鄭玉粦

摘? ?要：文章設(shè)計(jì)了基于B/S+GPRS+ZigBee無線水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，并分析了系統(tǒng)軟件功能應(yīng)用情況。珠江水情中心水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)多種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理分析、查詢、存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障自診斷、系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)，為遠(yuǎn)程水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供有效保障。

關(guān)鍵詞：珠江流域;水情中心;水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);架構(gòu)設(shè)計(jì);軟件功能

1? ? 水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1? 主要實(shí)現(xiàn)的功能

對(duì)珠三角部分取水口（泵站）及掛定角、竹排沙、馮馬廟、沙洛圍、馬騮洲、大橫琴、聯(lián)石灣、平崗、竹銀等咸情測(cè)站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān)控中心位于珠江水情中心，監(jiān)控中心對(duì)各報(bào)汛的站點(diǎn)進(jìn)行信息整合，對(duì)各站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、查詢、存儲(chǔ)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)多個(gè)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫資料收集、空間數(shù)據(jù)庫資料收集與處理、水量調(diào)度歷史數(shù)據(jù)分析，咸情、風(fēng)情專業(yè)數(shù)據(jù)分析，調(diào)度綜合數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫測(cè)試等功能，咸情、風(fēng)情專業(yè)數(shù)據(jù)庫主要用于存儲(chǔ)珠江河口咸情、潮位和風(fēng)情等監(jiān)測(cè)信息，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)主要包括珠江河口各測(cè)站、水庫、取水口測(cè)得的含氯度信息，當(dāng)日最大含氯度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，各潮位站的實(shí)時(shí)潮位過程，風(fēng)向、風(fēng)速、大氣濕度、氣壓等。調(diào)度綜合數(shù)據(jù)庫主要用于存儲(chǔ)西北江骨干水庫及珠江三角洲主要供水水庫蓄水信息、取水口取水信息、珠海澳門需水供水信息、航運(yùn)信息、電站調(diào)度信息以及調(diào)水相關(guān)其他工情信息、視頻信息如蓄水、取水、需水、供水等以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖像及現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻數(shù)據(jù)等。

1.2? 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用廣泛。目前，其物理架構(gòu)主要有主機(jī)集中架構(gòu)、客戶/服務(wù)器（Client/Server，C/S）模式、瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）模式，不同架構(gòu)模式各有特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的為B/S模式，是C/S模式的進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓展模式，其物理架構(gòu)清晰，客戶機(jī)信息交互能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制功能響應(yīng)快，服務(wù)器數(shù)據(jù)處理能力大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，具有良好的擴(kuò)展性和可移植性，系統(tǒng)便于維護(hù)和升級(jí)，成本低且操作靈活方便。其缺點(diǎn)在于服務(wù)器硬件設(shè)計(jì)要求較高，服務(wù)器承載系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的主要功能，一旦服務(wù)器癱瘓，系統(tǒng)將無法工作，因此，要求其服務(wù)器具有良好的安全性能和穩(wěn)定性。基于項(xiàng)目特點(diǎn)，本文采用B/S模式。B/S模式多為3層結(jié)構(gòu)，主要有Web服務(wù)器、瀏覽器/手機(jī)客戶端、數(shù)據(jù)庫端。瀏覽器/手機(jī)客戶端主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，實(shí)現(xiàn)界面信息展示，與Web服務(wù)器進(jìn)行信息交互;Web服務(wù)端實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)邏輯的分析處理，數(shù)據(jù)庫端實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、風(fēng)情專業(yè)數(shù)據(jù)庫、調(diào)度綜合數(shù)據(jù)庫、視頻數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理[1]。

