水工安全無線監(jiān)測與集成設(shè)計探討

【摘要】無線通信是未來的發(fā)展方向，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐步開始應用于許多領(lǐng)域，包括基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測、軍事、環(huán)境科學和醫(yī)療健康等方面，水工安全監(jiān)測是一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用研究對象。為了適應廣東省水利項目自動化技術(shù)的需求和發(fā)展，根據(jù)陽江市漠陽江雙捷水閘的自身特點以及國家和廣東省有關(guān)標準，本工程水工自動監(jiān)測采用無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可完成本工程范圍內(nèi)水工安全的自動監(jiān)測，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和集中處理，實現(xiàn)管理中心遠方監(jiān)視的功能，減少值班人員的工作量，為管理單位掌握工程狀況提供了可靠的依據(jù)。本文主要對水工安全無線監(jiān)測無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備配置、組網(wǎng)方式、控制方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做了簡單介紹，并對全文做出總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】無線網(wǎng)絡(luò)；水工安全自動監(jiān)測；水利工程；水利信息及自動化

雙捷攔河閘是一宗以灌溉供水為主，兼有防洪、航運、發(fā)電等任務(wù)的大（1）型水利樞紐。根據(jù)《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-98）的有關(guān)規(guī)定，判定本水閘為四類險閘，決定對工程進行報廢重建，重建后攔河閘以上控制集雨面積為4200km2，有28個孔口。

本文將以漠陽江雙捷水閘重建工程為例，對無線網(wǎng)絡(luò)在水利工程的實際應用及與其它系統(tǒng)集成等方面進行較為全面的闡述，并提出一些個人見解。

1、水閘安全自動監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水閘安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用分層分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括測站層和監(jiān)測中心站層。測站層由48套數(shù)據(jù)傳感器和8套無線傳感器監(jiān)測單元（MCU）組成；監(jiān)測中心站層包含1套安全監(jiān)測工作站和中心節(jié)點接收裝置1套。

1.2 功能與性能

水工安全無線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括滲壓計觀測。自動化監(jiān)測系統(tǒng)的基本功能包括數(shù)據(jù)自動采集、儲存和無線傳輸、數(shù)據(jù)處理、分析及報警等。

主要性能指標：

（1）無線自組網(wǎng)，智能化數(shù)據(jù)輸出；

（2）支持太陽能供電及內(nèi)置電池

（3）通信頻段可調(diào)整，支持REMT協(xié)議；

（4）防護等級：IP68；

1.3 技術(shù)實現(xiàn)與設(shè)備

在水閘閘壩共設(shè)置16個監(jiān)測斷面，在閘室設(shè)置8套無線傳感器監(jiān)測單元，裝設(shè)相關(guān)監(jiān)測項目的測量接入模塊，滲壓計信號全部接入無線傳感器監(jiān)測單元實現(xiàn)自動化監(jiān)測。

（1）監(jiān)測中心站設(shè)置1套監(jiān)測工作站和1套無數(shù)傳感器監(jiān)測單元中心節(jié)點接收裝置，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)接收現(xiàn)地控制層的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（2）測站層主要包括滲壓計48套。根據(jù)現(xiàn)場需滲壓計的數(shù)量及安裝位置，設(shè)置8套MCU。

（3）安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)中心站設(shè)備由現(xiàn)地UPS集中供電。

（4）本系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件、安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)軟件等。

2、系統(tǒng)集成

2.1 系統(tǒng)配置

根據(jù)本工程信息系統(tǒng)集成要求，系統(tǒng)主要配置有：1臺數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺100/1000M工業(yè)以太網(wǎng)交換機、1臺路由器、1套防火墻、打印機、UPS電源、網(wǎng)管軟件、網(wǎng)絡(luò)附件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具等。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)本工程自動控制及信息化系統(tǒng)的特點及技術(shù)需要，系統(tǒng)設(shè)計算機通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。水工無線監(jiān)測系統(tǒng)通過布置在信息中心的工作站，連接計算機通信網(wǎng)絡(luò)的交換機實現(xiàn)系統(tǒng)集成。

（2）組網(wǎng)技術(shù)

本系統(tǒng)計算機局域網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)采用100/1000Mbps以太網(wǎng)。

為了實現(xiàn)本工程自動控制及信息化系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)與上一級網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，配置1臺具有撥號接入功能的路由器，通過租用運營商寬帶，采用VPN SSL/IPset方式與上級有關(guān)單位、當?shù)厝啦块T互聯(lián)。

（3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

本工程局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議初采用TCP/IP協(xié)議，同時可以并行運行IPX/SPX、NetBEUI等協(xié)議。

（4）數(shù)據(jù)庫

本工程設(shè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL。

（5）操作系統(tǒng)

本工程操作系統(tǒng)采用Microsoft Windows Server 2008系統(tǒng)。

3、安全監(jiān)測系統(tǒng)應用

水工安全實時監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)本工程實際需求，針對水庫、閘門等水工建筑物的安全進行全自動監(jiān)測的需求開發(fā)的。該系統(tǒng)通過實時采集滲壓計、滲透流量、雨量、水位等參數(shù)數(shù)據(jù)，通過無線傳感器監(jiān)測單元傳輸?shù)叫畔⒅行模⒏鶕?jù)要求生成各種爆表提供數(shù)據(jù)比對分析功能，系統(tǒng)可在現(xiàn)場分別設(shè)定各滲透壓力的變化量作為上傳報警閥值，實現(xiàn)自動化監(jiān)測的全局性統(tǒng)籌。

4、總結(jié)

本文以實現(xiàn)本工程水工無線自動監(jiān)測為目標，達到以監(jiān)測為目的，以無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展的基礎(chǔ)，構(gòu)造了一種基于無線通信網(wǎng)絡(luò)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)及其實施方案，實現(xiàn)信息中心遠程數(shù)據(jù)采集監(jiān)視的功能，減少工程值班人員的工作量，對其他水利工程有借鑒意義。

目前水工安全監(jiān)測技術(shù)研究和應用的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的模塊化或標準化，將微控制器和傳感器、無線模塊進行集成設(shè)計，并微小型話，或者在集成有微控制器、無線模塊的電路板上提供多重接口，形成嵌入式只能信息處理單元，以此降低功耗及成本，再通過隨機自組織的無線通信網(wǎng)絡(luò)，以多跳中繼方式將所采集的信息傳送到用戶終端。同時，數(shù)據(jù)在各智能檢測節(jié)點和監(jiān)測中心雙備份，實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)存儲和處理，增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可用性和可靠性。近年來，水工無線監(jiān)測系統(tǒng)已得到了廣泛的運用，因其數(shù)據(jù)形式適應范圍廣、省卻了各類線路長距離鋪設(shè)、免去工程開挖及土建量等優(yōu)勢，現(xiàn)已逐漸延伸至其它系統(tǒng)的應用當中，取代原有的布網(wǎng)方式。本系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)，對漠陽江雙捷攔河閘水工安全監(jiān)測具有重要的應用價值，可推廣至更多信息采集領(lǐng)域，使其更好地滿足現(xiàn)代工程信息化的需要。

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