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1、1实时防汛信息动态采集、传输、网络处理系统设计与开发1 系统概述1 . 1 引言防汛抗旱工作是关系到国计民生的一件大事，水文情报预报是防汛抗旱的耳目和参谋，是合理调度、利用和保护水资源的科学依据。而雨水情信息的及时与否主要取决于数据的采集、传输以及处理的速度。目前国内雨水情信息采集、传输、处理手段普遍落后， 满足不了日益发展的经济形势。为了解决这个问题，99 年经省科委批准立项开始开发研制实时防汛信息动态采集、传输、网络处理系统。该系统是一个集计算机广域网与局域网交互连接的信息系统，主要用于防汛抗旱部门，将自动采集到的雨水情信息通过专线网络进行自动分检、传输，实现了一报多发，服务器在线实时翻译
2、处理的功能，在短时间内形成供各有关网点检索、应用的实时雨、水、旱情等信息。为领导防洪决策提供准确、及时、科学的图表和数据，实现了水情信息的自动化采集、传输、处理，是防汛抗旱不可缺少的指挥、决策、管理系统。该系统由报汛数传分系统、实时水情信息传输、转发分系统、水情信息自动处理分系统三大部分组成。1.2 系统的技术特点 雨情信息实现了自动采集、传输功能：雨水情采集完全按照水利部水文情报预报拍报办法进行自动编报报汛，也可对特殊水情进行手工录入，然后自动上传至水情分中心，脱离了对民用电报业务的依赖关系，能自动在分中心计算机内形成报汛报文文件和测验报文文件。减少了由于发电报中间环节多而容易出现的错误。水
3、文测站也实现了无人置守报汛。 信息传输手段多样化：测站向市地分中心传输报文时，有线电话作为主要通信手段，无线通信作为备用信道，实现了有线无线双保险报汛。 信息的自动接收发送功能：通过网络自动接收发送雨水情信息，这些信息是各市、外省、流域机构的报汛电报。 信息的自动处理功能：该系统将收到的信息进行实时自动的处理，将处理后信息分类别形成能够用于防汛抗旱的不同数据表，并能根据需2要形成各种雨水情报表，可同时在多台工作站上对水情信息进行检索，也可将水情信息放在网站上供省委、省府、省防办、省水利厅以及其他各有关部门实时检索。 系统的安全性强：当网络内某远程点收、发出现故障时，系统能自动切换到备用信道上。
4、报汛数据存入功能强大的 SQL server 数据库中，它能管理数据库、备份和恢复数据、管理报警、实现数据复制和数据转换等功能，并可利用动态锁定功能防止用户在查询和更新并发操作时相互间冲突，保障数据的安全。 连接方式独特：以 Unixware Server 为系统服务器，用 Cisco 路由器相连接，以静态路由方式与局域网 Windows 2000 Server、Novell 及CHINPAC 互连，解决了多协议、多平台、多系统的融合问题。2、报汛数传分系统目前国内采用的各种报汛手段存在诸多问题，制约了防汛调度决策工作。我省近 400 处报汛站均有程控电话，有线电话网作为报汛的主要信道的现实情
5、况也表明了开发有线传输技术的可行性和实用性。因此，我们进行了广泛深入的调查研究，从防汛工作的要求出发，结合国内实际情况，以满足水利部水文情报预报拍报办法 、 国家防汛指挥系统工程总体设计大纲的要求为目标，开发研制了 DCT-I 型报汛数传仪及TPX-3 型数传前置机，并从确保报汛工作双保险考虑开发研制了无线移动电话备用报汛设备。2.1 报汛数传仪组网方式充分利用电信公网，由数传仪为基本测报设备完成测站数据采集，以水情信息分中心为汇集点，组成星形报汛通信网，并通过电信广域网实时、动态地将汛情信息进行传输处理，形成切实可行的报汛组网方案。数传仪安装在测站，采用自动或人工置数两种方式传输雨、水情信息