1.3? 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與手機(jī)客戶端

監(jiān)控中心位于珠江水情中心，作為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理核心對(duì)各報(bào)汛的站點(diǎn)進(jìn)行信息整合，對(duì)各站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、查詢、存儲(chǔ)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心匯聚并處理各監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)用于控制輔助決策，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心管理下層數(shù)據(jù)，并通過Internet實(shí)現(xiàn)與同省/市其他遠(yuǎn)程監(jiān)控中心連接，實(shí)現(xiàn)資源信息的共享。手機(jī)客戶端能夠自動(dòng)接收監(jiān)控中心/紫蜂協(xié)議（ZigBee）—通用分組無線服務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）網(wǎng)關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和警情信息數(shù)據(jù)，管理人員可根據(jù)管理權(quán)限通過手機(jī)客戶端主界面查詢各種監(jiān)測(cè)信息，例如，需要查詢某潮汛站點(diǎn)當(dāng)日最大含氯度時(shí)，通過手機(jī)界面點(diǎn)擊查詢類別，控制命令由手機(jī)客戶端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給GPRS網(wǎng)關(guān)，經(jīng)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)幀格式處理后，再轉(zhuǎn)發(fā)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)日最大含氯度采集模塊，采集模塊實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集到響應(yīng)的參數(shù)后回傳給手機(jī)客戶端，實(shí)時(shí)顯示到手機(jī)操作界面，實(shí)現(xiàn)當(dāng)日最大含氯度參數(shù)數(shù)據(jù)的查詢和存儲(chǔ)功能[2]。

1.4? 采集模塊功能實(shí)現(xiàn)

采集模塊主要由各種參數(shù)傳感器（溫度、流量、壓力等）、ZigBee處理器、通信模塊等構(gòu)成。需要采集的數(shù)據(jù)主要包括珠江河口各測(cè)站、水庫、取水口測(cè)得的含氯度、當(dāng)日最大含氯度;各潮位站的實(shí)時(shí)潮位、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣濕度、氣壓等。采集模塊通過各種傳感器采集具體的模擬數(shù)據(jù)等參數(shù)，采集模塊電路中的單儀器模數(shù)轉(zhuǎn)換（Analog to Digital，A/D）模塊把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳送給ZigBee-GPRS系統(tǒng)處理器及網(wǎng)關(guān)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、融合、傳遞發(fā)送[3]。

2? ? 水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件應(yīng)用

2.1? 系統(tǒng)配置與主界面

水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件監(jiān)控上位機(jī)程序與數(shù)據(jù)庫可以自主選擇，允許分布在不同的主機(jī)上。第一次運(yùn)行軟件需要對(duì)程序和服務(wù)器的IP地址、端口號(hào)進(jìn)行配置，并對(duì)站點(diǎn)狀態(tài)報(bào)告時(shí)間間隔、判定故障的檢查時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后退出程序，重新啟動(dòng)系統(tǒng)后可以應(yīng)用[4]。服務(wù)器配置也可以直接進(jìn)文件夾bin＼Debug下的ipendpoint.ini的文件用記事本打開，直接修改。另外，需要對(duì)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)及遠(yuǎn)程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）進(jìn)行配置，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)主頁面進(jìn)行設(shè)置。

2.2? 站點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)狀態(tài)可以通過軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用來監(jiān)測(cè)遙測(cè)站點(diǎn)RTU狀態(tài)。軟件中將“最新數(shù)據(jù)列表”“站點(diǎn)狀態(tài)報(bào)告”“站點(diǎn)數(shù)據(jù)走勢(shì)圖”3個(gè)功能顯示在同一個(gè)板塊上，根據(jù)按鈕的切換而變化。中間都有個(gè)“左移”小按鈕，可以移到左邊，顯示全部的信息。

站點(diǎn)狀態(tài)報(bào)告是一個(gè)輔助檢查的功能，每隔一段時(shí)間系統(tǒng)自動(dòng)檢查心跳包、數(shù)據(jù)包是否到達(dá)，如果連續(xù)檢查幾次，心跳包或者數(shù)據(jù)包沒到達(dá)，那么斷定是否故障或者是否為其他原因。目前分成3種情況：RTU正常，傳感器正常;RTU正常，傳感器異常;RTU異常，傳感器不明。移動(dòng)鏈路是否正常，可以從客戶端套接字判斷。在出現(xiàn)該站點(diǎn)的客戶端套接字，說明該站點(diǎn)的客戶端套接字正常，否則可能存在移動(dòng)卡欠費(fèi)、站點(diǎn)宏電故障、太陽能沒電、供電線路故障等問題。

報(bào)告時(shí)間可在系統(tǒng)配置中進(jìn)行設(shè)置。一般設(shè)置5 min采集一次。上位機(jī)30 s檢查一次，檢查10次，如果5 min沒來數(shù)據(jù)包，但心跳包又正常，系統(tǒng)判斷為傳感器異常。

