基于RTU無線遙測終端技術(shù)水利監(jiān)控應(yīng)用解決方案

1、行業(yè)概述

水利信息化就是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)和利用水利信息資源，包括對水利信息進(jìn)行采集，傳輸，存儲，處理和利用，提高水利資源的應(yīng)用水平和共享程度，從而全面提高水利建設(shè)和水事處理的效率和效能。隨著中國水利行業(yè)以及船舶運(yùn)輸行業(yè)的的迅猛發(fā)展，我國河流、運(yùn)河、水庫等區(qū)域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也得到了進(jìn)一步發(fā)展壯大，隨著信息化建設(shè)步伐的加快，對河流、運(yùn)河、水庫等區(qū)域的相關(guān)信息化控制以及安全監(jiān)控系統(tǒng)的步完善，可以實現(xiàn)對可能或正在發(fā)生的汛情、險情、災(zāi)情進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)控，以便及時采取預(yù)防和相應(yīng)的搶險措施，保障人民生命財產(chǎn)安全。

水文站是收集水資源信息的基本站點，是水文工作的基礎(chǔ)。水文站網(wǎng)持續(xù)地對我國江、河、湖、庫的地表水、地下水的水量、水質(zhì)等進(jìn)行觀測，實時收集水文水資源數(shù)據(jù)，對水資源開發(fā)、利用、管理、保護(hù)，實現(xiàn)水資源的合理調(diào)配，提高水資源利用率和改善水生態(tài)等方面具有十分重要的作用。同時，還為防汛防潮的指揮調(diào)度提供了及時、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

關(guān)鍵字：無線 RTU；工業(yè)級無線遙測終端；水利監(jiān)測；互聯(lián)網(wǎng)+；

2、政策背景

     水利工程建設(shè)是為國家現(xiàn)代化服務(wù)的，因此水利行業(yè)現(xiàn)代化首先要滿足國家現(xiàn)代化進(jìn)程中社會對水的各種需求。但水資源是有限的，對水資源的開發(fā)利用又必須遵循自然規(guī)律。水利工程行業(yè)的現(xiàn)代化還表現(xiàn)為能清楚地認(rèn)識水的基本規(guī)律，引導(dǎo)社會對水資源進(jìn)行合理利用，控制不合理的需求和消費(fèi)。
    中國水利工程現(xiàn)代化是為滿足中國現(xiàn)代化對水利的需求。即在保障社會經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)安全的前提下，引導(dǎo)和控制各行業(yè)的用水需求，對有限的水資源進(jìn)行合理配置，以滿足中國現(xiàn)代化進(jìn)程中對水資源的總體需求。其基本途徑是通過以流域為單元的國土綜合整治和強(qiáng)化流域管理，提高流域國土的安全度、舒適度和富裕度
    根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2014-2018年中國水利工程行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》分析：中國水利工程現(xiàn)代化過程將貫穿21世紀(jì)，目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是：未來在20年左右時間內(nèi)使經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市周圍首先實現(xiàn)水利現(xiàn)代化。

3、行業(yè)特點

1. 水文信息安全防范要求高，在遇到刮風(fēng)、暴雨、決口等災(zāi)害時，水文信息能夠及時傳遞到相關(guān)管理部門，在最短時間內(nèi)采取相應(yīng)解決措施。

2. 水文站點在地理位置上分布較廣、位置較偏僻，監(jiān)控點選擇時應(yīng)考慮到攝像機(jī)安裝地點，要求視野廣、無障礙、監(jiān)控角度大，盡量少設(shè)監(jiān)控點，如無法回避死角，可增加監(jiān)控點。

3. 一般各個水文站采集的數(shù)據(jù)需要先匯總到鄉(xiāng)水文站，各個鄉(xiāng)水文站再將這些信息傳回到縣水文站。因此，要求鄉(xiāng)水文站、縣水文站架設(shè)的無線設(shè)備所提供的帶寬較大，滿足業(yè)務(wù)傳輸?shù)膸�寬需求，確保無線鏈路穩(wěn)定性。

4. 當(dāng)縣水文站與鄉(xiāng)水文站距離較遠(yuǎn)時或中間不可視，存在遮擋的情況下，需要架設(shè)中繼設(shè)備。

5. 水利水文站數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸業(yè)務(wù)一般以數(shù)據(jù)為主，例如:水位、流量、流速、潮差等。

6. 考慮傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對防汛防潮指揮有重要的作用。

4、應(yīng)用前景

   水文無線監(jiān)測系統(tǒng)，可在多種環(huán)境下運(yùn)作，抗災(zāi)性較好，可確保水文信息采集系統(tǒng)在各種惡劣天氣情況下，都能正常運(yùn)行;安裝方便，無需鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)電纜，可大量節(jié)省投資;具有極強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)充性，通過在需要監(jiān)測的地點架設(shè)監(jiān)控攝像設(shè)備和無線基站，即可迅速實現(xiàn)系統(tǒng)的拓展，促進(jìn)逐步全面實現(xiàn)水文信息采集自動化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。

