水流量在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇

鄧俊聰

（廣東省水文局廣州分局，510150，廣州）

一、水流量在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成

水流量在線監(jiān)測系統(tǒng)是將安裝在各類輸水管道監(jiān)測點(diǎn)的流量計(jì)，各水流量監(jiān)測站點(diǎn)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，以及建立的數(shù)據(jù)接收匯集處理中心，連接成具有水流量信息自動計(jì)量采集、傳輸、處理（儲存、查詢）功能的在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由水流量計(jì)量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和通信傳輸子系統(tǒng)、中心站數(shù)據(jù)處理（接收、查詢）子系統(tǒng)三部分組成。

二、水流量計(jì)量子系統(tǒng)

水流量計(jì)量子系統(tǒng)主要由流量計(jì)及其附屬信號傳輸線路組成，是整個(gè)系統(tǒng)最前沿的部分，也是系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的來源。它的計(jì)量精度、壽命和可靠性、安裝維護(hù)難易程度是整個(gè)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性和運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)。因此，子系統(tǒng)中儀表設(shè)備——流量計(jì)的選擇成為該子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇的關(guān)鍵。

流量計(jì)按其工作原理可分為機(jī)械式、電磁式和超聲波時(shí)差式三種，將三種流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，可歸納出各種流量計(jì)的主要優(yōu)缺點(diǎn)：

①機(jī)械式流量計(jì)精度低、易損壞，安裝維護(hù)不方便，適用管徑范圍較窄，唯一的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜；由于運(yùn)行維護(hù)周期較短，故維護(hù)費(fèi)用較高。因此，若經(jīng)濟(jì)條件許可，在新建或改造的系統(tǒng)中不建議選用機(jī)械式流量計(jì)。

②超聲波和電磁式流量計(jì)的精度均較高，適用的范圍較廣。對用于150mm以下管徑的，電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)價(jià)格相當(dāng)；但電磁流量計(jì)的精度更高，若現(xiàn)場允許停水截管安裝和維護(hù)，可選用電磁式流量計(jì)。對于較大管徑（大于150 mm），則超聲波流量計(jì)的性價(jià)比較高，對于不允許停水截管安裝和維護(hù)的輸水系統(tǒng)，則應(yīng)該選擇超聲波流量計(jì)。

三、數(shù)據(jù)采集和通信傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集和通信傳輸子系統(tǒng)的主要作用是將水流量計(jì)量子系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和發(fā)送傳輸，是連結(jié)水流量計(jì)量子系統(tǒng)和中心站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的紐帶。該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信傳輸組網(wǎng)選擇，直接關(guān)系數(shù)據(jù)發(fā)送傳輸?shù)姆€(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，是水流量能否實(shí)現(xiàn)可靠在線監(jiān)測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

通信傳輸組網(wǎng)方案是多種多樣的，既可用有線傳輸，也可用無線傳輸。常見的遠(yuǎn)程通信傳輸方式有有線電話、超短波、GPRS、衛(wèi)星等幾種。它們都能以各自單獨(dú)方式組網(wǎng)或多種方式混合組網(wǎng)。以下對常見的四種通信組網(wǎng)方式進(jìn)行比較，如表1所示。

超短波通信屬于自建網(wǎng)絡(luò)，獨(dú)立性好且無數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用，但是要新建發(fā)射塔、中繼站等，建設(shè)成本很高。有線電話組網(wǎng)方式是利用公用電話線路，其抗干擾能力強(qiáng)，但易受自然或人為損壞，當(dāng)線路較長時(shí)維護(hù)困難。衛(wèi)星通信抗干擾能力最強(qiáng)，但要安裝衛(wèi)星天線，費(fèi)用較高，而且租用衛(wèi)星的傳輸費(fèi)用是4種組網(wǎng)方式中最昂貴的。GPRS通信方式為租用移動通信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，站點(diǎn)只需安裝類似手機(jī)的發(fā)射模塊，建設(shè)費(fèi)用較低，但缺點(diǎn)是受當(dāng)前GPRS網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋條件的限制，有些偏遠(yuǎn)的站點(diǎn)可能無法傳輸信號。

