajax提供了與服務器進行異步通信的能力，可以使用戶跳出請求/響應的循環(huán)。即在瀏覽頁面內與服務器通信，對數據庫進行查詢或更新，不必整體刷新頁面，減少數據傳輸量，提高Web應用的響應速度，這樣就可以單獨間隔5 s刷新顯示雨、水情實時狀況的頁面，避免不必要頁面的刷新，降低系統(tǒng)對硬件設施的資源占有率，保證系統(tǒng)的實時性。

由于可以在頁面內與服務器進行通信，智能化的客戶端控件（例如數據表格）的構建成為可能，因此雨水情統(tǒng)計報表的生成、flash曲線展示可以輕松實現(xiàn)，為用戶提供圖形化界面，方便用戶的操作。

另外，由于智能化的客戶端控件具有自己的屬性、方法和事件，藉此可以創(chuàng)建直觀可用、豐富動態(tài)的Web用戶接口界面，在滿足用戶需求的條件下可以編輯出更加直接、美觀的頁面。

2.2 通信協(xié)議

觀測站點的遙測設備通過無線通訊模塊和中心站的監(jiān)控系統(tǒng)終端交互數據。為了滿足不同用戶的數據需求，因此設計合理的通信協(xié)議[3]成為必要。由于該監(jiān)控系統(tǒng)重點涉及到排水站水泵運行信息和實時降雨量信息的傳輸，同時基于建設成本的考慮，只對這兩種數據的傳輸通信協(xié)議作了設計。

水泵運行信息數據傳輸通信協(xié)議如表1所示。

表1 水泵運行信息數據傳輸通信協(xié)議Tab.1 Transmission communication protocol of pump operating information data

實時降雨量信息數據傳輸通信協(xié)議如表2所示。

表2 實時降雨量信息數據傳輸通信協(xié)議Tab.2 Transmission communication protocol of realtime rainfall information data

雨水情監(jiān)控系統(tǒng)采用自己定義的協(xié)議來傳輸數據，這樣既可以滿足不同用戶的需求，量身打造用戶自己的系統(tǒng)，使系統(tǒng)變得多樣化，適應性和可移植性更強；又可以避免不必要數據的傳輸，節(jié)約傳輸資源，降低系統(tǒng)的建設成本。同時自定義傳輸數據的通信協(xié)議還可以使雨水情監(jiān)控系統(tǒng)的安全性得到增強，防止國家水文信息的泄漏。

2.3 數據庫

SQL Server 2008是一個全面的數據庫平臺，使用集成的商業(yè)智能（BI）工具提供了企業(yè)級的數據管理。SQL Server 2008數據庫引擎為關系型數據和結構化數據提供了更安全可靠的存儲功能，使用戶可以構建和管理用于業(yè)務的高可用和高性能的數據應用程序。

雨水情監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)建了名為DBTempretrue的數據庫，其中包括以下表：用戶信息表DB_User、站點信息表DB_Device、水泵信息表DB_SB、水泵運行記錄表 DB_list_sb、降雨量記錄表DB_list_yl、水位觀測點信息表DB_YW、水位記錄表DB_WaterLevel。系統(tǒng)E-R圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)E-R圖Fig.2 System E-R diagram

由于雨水情監(jiān)控系統(tǒng)在汛期的操作頻繁，工作人員需要及時掌握雨、水情狀況以此下達防汛指揮命令，這就要求該系統(tǒng)盡可能要縮短查詢雨、水記錄時間，快速顯示。為此在數據庫中創(chuàng)建了索引[4]站點編號，把站點信息表、水泵信息表、水位觀測點信息表和水泵運行記錄表、降雨量記錄表、水位記錄表關聯(lián)起來，查詢操作發(fā)生時先檢索對應站點編號，再檢索該站點的雨水情信息，從而縮短查詢時間，達到快速顯示的目的。

3 系統(tǒng)功能

基于C#的雨水情監(jiān)控系統(tǒng)的目標就是為用戶提供一個水泵開停狀態(tài)、降雨量和河道水位實時監(jiān)控、運行信息采集分析統(tǒng)計處理的平臺。用戶登錄系統(tǒng)后可以查看水泵運行的實時狀況、實時降雨量和河道水位，查詢、打印水泵運行記錄、排水量、降雨量和水位等。

3.1 系統(tǒng)流程分析

系統(tǒng)基本的流程是：用戶登陸－＞主界面－＞選擇子功能－＞退出系統(tǒng)。系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)流程圖Fig.3 System flow chart

3.2 系統(tǒng)功能模塊

3.2.1 用戶管理模塊

用戶信息的增加、修改和刪除。只對擁有管理員權限的用戶開放。

3.2.2 實時監(jiān)控模塊

監(jiān)控目標地域內水泵的實時運行狀態(tài)和實時降雨量有兩種顯示方式：一是分布式站點監(jiān)控，分別顯示各個站點的水泵實時運行狀態(tài)；二是地圖監(jiān)控，顯示所有站點內的水泵實時運行狀態(tài)和實時降雨量。

地圖監(jiān)控如圖4所示。

圖4 地圖監(jiān)控Fig.4 Map monitoring

3.2.3 水泵運行狀態(tài)報表模塊

水泵運行檢測報表：記錄遙測設備是否正常工作。遙測設備異常時監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報警。

水泵運行統(tǒng)計表：以日、月和年3種方式統(tǒng)計每臺水泵的開停記錄、累計運行時長和各個站點水泵累計運行總時長。

3.2.4 排水量報表模塊

排水量統(tǒng)計表：以日、月和年3種方式統(tǒng)計每臺水泵的開停記錄、累計流量和各個站點水泵累計總流量。

3.2.5 降雨量報表模塊

圖形展示：曲線圖或者柱狀圖方式顯示某一雨量觀測點一天、一月或一年的降雨量。

全局報表：統(tǒng)計所有雨量站點一天、一月或一年的降雨量和在查詢時間內的最大降雨量和最大降雨時間段。

雨量查詢：統(tǒng)計雨量觀測點任意時段的降雨量和在查詢時間內的最大降雨量和最大降雨時間段以及該查詢時間段的最大降雨站點。

3.2.6 水位模塊

水位錄入：錄入任意時間點任意水位觀測點的水位；設置最高/最低水位、正常水位、警戒水位、汛限水位。

水位監(jiān)測：圖形或報表方式顯示某一水位觀測點一天或一月的水位。

水位統(tǒng)計總表：統(tǒng)計所有水位觀測點一月的水位。

4 結語

通過在天津市西青區(qū)的應用證明，相比于以前的系統(tǒng)，采用C#設計的雨水情監(jiān)控系統(tǒng)的實時性和可靠性都得到極大的提高，合理準確的報表為防汛工作提供了極大的幫助。雨水情監(jiān)控系統(tǒng)具有實時性和可移植性強、維護成本低等優(yōu)點，可為防汛調度決策提供及時、準確的科學依據。今后，隨著城市建設的不斷完善，雨水情監(jiān)控系統(tǒng)將增強水利部門對所轄防區(qū)水情的監(jiān)控能力，為防汛工作發(fā)揮出更大的作用。

[1] 徐安東，譚浩強.Visual C#程序設計基礎[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2] Alessandro Gallo，David Barkol，Rama Krishna Vavilala.ASP.Net Ajax in Action[M].Manning Publications，2010.

[3] Christian Nagel，Bill Evjen，Jay Glynn.C# 高級編程[M].7 版.北京：清華大學出版社，2010.

[4] 王珊，薩師煊.數據庫系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2006.■