   智通水利遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)旨在建立一個基于移動GPRS／GSM網(wǎng)、GIS平臺的智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，加快水利管理信息化建設(shè)進(jìn)程。整個項目充分體現(xiàn)系統(tǒng)集成的思想，網(wǎng)絡(luò)符合總體規(guī)劃及長遠(yuǎn)發(fā)展。系統(tǒng)設(shè)計在一個較高的起點上充分保證系統(tǒng)的可伸縮性和可擴(kuò)展性，具備相當(dāng)?shù)耐ㄐ拧⒂嬎銠C(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息容量及處理能力，并有一定的超前性，軟硬件預(yù)留接口，便于維護(hù)、升級和擴(kuò)展，以適應(yīng)將來整個系統(tǒng)發(fā)展的要求。

5、通訊方式

     水利行業(yè)中，由于水利對國計民生的重要性，加上電信運(yùn)營商的基礎(chǔ)設(shè)施條件和業(yè)務(wù)選擇性推動，有線網(wǎng)絡(luò)仍是主要傳輸途徑，也是水利部門的首選方式，從以往的項目建設(shè)經(jīng)驗看，至少占了七成以上。而無線傳輸在過去主要是作為水文采集和圖片傳輸?shù)耐ǖ溃�現(xiàn)在也是作為輔助手段來填補(bǔ)難以鋪設(shè)線路的地域監(jiān)控需求。
　　安防系統(tǒng)中采用何種傳輸方式，一般會結(jié)合監(jiān)控的要求和環(huán)境兩方面來考慮，對于監(jiān)控畫面要求清晰、實時的點位（比如水庫、堤圍、漁港、樞紐等），一般采用有線傳輸，會自建專網(wǎng)或租用運(yùn)營商的專線資源（至少也有ADSL專線），傳輸穩(wěn)定、帶寬充足，可以保障監(jiān)控效果，問題是施工周期長、投入大、維護(hù)難度大，目前也基本只有電信運(yùn)營商才愿意建設(shè)。　
　　一些無人值守泵站、河道監(jiān)測站、水文站位于崇山峻嶺深處或荒無人煙之地，或者即便在城區(qū)，但有線網(wǎng)絡(luò)難以到達(dá)或者是投資收益比例差距較大，需要考慮無線網(wǎng)絡(luò)（目前以2.5G/3G網(wǎng)絡(luò)為主，也有考慮Wi-Fi的）或點對點傳輸通道（如微波無線擴(kuò)頻、OFDM、COFDM），優(yōu)勢是架設(shè)周期短、成本低，便于安裝施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)。

（1）有線方式

有線方式主要有：有線以太網(wǎng)（RJ45線、光纖）、工業(yè)串行總線（RS485、RS232、CAN總線）。

有線以太網(wǎng)主要優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大，缺點是布線復(fù)雜、擴(kuò)展性差、施

工成本高、靈活性差。

工業(yè)串行總線（RS485、RS232、CAN總線）優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠，設(shè)計簡單，缺點是

布網(wǎng)復(fù)雜、擴(kuò)展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。

（2）無線方式

無線方式主要采用移動運(yùn)營商的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE網(wǎng)絡(luò)等。

無線方式的優(yōu)點是：成本低廉、建設(shè)工程周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、維護(hù)方便并且擴(kuò)展容易。

基于此，利用2G/3G/4G無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，基于服務(wù)端應(yīng)用寬帶有線網(wǎng)絡(luò)提供固定IP或者動態(tài)IP（可用域名綁定）以及端口號，將這些服務(wù)端參數(shù)設(shè)置在才茂通信無線傳輸終端DTU上，利用它能夠自動解析域名地址，連接到服務(wù)端的充電樁管理平臺，可以為水利行業(yè)提供實時的數(shù)據(jù)采集、傳輸、發(fā)布、遠(yuǎn)程管理與控制、實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐昝澜鉀Q方案。

6、系統(tǒng)組成及組網(wǎng)方案

智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要由信息中心、通信網(wǎng)絡(luò)、水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點3部分組成。
　　1、信息中心：信息中心由相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器與通信服務(wù)器組成，通信服務(wù)器用于與各水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點的通信，應(yīng)用服務(wù)器用于記錄各水利遠(yuǎn)程測控點的相關(guān)信息。
　　2、通信網(wǎng)絡(luò)：通信網(wǎng)絡(luò)作為信息中心與各水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點進(jìn)行信息交換的樞紐，是整個系統(tǒng)中的核心部分，其工作特點是通信次數(shù)十分頻繁，但每次的通信傳輸量很小。考慮到智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將來業(yè)務(wù)的發(fā)展和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)采用專線方式接入到2G/3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)中。各終端的信息數(shù)據(jù)從終端到達(dá)2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)后通過專線和智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)連接，智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)和GPRS／GSM網(wǎng)絡(luò)之間通過防火墻進(jìn)行保護(hù)。
　　3、水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點：水利遠(yuǎn)程監(jiān)測點采用2G/3G/4G無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所有的信息數(shù)據(jù)通過2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

