河流水位自动监测系统设计:水位监测系统
时间：2019-04-11 03:20:22 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要:通过GPRS/GSM网络作为传输媒介,连接遥测站与信息中心,遥测站以自动监控及数据采集终端（RTU）为核心,实现水位信息的采集、传输及接收信息中心控制指令和发送信息到信息中心等功能,并上传到控制中心。为辅助调度、提高科学管理水平提供数据支持。
关键词:水位监测 自动测报 遥测站
1、引言
河流是工业、农业等发展的重要资源,是人类不可缺少的资源,对区域生态资源有着重要影响。伴随着自然条件的变化和工农业的快速发展,洪涝灾害和各种水污染问题严重影响了河流的健康状况。2011年8月31日,水利部在北京召开了全国中小河流水文监测系统建设工作会议,会议指出:中小河流监测系统建设,不仅关系到区域防洪安全,也关系到流域防洪安全,还涉及生态环境保护和水资源可持续利用。建设实时高效的河流监测系统不仅仅对防洪及水污染治理有着重要意义,还关系到能否保障人民群众生命财产安全,更关系到国家可持续发展的大战略。
2、系统设计
2.1 总体阐述
在水位自动测报系统中,数据传输常用的工作体制有3种（自报式、应答式和混合式）。经分析比较,水位自动监测系统的工作体制采用自报和查询应答相结合的工作体制。具有现地和远地编程控制功能、定时自报或事件自报（参数变化达到设定值加报）功能、查询应答和自动报警等功能。
水位自动监测系统的信息流程为:遥测站定时自动采集水位数据,定时自动发送到中心站,中心站将接收到的数据经处理后存入数据库;中心站能定时接收或随时召测各遥测站的实时水情信息同时有险情报警并监控各遥测站设备的运行情况。
系统由中心站和遥测水位站组成,中心站设在黑龙江省航道局信息中心,遥测站分别设置在哈尔滨码头、佳木斯码头,系统收集的水情信息为黑龙江省航运服务。综合考虑现有通信条件、数据传输可靠性要求以及系统的可扩展功能,确定系统总体结构为:遥测站自动采集水情信息,通过GPRS/GSM通信方式将数据传输到中心站,中心站经处理后将水情信息存入数据库。
2.2 水位采集
目前国内常用于水位自动观测的水位传感器主要包括浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计和雷达水位计等类型。根据这3种水位计的个自特点,选用压力式水位计较为合适。根据原理、结构特点和性能的不同,压力式水位计可分为投入式和气泡式两类,其适用条件和范围不尽相同,其特点如下:
2.2.1 压阻式水位计
是将扩散硅集成压阻式半导体压力传感器或压力传感器压力变送器直接投入水下测点感应静水压力的水位测量设备。主要适用于江河、湖泊、水库及其他密度比较稳定的天然水体。相对于某一个测点而言,测点的水位为测点相对于河口基面的绝对高程与实际水深之和,测点水位表示为:Hw=H0+p/γ。式中:H0—测点的绝对高程;Hw—测点对应的水位;p—测点的静水压力;γ—水体容量。
在水体容量已知情况下,用压力传感器或压力变送器精确地测量出测点的静水压力值,即可推算出相应的水位。
压阻式压力传感器采用集成电路工艺,在硅基片上扩散电阻条形成一组电阻,由于硅晶体的压阻效应,将输出一个对应于静水压力大小的电压信号,压力传感器将此信号经放大、条理和电压/电流转换,最后输出对应于静水压力大小的4～20mA的电流信号。
2.2.2 气泡压力水位计
气泡压力水位计是在工作过程中通过气管向水中吹放气泡,测量出气管出口处静水压力,经换算测得水位。气泡压力水位计和被测水体完全没有“电气”上的联系,只有一根气管进入水中,从而可以避免很多干扰、影响。气泡压力水位计测量原理与投入式水位计相同,即:Hw=H0+p/γ。式中:H0—测点（即出气口）的绝对高程;Hw—测点（即出气口）对应的水位;p—出气口（即吹气管内）的静水压强;γ—被测水体容量。
将压力传感器的感压口置于吹气的官腔内,压力传感器可直接感应到出气口的静水压力值,即可换算到该测点位置对应的水位。
2.3 通信方式
目前,在水位自动测报系统中常用于水情信息传输的通信方式有:卫星通信、超短波通信、PSTN通信、GSM通信、GPRS通信等。超短波通信适合小范围组网,PSTN通信需要架设电话线路且易受雷击。因为水位自动监测系统站点主要分布在河流沿岸,需要建设的遥测站点的地理位置不尽相同,综合考虑系统的可扩展性以及运行的稳定性和经济性,本系统通信方式确定采用GPRS/GSM通信方式。在GPRS通信中,信道的信噪比、误码率等通信性能指标可依靠GSM网络的性能指标和通信协议得到保证,免去了数据传输过程中对数据校验、检错、纠错等工作,使得数据通信的可靠性得到提高,同时,系统配置的GPRS通信模块可以满足在GPRS信道数据传输失败的情况下自动切换到GSM状态以短消息方式发送,增加了系统数据传输的可靠性。
2.4 遥测站结构
为保证系统可靠、有效地运行,遥测站的建设使用最新的自动测报技术、现代通信技术和远地编程控制技术,采用测、报、控一体化的结构设计。以自动监控及数据采集终端（RTU）为核心,实现信息的采集、预处理、存储、传输及控制指令接收和发送等测控功能。测报控一体化遥测站主要由传感器、自动监控及数据采集终端、通信设备和供电系统等四部分组成,遥测站数据采集采用事件启动、定时采样和指令查询等三种启动工作方式,将各种水文要素的变化经过数字化处理,按一定的存贮格式存入现场固态存贮器,供现场和远地调用查看。采样周期（定时间隔）、事件（增减量）变化量的确定,数据传输信道和传输路径的选择,均可进行现场或远地编程。
3、结语
由遥控站采集数据,由GPRS/GSM网络提供传输通道,建立河流水位自动监测系统,实时监控水位变化量,能够为应急防汛提供预警,为河流上的作业船舶提供实时有效的数据保障船舶的安全行驶,同时辅助调度决策,提高现代化的科学管理水平。
参考文献
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