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1、动水文监测系统设计文献综述1. 水文监测的研究意义特定的自然地理条件，决定了中国是一个水早灾害频繁的国家，防灾减灾成为保障国 家经济建设和人民生命财产安全以及社会稳定的一项重要工作。水文工作是水利的基础工 作，社会对水文需求越来越迫切，水文作为国民经济和社会发展的基础性、前期性工作的 任务越来越艰巨和繁重。水文现代化是一个地区在一定的历史时期内为满足国民经济建设、社会进步和水利发 展的需求，使水文信息采集、传输、处理、应用、信息服务和管理等方面具有先进实用的 科技水平1。水文现代化建设是以推动水文适应经济社会发展需求为目标的动态发展过 程，具有强烈的时代特征，反映了时代的科技发展水平和经济社会
2、发展的需求。水文现代 化不仅是物质基础的现代化，技术手段的现代化，更是思维方式，思想方法的现代化。水 文现代化建设是水利信息化的基础。其中信息传输是水利信息化的重要基础工作之一。2. 国内外发展现状目前我国水文监控系统的建设中，数据采集和检测技术水平不断提高，数据的传输却 存在较大的问题，如传统的拨号和专线的固定网络接入方式严重地限制了个人甚至企业的 活动自由和范围，不能满足自动测报的要求；随着我国经济社会的发展，对水文信息不断 提出新要求，水文观测项目和内容不断增加，对观测手段和方法以及水文监测监控技术的 研发和应用提出了越来越高的要求；现代电子技术、传感技术、通信技术和计算机技术的 迅速发
3、展，也促进了水文监控技术自动化的发展2。3. 自动水文监测的技术分析3.1 水文信息采集随着电子计算机信息技术的不断发展和完善，采用单片机实现的数据采集系统的应用 越来越多。采用单片机实现的数据采集系统具有自动化和无人值守等特点，使得它们在许 多应用场合得到了广泛的应用。MSP430F149单片机的数据采集系统具有一定的通用性，它 通过片内的 A/D 转换通道与外部的采集传感器进行连接，采集系统采集得到数据后通过 UART 串口将数据送到上位机上进行处理，从而降低系统的负担，增加系统处理的灵活性， 并且也可以避免采集系统的海量存储器3 。该系统充分体现了智能化、低功耗、高精度的 发展趋势。重点
4、在于传感器的设计及智能化、低功耗的硬件电路设计上4。依靠 MSP430F149 的强大功能，相对其他无线数据传输系统，大大减小了硬件体积， 提高了系统可靠性采用 MSP430F149 实现的数据采集系统，与传统的采集系统相比具有 设计简单、运行可靠等特点。它通过片内的 A/D 转换通道与外部的采集传感器进行连接， 由于外部与传感器进行连接，获得是标准的电流信号，这样使采集系统具有很大的通用 性，只要接不同的传感器就可以采集不同数据源的数据，做到系统与数据源的无关性。由 于 MSP430F149 具有很多的 I/O 资源，因此采集系统也可以采集很多的数字开关量。采集 系统采集得到数据后，通过 U
5、ART 串口将数据送到上位机上去，可以将数据交给上位机进 行处理，从而降低采集系统的负担，并且也可以避免采集系统的海量存储器5。MSP430F149把测量的数据存储在AT24LV64中，同时利用GSM网络，用SMS或GPRS的 方式把测量的数据发送到监控中心，通过监控中心可以把数据发送到手机或者电子邮箱 6。3.2 水文中心水利管理部门与决策者需要对管理对象进行全面而准确的了解，这就需要对监控现场 的信息进行快速传输和管理。目前我国水文监控系统的建设中，数据采集和检测技术水平不断提高，数据的传输却 存在较大的问题，如传统的拨号和专线的固定网络接入方式严重地限制了个人甚至企业的 活动自由和范围，
6、不能满足自动测报的要求。随着水利工程管理的自动化、现代化、信息化及智能化发展，江河流域及水库的水情 实时测报系统的研究与建设也不断深入，为流域防洪安全和水资源优化配置提供了坚实保 障 。通信网络平台是水情自动测报信息传输的基础，通讯平台选择的优劣直接影响水情 信息是否能及时、准确地传送至中心3。移动通信和 Internet 技术的发展正给社会带来深刻的变化，而 GPRS 无线数据传输技 术的成熟使它在许多行业中得以应用，这也为测控系统的数据传输提供了一种新的手段 2。自动水文站是由电子设备或计算机控制的自动进行水文观测和资料收集传输的水文站。从数据传输方式上，通常有两种形式：通过有线网络发送信