站點(diǎn)狀態(tài)具有狀態(tài)信息功能模塊。應(yīng)用過程，偵聽端口正常打開底色為綠色，打不開或其他故障底色自動(dòng)切換為紅色;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接正常底色為綠色，連接不上，自動(dòng)切換為紅色。各個(gè)站點(diǎn)與中心監(jiān)控端連接正常，底色為綠色，否則立即變?yōu)榧t底色。監(jiān)測(cè)點(diǎn)不但有底色變化警報(bào)，還可監(jiān)測(cè)到最后一次數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間。

除了站點(diǎn)狀態(tài)報(bào)告和系統(tǒng)狀態(tài)信息外，還有一個(gè)獨(dú)立的心跳包監(jiān)測(cè)模塊，也可監(jiān)測(cè)遙測(cè)站點(diǎn)RTU狀態(tài)，其中，心跳包監(jiān)測(cè)在遙測(cè)站點(diǎn)設(shè)備維護(hù)與調(diào)試應(yīng)用中較為關(guān)鍵。

2.3? 數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)

在主頁面中首先對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)置下位機(jī)采集間隔時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，遠(yuǎn)程對(duì)下位機(jī)可以進(jìn)行普通復(fù)位和RTU寄存器的復(fù)位。目前用的是上位機(jī)和下位機(jī)應(yīng)答機(jī)制，召集回來的數(shù)據(jù)如有雷同，入庫時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行判斷，只存入未存在的數(shù)據(jù)。另外，每個(gè)站點(diǎn)采集過來的數(shù)據(jù)需要減去一個(gè)珠基高層偏差量，其默認(rèn)值為0。需要采集/停止采集數(shù)據(jù)時(shí)，啟動(dòng)采集和停止采集功能。

采集數(shù)據(jù)表顯示內(nèi)容主要包括站點(diǎn)編號(hào)、站點(diǎn)名稱、監(jiān)測(cè)日期（采集數(shù)據(jù)日期）、溫度、鹽度、水位、傳感器電壓、太陽能電壓、備注（備注里可以看出收到的該條數(shù)據(jù)是定時(shí)報(bào)數(shù)據(jù)還是召集過來的數(shù)據(jù)）等信息。

2.4? 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢主要由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、當(dāng)月數(shù)據(jù)3個(gè)板塊組成。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為當(dāng)天的數(shù)據(jù)，其中，表格顯示的是當(dāng)天的所有數(shù)據(jù)，曲線展示最新288個(gè)點(diǎn)走勢(shì)圖。數(shù)據(jù)查詢界面左邊的下拉選項(xiàng)可以選擇站點(diǎn)和監(jiān)測(cè)量，另外，也可以更改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)更新時(shí)間，時(shí)間為1～10 min，共10種選擇項(xiàng)，選擇好后系統(tǒng)根據(jù)下拉框里的值自動(dòng)變化。歷史數(shù)據(jù)選項(xiàng)可以查詢?nèi)魏稳掌诶锏臄?shù)據(jù)，頁面左邊除了站點(diǎn)名稱和監(jiān)測(cè)量下拉框外，需要選擇起始日期和終止日期的選擇。當(dāng)月的數(shù)據(jù)查詢首先在數(shù)據(jù)查詢頁面選擇站點(diǎn)監(jiān)測(cè)名稱和監(jiān)測(cè)量，然后選擇年月，年月下拉框里的數(shù)字，可以點(diǎn)開下拉框右邊黑色下三角形進(jìn)行點(diǎn)選，也可以手動(dòng)直接修改。

3? ? 結(jié)語

水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用B/S+GPRS+ZigBee無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)多種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理分析、查詢、存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障自診斷、系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)。為遠(yuǎn)程水咸潮動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供有效保障。另外，通過軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，可讓監(jiān)控中心對(duì)各報(bào)汛的站點(diǎn)進(jìn)行信息整合，實(shí)現(xiàn)水量調(diào)度歷史數(shù)據(jù)、咸情及風(fēng)情專業(yè)數(shù)據(jù)、調(diào)度綜合數(shù)據(jù)等的分析和監(jiān)控，并能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖像及現(xiàn)場(chǎng)采集視頻等動(dòng)態(tài)管理功能。

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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