水咸潮動態監測系統研究與應用

鄭玉粦

摘? ?要：文章設計了基于B/S+GPRS+ZigBee無線水咸潮動態監測系統方案，并分析了系統軟件功能應用情況。珠江水情中心水咸潮動態監測系統采用遠程監測方案，能夠實現多種實時數據的采集、處理分析、查詢、存儲和動態顯示，實現系統故障自診斷、系統維護升級，為遠程水咸潮動態監測系統提供有效保障。

關鍵詞：珠江流域;水情中心;水咸潮動態監測;架構設計;軟件功能

1? ? 水咸潮動態監測系統設計

1.1? 主要實現的功能

對珠三角部分取水口（泵站）及掛定角、竹排沙、馮馬廟、沙洛圍、馬騮洲、大橫琴、聯石灣、平崗、竹銀等咸情測站進行遠程監控，監控中心位于珠江水情中心，監控中心對各報汛的站點進行信息整合，對各站點數據進行分析、處理、查詢、存儲。系統設計多個數據庫，實現基礎數據庫資料收集、空間數據庫資料收集與處理、水量調度歷史數據分析，咸情、風情專業數據分析，調度綜合數據分析、數據庫測試等功能，咸情、風情專業數據庫主要用于存儲珠江河口咸情、潮位和風情等監測信息，存儲的數據主要包括珠江河口各測站、水庫、取水口測得的含氯度信息，當日最大含氯度統計數據，各潮位站的實時潮位過程，風向、風速、大氣濕度、氣壓等。調度綜合數據庫主要用于存儲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、航運信息、電站調度信息以及調水相關其他工情信息、視頻信息如蓄水、取水、需水、供水等以及實時監測圖像及現場采集的視頻數據等。

1.2? 監測系統架構設計

隨著通信技術、計算機網絡技術、視頻技術以及大數據、云計算等技術不斷發展，遠程工業監測應用廣泛。目前，其物理架構主要有主機集中架構、客戶/服務器（Client/Server，C/S）模式、瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）模式，不同架構模式各有特點。目前應用較多的為B/S模式，是C/S模式的進一步網絡結構的拓展模式，其物理架構清晰，客戶機信息交互能力強，實時監測控制功能響應快，服務器數據處理能力大，結構設計簡便，具有良好的擴展性和可移植性，系統便于維護和升級，成本低且操作靈活方便。其缺點在于服務器硬件設計要求較高，服務器承載系統數據處理的主要功能，一旦服務器癱瘓，系統將無法工作，因此，要求其服務器具有良好的安全性能和穩定性?；陧椖刻攸c，本文采用B/S模式。B/S模式多為3層結構，主要有Web服務器、瀏覽器/手機客戶端、數據庫端。瀏覽器/手機客戶端主要實現人機交互功能，實現界面信息展示，與Web服務器進行信息交互;Web服務端實現各種業務邏輯的分析處理，數據庫端實現對基礎數據庫、空間數據庫、風情專業數據庫、調度綜合數據庫、視頻數據庫等數據庫數據進行存儲管理[1]。

1.3? 遠程監控中心與手機客戶端

監控中心位于珠江水情中心，作為整個監測系統的管理核心對各報汛的站點進行信息整合，對各站點數據進行分析、處理、查詢、存儲。遠程監控中心匯聚并處理各監測點參數用于控制輔助決策，遠程監控中心管理下層數據，并通過Internet實現與同省/市其他遠程監控中心連接，實現資源信息的共享。手機客戶端能夠自動接收監控中心/紫蜂協議（ZigBee）—通用分組無線服務（General Packet Radio Service，GPRS）網關的監測數據和警情信息數據，管理人員可根據管理權限通過手機客戶端主界面查詢各種監測信息，例如，需要查詢某潮汛站點當日最大含氯度時，通過手機界面點擊查詢類別，控制命令由手機客戶端通過GPRS網絡發送給GPRS網關，經網關網絡幀格式處理后，再轉發ZigBee網絡中當日最大含氯度采集模塊，采集模塊實時動態采集到響應的參數后回傳給手機客戶端，實時顯示到手機操作界面，實現當日最大含氯度參數數據的查詢和存儲功能[2]。

1.4? 采集模塊功能實現

采集模塊主要由各種參數傳感器（溫度、流量、壓力等）、ZigBee處理器、通信模塊等構成。需要采集的數據主要包括珠江河口各測站、水庫、取水口測得的含氯度、當日最大含氯度;各潮位站的實時潮位、風向、風速、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據等參數，采集模塊電路中的單儀器模數轉換（Analog to Digital，A/D）模塊把模擬數據轉化為數字信號傳送給ZigBee-GPRS系統處理器及網關，通過ZigBee網絡將采集數據進行存儲、分析、融合、傳遞發送[3]。