水利系統(tǒng)拓?fù)鋱D

本系統(tǒng)主要由水文監(jiān)測站、才茂無線遠(yuǎn)程測控終端RTU（各種2G/3G/4G無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備）、水文系統(tǒng)管理平臺軟件等組成。

 才茂RTU系列產(chǎn)品集成了模擬信號采集，開關(guān)量輸入，開關(guān)量輸出，脈沖計數(shù)，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，RS485通信和4G/3G/2G無線數(shù)據(jù)通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入各種傳感器、標(biāo)準(zhǔn)變送器信號、儀表等輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是實施無線測控的最佳選擇。

    考慮到水利遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)容量大、監(jiān)控點多而分散、對信息數(shù)據(jù)的智能處理分析要求高的特點，采用專線接人和專用APN方案。使用專用的APN有：進(jìn)行訪問權(quán)限的控制，比因特網(wǎng)的安全性能提高、可控性提高，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)先級得到保證等好處。　　 　　

1、網(wǎng)絡(luò)連接

智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)與移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)GGSN設(shè)備、短信網(wǎng)關(guān)使用 2M專線相聯(lián)。各水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點用GPRS終端通過GPRS／GSM網(wǎng)絡(luò)連接到信息中心的通信服務(wù)器。
2、APN 　　

   在公網(wǎng)中為智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)分配專用的APN，水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點激活PDP(分組數(shù)據(jù)協(xié)定)上下文之后可與業(yè)務(wù)中心互相傳送數(shù)據(jù)。對于沒有GPRS覆蓋的地區(qū)提供短信接入。
3、中心與水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點之間的連接保持　　

    考慮到GPRS網(wǎng)絡(luò)的狀況，水利遠(yuǎn)程監(jiān)測點終端在被GPRS網(wǎng)絡(luò)激活后，立即發(fā)起PDP(分組數(shù)據(jù)協(xié)定)上下文激活請求。通過上位機(jī)的軟件采用心跳和定時檢查GPRS網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的方法來保持連接。
4、IP地址分配與鑒權(quán)方案 　　

   在智能水利遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)設(shè)置 Radius服務(wù)器上為水利遠(yuǎn)程監(jiān)測點分配內(nèi)部IP地址。水利遠(yuǎn)程監(jiān)控點終端發(fā)起PDP(分組數(shù)據(jù)協(xié)定)上下文激活請求后，由智能水利遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的 Radius服務(wù)器鑒權(quán)水利遠(yuǎn)程監(jiān)測點終端的MSISDN或IMSI號碼后，為其分配IP地址，若Radius服務(wù)器支持為每一MSISDN或IMSI終端分配固定的IP地址，則可保證各監(jiān)測點終端的IP地址固定不變。

7、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：

雨量、水位監(jiān)測人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)測雨量計信號、水位計信號、風(fēng)速信號、太陽能電池板電壓等，在用于水庫、湖泊等水位監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)水位超過上下限，自動發(fā)送預(yù)警短信。

A、軟件功能

       遠(yuǎn)程監(jiān)測雨量、水位、風(fēng)速等信號。 

       支持各種監(jiān)測信息、控制信息、報警信息、操作信息的存儲和歷史記錄查詢。

       生成各種數(shù)據(jù)報表及數(shù)據(jù)曲線。

B、數(shù)據(jù)中心組態(tài)軟件截圖

實時顯示

1、左側(cè)設(shè)備列表顯示出當(dāng)前在線和離線設(shè)備的信息，當(dāng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)后，將從“離線設(shè)備列表”進(jìn)入“在線設(shè)備列表”，設(shè)備長時間不在線將從“在線設(shè)備列表”進(jìn)入“離線設(shè)備列表”；

2、右上角顯示設(shè)備編號、用戶名稱、聯(lián)系人、電話、傳真、手機(jī)、SIM卡號、地址等信息；

3、左上角顯示雨量計、水位計、風(fēng)速儀、太陽能電池板等信息；

4、窗口下面實時顯示雨量計、水位計、風(fēng)速儀、太陽能電池板等曲線；

5、中部文字提示當(dāng)前設(shè)備登陸時間，采集回傳數(shù)據(jù)的最后時間；

歷史記錄 

    用戶可以根據(jù)時間段來搜索歷史記錄；

    歷史記錄將以曲線形式繪制在窗口上面，歷史記錄可以以列表的形式顯示在窗口下面，通過歷史記錄可以查看設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和相關(guān)趨勢；