6、，前置机安装在水情分中心接收数传仪发送的信息。为确保在电信有线线路出现故障时报汛通信畅通，测站配备无线移动电话，采取人工置数传输方式将雨、水情信息直接发送至水情分中心前置机。2.2 基本设备配置及功能2.2.1 数传仪3报汛数传仪适用于水文站、雨量站、水位站或气象台站的信息传输、数据贮存、处理等。报汛数传仪由单片计算机、雨量传感器、固态存贮、实时时钟、液晶显示、键盘、自动拨号模块、自动摘机模块、调制解调模块、避雷模块、直流不间断电源及“看门狗”电路等组成。它以电信公网为主信道实现雨量自计、存贮、自动传输。报汛数传仪的功能有：降雨自动采集、自动生成报文、自动拨号报汛、人工置数报汛、固态数据存贮、
7、密级系统设置、直流后备电源、利用公网资源快速建立链路、双重防雷设计、召测识别应答等。2.2.2 数传前置机TPX-3 型数传前置机是星形报汛网分中心与所属报汛站 DCT-I 型数传仪通信的专用设备。它以单片计算机 8031 为核心，扩展两路全双工串行通信接口进行数据接收和发送，把外部数据存储器扩展到 128K 缓存电传电报内容。本机提供一个具有标准 RS-232C 的联机串行通信口与微机的异步通信口相接，在控制软件的支持下，在 PC 机键盘上向用户提供发报、读报、阅报、发送通道设置等命令操作，在 PC 机上全屏多窗口显示当前工作状态，实时显示双通道报文和控制器 RAM 的占用量， 并有文件存储
8、、打印等功能，为用户提供了适应传统电报电传机使用习惯，又充分利用计算机先进技术优势的多功能计算机数据采集和控制处理系统。实现振铃判断、摘机、控制两路调制解调器按照规定的协议进行数据接收和发送，把数传仪发送的数据存储到内部 RAM 中。可在计算机关机状态下自动接收报汛站发送的数据，实现无人值守。根据国家防汛指挥系统要求，数传前置机具有接收移动电话置数报汛的功能，为报汛提供了有线无线双重保障。当电话线路或数传仪出现故障时，可通过移动电话向分中心前置机拔号，前置机摘机后发出信号音，可在手机上输入密码后将报文发出。2.2.3 计算机计算机是设在分中心与数传前置机配套使用的通用设备，它们之间通过 RS-
9、232-C 串行口相连。在控制软件的支持下，通过 PC 机键盘向用户提供发报、收报、上传、读报、阅报、发送通道设置等命令操作。在PC 机上全屏多窗口显示当前工作状态，实时显示所属报汛站发送的水情，具有按水情报、测验报、召测报分类存储及打印等功能。42.2.4 雨量计DCT-I 型数传仪的雨量计接口可连接分辨率为 0.1 、0.2、 0.5 、1.0mm 的翻斗式雨量传感器。在数传仪中，可以根据所选择的雨量计分辨率，进行相应的设置，使数传仪适应各种分辨率的雨量计。2.3 数传报汛网的评价充分利用高可靠性的公用邮电通信网资源，以报汛数传仪作为基础报汛设备，组建以地市水情信息分中心为汇集点的星形报汛
10、通信网，是实现水情信息快速采集传输，及时为各级防汛部门提供决策依据的有效途径。目前已在全省推广应用，一处数传仪测点在 5-10 秒内就能将数据发送到分中心，省水情信息中心在 20 分钟内就能收集到全省数传仪的报汛数据，这种信息传输模式与传统报汛方式相比，信息传递时间大大缩短,是适合我国国情实现水情信息快速传输，及时为各级防汛部门提供决策依据的有效措施。3 实时水情信息自动传输、转发分系统3.1 问题提出传统的水情传输都是采用电报的方式，由基层测站根据各站的报汛任务向各收报单位分别拍发水情电报。随着社会的不断发展和社会财富的不断积累，洪水给人民生命财产带来的损失也越来越大，这对水情信息的采集、传
11、输、处理、分析和预报提出了更高的要求。另一方面，当今计算机技术和通信技术的飞速发展，为提高水情信息采集、传输、处理、分析和预报的速度和能力提供了可能。在这种情况下，我们开发了水情信息传输、转发系统。3.2 系统实现功能、目标实时水情信息传输、转发系统建设的目标是网络各节点之间，按照电报的信息流程实现实时水情电报的相互转发，为了实现目标，系统主要功能如下：（1） 网络节点间自动发送、接收电报；（2） 本地人工和自动的批量水情信息输入；（3） 提供多种不同方式的信息输入能力；（4） 多路接收通过网络传送的水情；（5） 具有按一定条件通过网络转发水情的能力；5（6） 水情和程控电报命令的发送功能；（