2? ? 水咸潮動態監測系統軟件應用

2.1? 系統配置與主界面

水咸潮動態監測系統軟件監控上位機程序與數據庫可以自主選擇，允許分布在不同的主機上。第一次運行軟件需要對程序和服務器的IP地址、端口號進行配置，并對站點狀態報告時間間隔、判定故障的檢查時間進行設置，設置完成后退出程序，重新啟動系統后可以應用[4]。服務器配置也可以直接進文件夾bin＼Debug下的ipendpoint.ini的文件用記事本打開，直接修改。另外，需要對各監測站點及遠程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）進行配置，可以通過監控系統主頁面進行設置。

2.2? 站點狀態監控功能實現

各監測站點狀態可以通過軟件進行實時監測，用來監測遙測站點RTU狀態。軟件中將“最新數據列表”“站點狀態報告”“站點數據走勢圖”3個功能顯示在同一個板塊上，根據按鈕的切換而變化。中間都有個“左移”小按鈕，可以移到左邊，顯示全部的信息。

站點狀態報告是一個輔助檢查的功能，每隔一段時間系統自動檢查心跳包、數據包是否到達，如果連續檢查幾次，心跳包或者數據包沒到達，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。移動鏈路是否正常，可以從客戶端套接字判斷。在出現該站點的客戶端套接字，說明該站點的客戶端套接字正常，否則可能存在移動卡欠費、站點宏電故障、太陽能沒電、供電線路故障等問題。

報告時間可在系統配置中進行設置。一般設置5 min采集一次。上位機30 s檢查一次，檢查10次，如果5 min沒來數據包，但心跳包又正常，系統判斷為傳感器異常。

站點狀態具有狀態信息功能模塊。應用過程，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切換為紅色;數據庫服務器連接正常底色為綠色，連接不上，自動切換為紅色。各個站點與中心監控端連接正常，底色為綠色，否則立即變為紅底色。監測點不但有底色變化警報，還可監測到最后一次數據到達時間。

除了站點狀態報告和系統狀態信息外，還有一個獨立的心跳包監測模塊，也可監測遙測站點RTU狀態，其中，心跳包監測在遙測站點設備維護與調試應用中較為關鍵。

2.3? 數據采集功能實現

在主頁面中首先對遠程設置下位機采集間隔時間進行設置，遠程對下位機可以進行普通復位和RTU寄存器的復位。目前用的是上位機和下位機應答機制，召集回來的數據如有雷同，入庫時系統會進行判斷，只存入未存在的數據。另外，每個站點采集過來的數據需要減去一個珠基高層偏差量，其默認值為0。需要采集/停止采集數據時，啟動采集和停止采集功能。

采集數據表顯示內容主要包括站點編號、站點名稱、監測日期（采集數據日期）、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據是定時報數據還是召集過來的數據）等信息。

2.4? 數據查詢

數據查詢主要由實時數據、歷史數據、當月數據3個板塊組成。實時數據為當天的數據，其中，表格顯示的是當天的所有數據，曲線展示最新288個點走勢圖。數據查詢界面左邊的下拉選項可以選擇站點和監測量，另外，也可以更改實時數據自動更新時間，時間為1～10 min，共10種選擇項，選擇好后系統根據下拉框里的值自動變化。歷史數據選項可以查詢任何日期里的數據，頁面左邊除了站點名稱和監測量下拉框外，需要選擇起始日期和終止日期的選擇。當月的數據查詢首先在數據查詢頁面選擇站點監測名稱和監測量，然后選擇年月，年月下拉框里的數字，可以點開下拉框右邊黑色下三角形進行點選，也可以手動直接修改。

3? ? 結語

水咸潮動態監測系統設計方案采用B/S+GPRS+ZigBee無線遠程監測方案，能夠實現多種實時數據的采集、處理分析、查詢、存儲和動態顯示，實現系統故障自診斷、系統維護升級。為遠程水咸潮動態監測系統提供有效保障。另外，通過軟件對系統進行配置，可讓監控中心對各報汛的站點進行信息整合，實現水量調度歷史數據、咸情及風情專業數據、調度綜合數據等的分析和監控，并能夠實現實時監測圖像及現場采集視頻等動態管理功能。

[參考文獻]

[1]張兵，姜周曙，王劍，等.基于B/S模式反滲透海水淡化遠程監測系統研究[J].現代電子技術，2014（24）：1-4.

[2]汪娟.基于Web的工業遠程監控系統研究與實現[D].武漢：武漢理工大學，2008.

[3]李松濤，尹清爽.基于Android和ZigBee的移動環境監控系統[J].計算機技術與發展，2017（3）：197-200.

[4]王堃，于悅，張玉華，等.面向物聯網應用平臺的Socket設計與優化[J].吉林大學學報（工學版），2012（S1）：290-294.

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