7、息的水文站和通过GPRS无 线方式直接发送信息的水文站。将多个水文站数据信息利用有线或无线方式连接至数据中 心处理系统就构成了自动水文监测网络，通常它采集到的数据是多要素的水文信息4。在水文监测系统中，常常需要对众多的水位点进行实时监测，大部分监测数据需要实 时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置 在环境较恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半。通过GPRS无线网络进行数据 传输，成为水文部门选择的通信手段之一。污染源监测设备可将采集到的污染数据和告警 信息通过GPRS网络及时发送到水文监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以 大大提高水文部门
8、的工作效率7。GPRS 是在全球移动通讯系统 GSM(Global System for Mobile Communication)网络 基础上通过增加分组域升级实现的。它能提供通用无线分组数据服务和传统的GSM服务。 充分利用共享无线信道，采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。GPRS具有如 下4个特点9：(1) 计费合理，使用方便。在GPRS网中，用户只需与网络建立1次连接，就可长时间地保 持这种连接并只在传输数据时才占用信道并被计费。GPRS根据通信的数据量和提供的服务 质量进行计费。(2) 传输速率高。GPRS提供最高可达171kbit / s的数据传输速率。(3)
9、网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网是一个分组数据网，支 持TCP/IP, X. 25协议，无需经过PSTN等网络的转接，可直接与分组数据网互通，接入速 度仅几秒钟，快于电路型数据业务。GPRS在远程突发性数据实时传输中具有明显的优势，特别适合于频发少量数据的实时传 输。因而GPRS业务在某些行业上有特殊的应用，如遥测、遥感、遥控等。无线数据采集系统由数据采集子系统、监控子系统、无线通信子系统等部分组成2。 数据采集子系统主要完成对现场信号的采集、存储、接收遥控指令并发送数据等.它 通过单片机对测控仪器的检测对象进行数据采集，经过 A/D 转换并处理后，发送给无线 通信
10、子系统，以完成实时监测。监控子系统的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理等.监控中心 接收到数据采集子系统发送的数据后，由监控计算机进行存储等处理。自动水文监测网络无线数据传输部分采用中心点对多点的方式，自动水文采集设备有 多个，它们用各自的GPRS数据终端将数据打成IP包，经GPRS空中接口接入无线GPRS网 络，由移动服务商转接到Internet,最终通过各种网关和路由到达统一的数据处理中心工 作站。需要指出的是 GPRS 终端向数据业务中心发送数据是间断性的，可以根据需要调整 发送数据的间隔时间，这在一定程度上也降低了无线信息传输费用。在整个无线网络设计 过程中首先要解决的
11、问题是，如何进行水文信息采集单元与GPRS终端的连接，如何根据具体无线网络情况合理设置，如何进行数据打包发送并在数据中心工作站实现接收。4 总结GPRS系统是以移动公网作为传输媒介，其传输质量可靠，只要数据采集部分准确、及 时，以GPRS系统作为传输手段组成的水情信息自动测报系统具有很好的发展前景。本文 论述的基于GPRS网络的无线水情自动测报系统以国家公众移动网的GPRS业务为传输手 段，大大降低了系统的建网成本，它具有可靠性高、网络覆盖范围广、布点方便、扩容简 单、组网迅速、维护费用低廉等优点。5 参考文献1 郭泽辰.基于GPRS的远程自动水文监测网络J.电力系统通信.2004年08期.2
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14、By Leach ate Recirculation-A Full-Scale Study. Thesis Submitted for the Degree of Doctor of Philosophy, Department of Civil and Environmentai Engineering, University of Melbourne 1999.10 ZeusC. & Major, W. (1993). Moisture Flow through Municipal Solid Waste: Pattern and Characteristics. Journal of Environmental Systems, 22(3), 211-232.
