讲座6-自动测报系统技术

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1、水文自动测报系统技术,1、人工观测仪器,最早的水文数据采用人工观测人工记录。 雨量采用量筒计量，水位采用水位标尺，流速采用浮球等人工观测与人工记录。,一、工观测与自动观测,水位标尺,雨量器,2、自动记录仪器,早期的自动记录都是现场采集，现场记录。如日记雨量计、日记水位计；长期自记雨量计、长期自记水位计。,虹吸式自记雨量计,翻斗式自记雨量计,日记水位计,长期自记水位计,早期的自动记录介质一般为纸质，记录时间长度一般为日、月。现在一般为非易失性电子器件，如EEPROM、FLASH、U盘、SD卡等，存储时间没有限制。,U盘存储水位计,U盘存储雨量RTU,3、海量数据存储,1、有线远传,水文数据的直接

2、有线远传,二、数据远传,水文数据的远程有线远传包括专线远传、电话远传、Internet网络等,水文数据的远程有线远传,2、无线远传,水文数据的超短波无线远传,水文数据的远程无线远传包括卫星、GPRS/GSM等,水文数据的远程无线远传,3、无线远传的工作模式,应答模式： 根据中心站发出的招测命令，实时上传水文数据。 优点：实时性强，可控性好 缺点：测站复杂，功耗大 自报模式： 测站根据自报定时、数据变化等自动上传水文数据。 优点：测站简单，功耗低 缺点：可控性差 兼容模式： 测站既可以执行中心站的招测命令，又可以根据自报定时、数据变化等自动上传水文数据。 优点：实时性强，可控性好 缺点：测站复杂

3、，功耗大,综合评价： 随着技术进步，电子设备特别是传输设备传输效率的提高，自报测站的自报时间间隔可以不断缩短。当自报时间间隔小于5分钟之后，自报测站的数传实时性已与应答站不相上下，但自报测站的系统复杂性、系统功耗却远远低于应答站。 因此，目前的遥测站基本以自报工作模式为主。,1、中心站概况,三、大型系统与集成设备,除第一代中心站外，现代中心站的结构基本变化不大，系统组成比较简单。,超短波中心站 或卫星中心站,公共数据网中心站,2、测站设备与组成,超短波测站 的一般构成,GPRS/GSM测站 的一般构成,3、测站关键功能与性能,主要功能： 数据采集：雨量、水位、流速等 数据记录：纸质记录、固态存

4、储、U盘、SD卡等 数据传输：有线传输、超短波、卫星、GPRS/GSM等 辅助功能： 电源管理：充电控制与电池保护 工作模式管理：工作状态、休眠状态 系统检测与报警：电源检测、温度检测、信号检测等 主要性能： 工作可靠性：无人职守、便于维护、便于维修等 系统功耗：低功耗的各种优势明显 环境适应：温度、湿度、粉尘、电磁等环境的适应性,4、集成设备及其优势,传统水位测量设备的组成,集成水位计,集成式设备的特点,1）简化结构： 集成设备相当于传统传感器+数传仪+通信模块。 由集成设备组成的测量系统只需连接电源和天线即可使用，无需二次集成。 2）低功耗特性： 集成设备的功耗极低，省去了大容量蓄电池，太

5、阳能电池的功率可大大降低。 3）大容量数据存储特性： 集成设备使用U盘或SD卡存储历时数据，无需使用专用的存储模块。增大了存储容量，降低的成本，提高了数据兼容性。,4）容易进行防水、防电磁辐射处理： 集成设备的体积很小，各种部件可以很容易装在一个密封的金属壳体里，从而有效地防水、防尘、防电磁辐射。,机箱密封的设备,密封的集成设备,5）降低成本： 集成设备的体积很小重量轻：可以降低材料成本，加工成本，运输和安装成本； 集成设备功耗低：可以降低蓄电池成本，太阳能电池成本和功率辅助设备成本； 集成设备很少外部连接：可以减少接口部件，减少电缆材料成本、接插件成本、布线成本。 好货不便宜，便宜没好货在这