12、7） 接收水情信息量的统计功能；（8） 系统接收情况的监视功能；（9） 通过网络向有关单位传送规定的水情。通过这些功能的实现，将大大提高报汛速度，同时避免一报多发，大大提高了报汛效率和精度。3.3 基于 Unix 的信息传输、转发分系统3.3.1 软件环境由于实时水情传输、转发分系统集电报接收（通过网络的信息接收） 、处理、转发于一身，同时为了便于软件开发和系统的运行维护，系统被划分成若干个小的部分分别在系统内执行，这就要求操作系统必须能支持多用户和多进程。为此，选择了在微机上广泛应用的、标准化程度较好的 UnixWare 系统。3.3.2 入、出口数据结构3.3.2.1 人工水情信息录入人工
13、水情信息的录入，主要用于解决除电报方式外，通过电话、无线通信等方式收到的水情信息，加入水情转发系统的问题。3.3.2.2 人工、自动批量报文录入在有些情况下，信息的人工录入是在其它微机上完成的，为了方便用户的使用，特设计和实现了这一接口。3.3.2.3 水情电报的接收水情电报的格式和邮电部门的有关规定一致，但在信息的编码上，要求采用 ASC码。邮电部门的电报在传送给用户时，主要采用的是五位编码，这样在五位码和 ASC之间就必须采用一设备进行转换，目前选用的是 CTC-电传通信转换器。它主要用来进行码制的转换，同时能对接收到的电报进行存储，在断电的情况下保持接收到的电报不会丢失，转换器中电报的送
14、出和删除都由计算机命令控制，计算机也可以通过它将电报送到邮电部门的转报系统中，发往全国各地。3.3.3 水情传输应用协议这里所说的水情传输应用协议是为了满足用户的特殊需要而规定的进行端到端数据交换的用户协议。具体的说就是为了网络上进行信息传输而特别编制的一种传输标准，来支持信息的传输。本协议所要描述的6不是端到端的一次通信全过程，而只对双方传输的内容和内容之间的关系进行描述。至于通信链路的建立和撤除等不在本协议中进行描述，但是在建立链路后开始做什么和在什么时候撤除链路，将在本协议中进行描述。协议的具体内容如下：（1）发方在数据链路建立后可立即向接收方发一个数据包； （2）接收方在正确的接收到发
15、方的数据包后，向发方发一确认信号 ACK；（3）接收方如接收到的数据包有误，向发方发一出错信号NAK；（4）如连续五次不能成功，接收方将首先撤除数据链路；（5）发方如连续五次不能接收到对方肯定的答复，也将主动地撤除数据链路；（6）数据包的长度大于等于六个字节，对于安装好的系统来讲数据包是定长的，实际工作时的长度由安装时确定。（7）数据包的长度为 N（N 大于等于六）个字节；（8）第一到第四个字节用来存放发方的 IP 地址，供接收方进行信息传输合法性的检查，即当接收方如果接收到的数据包内所提供的 IP 地址在本地目标地址表中没有找到，接收方就认为这次信息的传输要求是非法的，从而撤除数据链路终止本
16、次正在进行的数据传输，反之，认为传输请求是合法的，继续进行传输。（9）第五到第 N-1 个字节用来存放收、发信息，是真正要传输的内容，当实际要传输的内容大于 N-5 个字节时，传输的内容被分成若干个数据包依次发往接收方，当最后一包不满 N-5 个字节时，其余部分以空格填满。对于一次所要传输的内容小于 N-5 个字节，和上面最后一包不满 N-5 个字节的处理方法相同。（10）第 N 个字节用来存储数据包类型的标志，数据包的类型分为三种，普通包、结束包和末号包，分别用字母*、#、来表示。普通包的传输表示在它后面还有信息要传输，结束报的传输意味着本次所要传输的信息已全部传完，末号包表示传输的内容是发方通知收方系统的工作状态，即当前发送信息的最后编号。3.3.4 控制机制水情传输系统，是一个多进程协同工作的系统，因此，进程运行的7调度和进程对文件存取的控制是相当重要的。3.3.4.1 进程运行的调度在 UNIX 系统中，进程的运行都是由系统分时来运行的。为了使每个软件具有相对的独立性，提高系统的运行
