一、 概述
隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，水利工程在國民經(jīng)濟中所起的作用越來越大，防汛 更是直接影響國民經(jīng)濟發(fā)展的一個重要方面。目前，國家提出了建設“數(shù)字水利”的目標，防汛部門能實時掌握重要的防汛數(shù)據(jù)。防汛抗洪工作逐步從被動抗洪向主 動防汛轉變。為進一步提高防汛抗洪決策的有效性和可靠性，實施水文計算機防防汛檢測系統(tǒng)建設，可及時對可能或正在發(fā)生的汛情、險情、災情進行動態(tài)監(jiān)視，隨時了解現(xiàn)場情況，以便采取相應的預防和補救措施確保安全運行。對領導決策和減少洪水災害，緩解城市的防洪壓力，保障人民生命財產(chǎn)的安全具有重要作用。
二、項目分析
2．1 水文監(jiān)測系統(tǒng)組成
水文與防汛監(jiān)測系統(tǒng)由流域管理中心、分中心(各縣市)監(jiān)測站、現(xiàn)場水文遙測單元構成一套三級網(wǎng)絡。系統(tǒng)的建成，將改善水文信息的收集、傳遞和處理手段，縮短數(shù)據(jù)收集和預報作業(yè)所需的時間，提高信息收集和傳遞的可靠性，提高流域防汛信息處理能力。
流域管理中心通過計算機局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與各地分中心監(jiān)測站之間進行數(shù)據(jù)傳輸，每隔一段時間對各分中心監(jiān)測站的數(shù)據(jù)進行收集，并主要為各應用系統(tǒng)提供數(shù) 據(jù)，如防汛信息收集處理系統(tǒng)、汛情監(jiān)視系統(tǒng)、防汛會商顯示系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)、氣象服務系統(tǒng)、洪水預報調度系統(tǒng)、災情評估系統(tǒng)等。
2．1．1 終端水文信息采集站
水文信息采集站可分為水位站、雨量站，由相應傳感器及安裝工程組成，實時并準確地采集相關水位、雨量數(shù)據(jù)等。
2．1．2 無線傳輸通訊終端
無線傳輸通訊終端安裝在各采集站內，負責將采集站內各水文采集器與監(jiān)測中心之間的雙向數(shù)據(jù)通信。鑒于對采集器的通訊接口等因素考慮，我們選擇廈門四信的F2103 IP MODEM(DTU)， 采用RS-232/485接口、金屬外殼設計，它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道，支持實時在線和按需在 線多種工作方式，如定時上下線和設備喚醒，并且支持APN網(wǎng)絡接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費。
2．1．3 監(jiān)控中心
監(jiān)控中心主要由中心服務器組和系統(tǒng)軟件組成，負責對各采集站上傳上來的各項水文數(shù)據(jù)分析、存儲，并對各監(jiān)測站下達各種控制指令和發(fā)布各種預警信息。
2．2 系統(tǒng)總架構
通訊設備F2103 GPRS DTU通過無線網(wǎng)絡接入Internet連接到監(jiān)控中心服務器主機，建立透明數(shù)據(jù)通道。這樣采集終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口，F(xiàn)2103就 會把收到的數(shù)據(jù)不做任何處地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機。服務器主機收到終端上傳上來的各項源始數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行綜合分析和各種判斷，并向終端設備發(fā)出控制 指令，服務器主機發(fā)出的控制指令通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
2．3 系統(tǒng)功能
1)數(shù)據(jù)接收、處理：實時接收遙測站的雨情、水情等信息；自動檢查數(shù)據(jù)幀格式，并進行合理性判斷；加注時標，自動存貯。
2)應答、查詢：定時或人工查詢下屬站點的雨情，水情及工作狀態(tài)。
3)數(shù)據(jù)庫管理：包含原始、歷史、預報或成果數(shù)據(jù)庫的形成、檢索、查詢等。
4)數(shù)據(jù)輸出：可通過顯示器（包括大屏幕顯示）、打印機、繪圖儀等輸出雨量直方圖、水位、流量過程線、等雨量線圖等。
5)洪水預報及優(yōu)化調度：包括洪水預報參數(shù)初始化、參數(shù)設置/修改、定時預報脫機估報、水庫優(yōu)化調度，成果存貯、輸出。
6)聯(lián)網(wǎng)通訊：可接入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可實現(xiàn)多計算機串行通訊，通過電話線可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。