6、里不一定正确，对于集成设备，好货往往也很便宜。这是新材料、新技术带来的红利。,四、无序生产与标准设备,1、水文遥测系统对设备标准化的要求,早期水位单机设备都是独立工作的，对标准化的要求并不严格。而水文遥测系统种的各个传感器、RTU、中心站等设备，其接口、数据等有互联互通的要求。因此同一系统的设备必须满足接口兼容、数据格式兼容、通信协议兼容、电源标准兼容等要求。这就对设备的标准化提出了要求。,2、用户困境,由于水文遥测系统种的各个设备有兼容性的要求，如果各厂家的设备不能兼容，用户选择遥测系统就会受到限制。 如果用户喜欢A厂家的水位计、B厂家的雨量计、C厂家的RTU，那么该用户只能选择其中一种喜欢

7、的设备，将就其它设备。 当系统建好后，如果用想扩容、升级、改造，只能找原厂家。用户无形中被厂家绑架，系统建设前用户是上帝，系统建设后厂家变成了上帝。 自从水文遥测系统普及后，经常能够看见一个中心站或数据中心，同时运行着几套不同厂家的遥测系统，一个水位井上同时安装着好几个水位计，一个平台上同时安装着几套雨量计.,3、企业困境,有能力绑架用户、形成市场垄断的企业毕竟只是少数，他们通常是大而全的企业、有历史的企业、有人脉的企业。 而大多数中小企业可能只是某一、二个设备具有优势。如果从事系统集成的大企业与小企业的设备不能兼容，小企业的优势就得不到发挥。 即使是大企业也不一定希望所有的设备都由自记生产，

8、如果能够自由选择符合标准的优势产品，对大企业来说也是一种解脱，他们可以将大量的人力、生产装备投入到更有意义的、技术含量更高的产品或设备的开发中去。,1、规范与标准的必要性,由于水文遥测系统由不同的部分或设备组成，不同部件和设备就必需在设备接口、数据格式、通信协议，使用条件等方面能够兼容、互联、互通、互换、通用。 有了兼容、通用的设备，用户就可以自由选择自记喜欢的不同产品或厂家。系统扩容、升级、改造也不必只依靠原建设厂家。 设备有了标准，厂家就可以只生产自己的优势产品，充分发挥各厂家的特长和优势，减少垄断的形成。,五、行业规范与国家标准,2、规范与标准的实施状况,用户能够自由选择不同厂家生产的部

9、件，如A厂家的中心站服务器、B厂家的测站RTU、C厂家的通信机（或模块）、电源模块、D厂家的雨量传感器、E厂家的水位传感器等部件，已成为共识。 为满足上述要求，所有产品都必须符合统一的标准。为此水利部分别颁布了各项行业规范或国家标准，如水文自动测报系统设备通用技术条件SL_T102-1995.、水文自动测报系统技术规范SL61-2003、水文监测数据通信规约 等。 然而正如大家说看见的那样，这些规范标准并没有被很好地执行。不仅不同厂家的设备不兼容，即使同一厂家不同部门之间的产品有时也不兼容。,规范标准执行不好的原因,1)监管不力或无力监管 规范标准的执行由谁来监管？水利部虽然有水文仪器质监中心

10、，但该中心只能对送检的仪器负责，并不能监管市场上流通的产品。 另一方面，即使送检的仪器合格，也不能保证厂家投入市场的仪器与送检的一样。 最后监督规范标准的执行只能是用户，而用户所能做的只能是在采购或招标时，要求产品符合XX规范或标准。如果用户没有有效的检测手段，这种要求只能停留在纸面上。,2) 没有利益的驱使 执行规范标准往往需要一定的技术投入，需要一定材料投入。所以没有利益的驱使，企业是不会自觉的进行这种投入的。 3) 没有市场的支持 由于市场大量非标准产品充实市场，即使某企业生产了标准产品，也很难与其他企业的产品互联互通。所以没有市场的支持，企业也很难在规范标准上有所作为。,4) 规范标准

11、本身难以推广执行 标准的编写通常由几个单位的几个专家完成，专家的个人水平就决定了标准的水平。 许多标准往往只是一个文本，更象是名词解释或论文，标准文本完成后一般再也没有权威机构对具体的条文进行解释。各生产厂家技术人员根据自己阅读，很难完全理解标准条文。 有些标准的执行需要一定的技术支撑，有些标准条文是由特定企业的特定个人提出的，执行这些条文有时需要特定的条件和特定的技术，当其他企业执行这些标准遇到困难时，通常得不到应有的技术支持。,5) 规范标准有时脱离新技术的发展 规范标准绝大多数采用的成熟技术，其中不少技术是早先出于无奈而采用的方法，随着新材料、新技术的出现，那些落后的技术都陆续被淘汰，而