表1 通信方式比較表

不同的通信組網(wǎng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體情況，因地制宜選擇組網(wǎng)方案，可從技術(shù)可靠性、運(yùn)行費(fèi)用、建設(shè)成本等方面綜合考慮。值得注意的是目前國內(nèi)GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率已超過90%，故推薦優(yōu)先選用GPRS這一高性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)。至于GPRS無線信號未能覆蓋或信號強(qiáng)弱不穩(wěn)定的通信站點(diǎn)，只能選用其他通信方式或采用兩種通信方式混合組網(wǎng)，或在一個(gè)站點(diǎn)中采用兩種不同的通信方式互為備用。

四、中心站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

中心站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的主要功能是對數(shù)據(jù)采集和通信傳輸子系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、儲存、發(fā)布和查詢。各水流量監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)在中心站匯集并存入數(shù)據(jù)庫，用戶可通過訪問中心站服務(wù)器作數(shù)據(jù)查詢和分析；該子系統(tǒng)是水流量在線監(jiān)測系統(tǒng)的大腦中樞和對外窗口，也是監(jiān)測系統(tǒng)的終端。正確選擇該子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，尤其是查詢客戶端與中心站服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，關(guān)系到其功能的優(yōu)化與數(shù)據(jù)安全，因此是該子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。

1.中心站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)構(gòu)成

中心站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要由信息接收、信息查詢等子模塊組成。各子模塊利用開放、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口有機(jī)地聯(lián)系在一起。

2.主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式選擇

查詢客戶端與中心站服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式一般有以下兩種。

①瀏覽器/服務(wù)器 （B/S）結(jié)構(gòu)模式。B/S結(jié)構(gòu)具有良好的擴(kuò)充性，對客戶端沒有任何特殊要求，對用戶數(shù)量也沒有限制，只需網(wǎng)絡(luò)支持并具有瀏覽器功能即可。B/S模式只在服務(wù)器端安裝應(yīng)用程序，而客戶端不需安裝程序，直接使用IE或其他瀏覽器即可訪問查詢；修改應(yīng)用程序只與服務(wù)器有關(guān)，客戶端不作任何改動；操作簡單，維護(hù)方便。但其缺點(diǎn)是系統(tǒng)安全性較差，容易受外部黑客的攻擊，且由于客戶端沒有任何專用軟件，故在客戶端難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能。

②客戶/服務(wù)器 （C/S） 結(jié)構(gòu)模式。C/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)安全性和互動性，特別有利于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)修改和復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)；可以對信息進(jìn)行各種操作，在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可以滿足不同用戶的需要。但其缺點(diǎn)是只有安裝了客戶端軟件的用戶才能訪問服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)，不利于數(shù)據(jù)的大范圍發(fā)布。一旦服務(wù)器程序發(fā)生變化，所有客戶端軟件也必須修改，造成軟件的升級和維護(hù)比較麻煩。

鑒于上述兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式各有特點(diǎn)，且中心站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)由若干軟件子模塊組成，因此可以根據(jù)上述兩種模式各自特點(diǎn)和對各子模塊的需求，采用兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式兼容的方案。系統(tǒng)信息的查詢與發(fā)布等子模塊采用B/S模式結(jié)構(gòu)，以方便信息的查詢與發(fā)布；信息匯集和數(shù)據(jù)庫子模塊則采用C/S模式結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫查詢修改功能，同時(shí)也能保證信息匯集和數(shù)據(jù)庫子模塊有較高的安全性。

[1]蔡武昌.電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)在線驗(yàn)證[J].自動化儀表，2007，28（4）.

[2]阮博，王吉星.廣東省三防指揮系統(tǒng)水情信息傳輸信道的選擇[J].水利水文自動化，2007（1）.

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