    同時查詢的歷史記錄可以導(dǎo)出為excel表格；

組態(tài)軟件效果圖

    用戶可以根據(jù)需要通過組態(tài)軟件來定制程序，這樣界面表現(xiàn)形式更為靈活；

8、才茂智能無線遠(yuǎn)程測控終端介紹

    RTU（遠(yuǎn)程終端單元），英文全稱RemoteTerminalUnit，中文全稱為遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場信號、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測和控制。RTU(RemoteTerminalUnit)是構(gòu)成企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的核心裝置，通常由信號輸入/出模塊、微處理器、有線/無線通訊設(shè)備、電源及外殼等組成，由微處理器控制，并支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它通過自身的軟件(或智能軟件)系統(tǒng)，可理想地實現(xiàn)企業(yè)中央監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)對生產(chǎn)現(xiàn)場一次儀表的遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等功能。

才茂CM550系列智能無線遠(yuǎn)程測控終端(以下簡稱無線RTU）是廈門才茂通信科技有限公司經(jīng)過多年的實踐及工程應(yīng)用，為滿足市場需求而自主研發(fā)的集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制與無線通訊功能為一體的無線終端控制產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品集成了模擬信號采集，開關(guān)量輸入，開關(guān)量輸出，脈沖計數(shù)，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，RS485通信和4G/3G/2G無線數(shù)據(jù)通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入各種傳感器、標(biāo)準(zhǔn)變送器信號、儀表等輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是實施無線測控的最佳選擇。

CM550系列采用高性能的工業(yè)級32 位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺設(shè)備提供在線維持技術(shù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)終端永久在線，保存數(shù)據(jù)鏈路任何時候暢通，實現(xiàn)高速、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)采集和控制功能。

9、才茂RTU功能的優(yōu)勢

1. 完善的WEB配置界面。

2. 中心軟件：提供完整的數(shù)據(jù)中心管理軟件，可同時管理大量無線RTU，并對無線RTU各項資源進(jìn)行控制。

3. 豐富接口：提供RS232接口或者RS485接口或者TTL接口或者RS422接口或者USB接口或者RJ45以太網(wǎng)接口，全接口支持。

4. 完善的網(wǎng)絡(luò)支持：提供包括2G網(wǎng)絡(luò)（GSM網(wǎng)絡(luò)），2.5G網(wǎng)絡(luò)（GPRS網(wǎng)絡(luò)），2.75G網(wǎng)絡(luò)（EDGE網(wǎng)絡(luò)），3G網(wǎng)絡(luò)（WCDMA網(wǎng)絡(luò)、EVDO網(wǎng)絡(luò)、TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)），4G網(wǎng)絡(luò)（TDD網(wǎng)絡(luò)、FDD網(wǎng)絡(luò)），全網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品支持。

5. 檢查軟件：提供不同的調(diào)試等級輸出，方便客戶查看各種信息，快速定位問題。

10、才茂資質(zhì)

2009 年公司GPRS DTU 產(chǎn)品被評為“創(chuàng)新產(chǎn)品獎”；

2011 年被評為“中國工控行業(yè)客戶滿意最好供應(yīng)商”；

2012 年公司成為“中國質(zhì)量萬里行”會員；

2013 年公司成為“智能輸配電設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”會員；

2010 年被國家認(rèn)定的高新科技企業(yè)；

2010 年被國家認(rèn)定的雙軟企業(yè)企業(yè)；

公司擁有1 項保持設(shè)備穩(wěn)定的專利技術(shù)證書和12 個軟件著作版權(quán)證書；

全國設(shè)立了9 大區(qū)域辦事處，66個代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務(wù)；

公司注冊資本1280 萬；廈門市重點扶持高新科技企業(yè)；

13 年的行業(yè)研發(fā)積累和行業(yè)應(yīng)用考驗。

11、結(jié)束語

水文是水資源開發(fā)利用管理與保護(hù)、防治水害以及工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理、調(diào)度的依據(jù)。在大力加強(qiáng)節(jié)水、保護(hù)水質(zhì)、實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用的前提下，提高現(xiàn)有水資源的管理水平尤為重要。水文站是收集水信息的基本站點，是水文工作的基礎(chǔ)。通過水文站持續(xù)地對我國江、河、湖、庫的地表水、地下水的水量、水質(zhì)等進(jìn)行觀測，實時收集水資源數(shù)據(jù)，對水資源開發(fā)、利用、管理，保護(hù)，實現(xiàn)水資源的合理調(diào)配，達(dá)到提高水資源的利用率和改善水生態(tài)的目標(biāo)等方面具有十分重要的作用。同時，還可為防汛防潮指揮調(diào)度提供了及時、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

廈門才茂通信科技有限公司 

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