12、标准规范制时仍然保留了不少淘汰的技术，而对于新技术却没有留出多少发挥的空间。所以许多新产品往往只能是非标产品。 在标准的制定中，有时为给未考虑到的情况留有空间，往往留有用户自行扩展的余地。而这些自行扩展空间往往又成为非标产品的后门。,3、推行规范标准的方法与途径,1) 标准规范应该具有广泛的代表性 标准规范是技术性很强的文件，参加编制标准的人应该是长期从事该领域工作的、技术全面的、具一定代表性的技术人员。 标准的原始素材来源应该具有一定的代表性，应该来自于本行业的一般企业，并且得到广泛认可，而不是来自某几个垄断企业或某几个权威。 标准的制定应该是开放性的，应该让那些希望参与编制标准的企业或个人

13、都有获得参与的机会。标准制定前应该广泛地征求意见，而不是闭门造车或是有选择性地征求意见。,2) 制定科学的标准规范 标准规范是操作性很强的文件，标准不是论文，其目的应该是推广执行。同时水文行业的许多材料、技术都是来自于其它行业（如计算机技术、通信技术、传感器技术等），因此水文行业的标准规范，也应该充分借鉴这些行业的成功先例。 标准规范应该易于操作，尽量避免歧异或误解，尽量使问题科学化、合理化、简单化。 新的标准规范应该有利于新材料、新技术的推广和运用，应该有利于落后技术的更新换代。标准规范应该是行业技术进步的源泉，而不是落后技术的保护伞。,3) 应该提供推广标准规范的技术支撑 标准规范难以推广

14、的一个重要原因是得不到应有的技术支持。标准规范条目繁多，有些条目是在特定的条件下，采用特定的技术实现的。如果没有专门的部门、专门的人员进行条目的解释，给予一定的技术指导，企业要想完全理解并执行某些标准，几乎是不可能的。 做为标准推行的主管部门，应该指定专门的非盈利部门，专门的非利益攸关人员进行标准的解释、技术的指导。,1、政府搭台，企业展示，用户选择 水文基础数据通用平台，由主管部门牵头，用户单位的相互协作。 起初是几个单位建立了数据中心或数据服务器，为了保证数据备份，数据中心维护时数据不丢失，单位之间就建立了数据相互备份的机制。这就要求这些单位的RTU与数据中心直接的数据格式完全兼容。 有了

15、水文基础数据通用平台，不同企业的设备就可以在同一个平台上运行，企业在开发新仪器、新设备时就有了调试运行的平台，大大方便了企业。,六、水文基础数据通用平台简介,同时，不同企业的设备在同一个平台上运行，不同企业设备的功能、性能可以在同一个平台上展示。企业之间可以相互取长补短，用户在选型设备时也有了比较和参考。 水文基础数据通用平台部分专家鉴定结论 三、主要创新点： 1、提出和建立了基于云概念的水文数据汇聚及业务管理模式。 2、提出了水文数据采集传输的统一技术标准，并建立了数据平台。 3、实现了实时、密集水文数据和图像统一传输与管理。 四、该成果为国家水文数据库建设提供了关键技术支撑，并已在天津、河

16、北省进行了实际应用。稳定可靠，时效性强，具有显著的经济和社会效益，推广应用前景广阔。 综上所述，该项研究成果达国际先进水平。,2、减少小系统投资 一些单个水文监测站，他们可能只有少量的遥测站，为几个遥测站建立数据中心很不合算。因此他们在征得数据中心单位同意后，他们的遥测站借用其他单位的数据中心（目前这种借用仍然还是免费的）。这就要求遥测站的数据格式、通信协议与数据中心完全一致。,有了共享的水文基础数据通用平台，这就对数据格式、通信协议、工作模式、硬件接口等一系列统一标准的要求。 为此在不同用户、企业、管理部门的参与下，大家共同修订了水文基础数据通用平台通信协议，目前共包含4个子协议，它们分别为实时数据上传协议、密集数据上传协议、图像数据上传协议和数据下传协议。 水文基础数据通用平台通信协议充分考虑科学性、实用性，通用性。协议文本非常简单，例如实时数据上传协议协议文本仅4页，其中协议内容3页，应用实例1页。,3、变规范标准的强迫执行为企业的自觉行为,尽管水文基础数据通用平台通信协议非常简单，但它对可能传输的数据几乎没有限制，它不仅包含