7)狀態(tài)告警：根據(jù)設定的告警雨量、水位值，可實現(xiàn)自動聲光告警，并可通過電話線實現(xiàn)電話語言報警
三、 項目架構實施方案
3．1 采集終端與通訊設備連接F2103 IP MODEM(DTU)同時支持RS232/485通訊接口，采集終端可通過RS232/485與IP MODEM(DTU)進行連接，接口定義如下圖所示
3．2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式
3．2．1專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網(wǎng)固定IP 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。用戶在內部建立 RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內 部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
3．2．2 ADSL撥號連接（動態(tài)公網(wǎng)IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的?？蛻粝?與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再 由 DNS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務 商。此種方案適合小規(guī)模應用。
3．2．3 通過固定公網(wǎng)IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。 運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3．2．4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構建
中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設備的管理。目前四信提供三種方式的中心接口：
四、方案特點
1、 功耗低、精度高、穩(wěn)定可靠性好、抗雷電及干擾能力強，每個測量單元可連接多個不同類型的傳感器。
2、系統(tǒng)安全性可靠性高，及時準確分析數(shù)據(jù)。
3、通過無線的網(wǎng)絡接入方式，能在較短的時間內完成一次轄區(qū)范圍內各監(jiān)測站的掃描，監(jiān)測水文遙測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并能判斷各設備是否正常工作，并能實現(xiàn)狀態(tài)采集和遙控輸出。
4、數(shù)據(jù)中心可顯示終端實時狀態(tài)信息、歷史信息數(shù)據(jù)及詳細地理位置信息等。終端傳輸模塊支持遠程參數(shù)的配置修改、控制，可以不必到現(xiàn)場修改設備工作數(shù)，為整個系統(tǒng)的運作節(jié)省了大量的人力物力。
5、終端傳輸模塊支持多種喚醒方式，如語音、短信、數(shù)據(jù)等，可靠的網(wǎng)絡連接，智能防掉線，支持在線監(jiān)測、在線維護、掉線自動重拔等功能以確保設備永遠在線。當下端設備出現(xiàn)故障的時候可發(fā)短信報警信息通知維護人員。
6、終端傳輸模塊支持多種喚醒方式，如語音、短信、數(shù)據(jù)等，可靠的網(wǎng)絡連接，智能防掉線，支持在線監(jiān)測、在線維護、掉線自動重拔等功能以確保設備永遠在線。當下端設備出現(xiàn)故障的時候可發(fā)短信報警信息通知維護人員。
7、傳輸模塊采用主備份中心和自動回復主中心功能,并同時支持多中心并發(fā)功能(最 多5個)；數(shù)據(jù)中心支持多種接入方式，如APN、固定IP、動態(tài)IP、動態(tài)域名等。
8、設備采用工業(yè)級設計，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無凝結);多重軟硬件看門狗。
9、四信可為客戶提供二次開發(fā)包和多語言版本數(shù)據(jù)中心服務器軟件以便客戶的需要進行二次開發(fā)；同時針對客戶的需求，提供多種技術支持，包括產(chǎn)品網(wǎng)絡組網(wǎng) 方案設計、技術人員技術培訓、軟件開發(fā)全程技術配合、設備現(xiàn)場調試技術支持 等服務。
五、方案總結
此水文監(jiān)測系統(tǒng)建立無線通訊網(wǎng)絡的基礎上進行數(shù)據(jù)傳輸，中心系統(tǒng)能夠實時、準確獲得終端數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析并迅速做出判斷，為水利部門掌握各地水利情況提供重要依據(jù)。
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