農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)在桃山水庫工程中的應(yīng)用

董俊營，李艷麗

(1.賓縣水務(wù)局，黑龍江賓縣150400;2.肇源縣河道管理處，黑龍江肇源166500)

1 工程概況

桃山水庫擔(dān)負(fù)著城市供水和農(nóng)業(yè)供水。水庫農(nóng)業(yè)供水包括桃山水庫下游1市3縣，共有6處取水口直接從河道中取水，分屬于長興灌區(qū)、中鮮灌區(qū)、大鮮灌區(qū)、倭肯灌區(qū)、公心集灌區(qū)和安興灌區(qū)，從水庫處至最遠(yuǎn)的安興灌區(qū)渠首的直線距離為72.5 km。

2 系統(tǒng)建設(shè)原則

桃山水庫農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)本著選擇結(jié)構(gòu)簡單、性能先進(jìn)、可靠性高、防雷省電、便于維護(hù)的系統(tǒng)設(shè)備原則，選用定型產(chǎn)品，以縮短建設(shè)周期并確保設(shè)備質(zhì)量，同時(shí)保證系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備有足夠備份。

在系統(tǒng)制式和組網(wǎng)方式上，力求簡單，適合工程管理要求，做到先進(jìn)實(shí)用;做好防雷措施及其它管理保護(hù)措施，減少故障發(fā)生;各站設(shè)備采用太陽能浮充供電方式，中心站配置有安全可靠的交流電源;充分考慮工程現(xiàn)狀和特點(diǎn)，合理安排管理站和遙測(cè)站的關(guān)系，力求無人值守和就近管理相結(jié)合;充分利用現(xiàn)有工程和通信系統(tǒng)資源，發(fā)揮原有資源效益，降低系統(tǒng)造價(jià);系統(tǒng)建設(shè)各項(xiàng)指標(biāo)符合SL61－2003《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)范》要求。

3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及工作體制選擇

3.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

桃山水庫農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)有1個(gè)中心站，6個(gè)觀測(cè)站，18個(gè)測(cè)控項(xiàng)目。

1)中心站:桃山水庫管理處監(jiān)控中心。

2)測(cè)控項(xiàng)目:6個(gè)閘位計(jì)、6個(gè)水位計(jì)、6個(gè)流量計(jì)，總計(jì)18個(gè)測(cè)控項(xiàng)目。各遙測(cè)站將數(shù)據(jù)傳輸至中心站，詳見表1。

3.2 系統(tǒng)工作體制

遙測(cè)站對(duì)中心站采用自報(bào)/應(yīng)答體制。

4 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

1)系統(tǒng)測(cè)控參數(shù):水位、流量、閘位。

2)系統(tǒng)精度:①水位:10 m量程時(shí)，≤±0.2%FS;②閘位:10 m量程時(shí)，≤±0.2%FS;③流量:≤±5%。

表1 桃山水庫農(nóng)業(yè)供水管管理系統(tǒng)觀測(cè)項(xiàng)目一覽表

3)遙測(cè)站、中繼站、中心站等單站設(shè)備平均無故障工作時(shí)間應(yīng)>6 300 h。

4)系統(tǒng)暢通率>95%。

5)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信誤碼率<10－5。

5 通信信道的選擇

桃山水庫農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)組網(wǎng)方案采用GPRS通信。中心站與遙則站之間通過GPRS短信實(shí)現(xiàn)自報(bào)/應(yīng)答式工作方式。

根據(jù)目前轄區(qū)內(nèi)可利用的通信資源和現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)情況:有線程控電話未到達(dá)各灌區(qū)遙測(cè)站。灌區(qū)遙測(cè)站與中心站之間直線距離最大達(dá)到72.5 km組建超短波網(wǎng)絡(luò)需設(shè)中繼站，從而導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)增加。同時(shí)中心站和各個(gè)遙測(cè)站所在地均處在移動(dòng)通信的覆蓋區(qū)，考慮充分利用現(xiàn)有資源和當(dāng)今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)考慮到建成后便于運(yùn)行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實(shí)用，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)的可靠性，在本次建設(shè)中，采用無線移動(dòng)通信(GPRS和GMS短信)作為農(nóng)業(yè)供水系統(tǒng)通信的主要信道。優(yōu)點(diǎn)是:避免了自建專用網(wǎng)的維護(hù)、管理工作;出現(xiàn)問題時(shí)由郵電系統(tǒng)維護(hù)，還避免了無線通信的同頻干擾問題，傳輸質(zhì)量高;設(shè)備簡單，不要專門配備電源;設(shè)備投資低于其它地面無線信道。所以，本組網(wǎng)方案是可行的，也是可靠的。現(xiàn)農(nóng)業(yè)供水系統(tǒng)主要為水資源調(diào)度及水費(fèi)收繳服務(wù)，信息采樣頻率很低，采用GPRS信道最具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

6 系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)備配置

6.1 系統(tǒng)構(gòu)成

桃山水庫農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)由遙測(cè)站和中心站兩部分組成。

遙測(cè)站是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和上傳的基本單元，主要由閘位計(jì)、水位計(jì)、流量計(jì)、數(shù)據(jù)采集單元和GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端及電源等部件構(gòu)成。

中心站是系統(tǒng)核心，設(shè)置在水庫管理處(監(jiān)測(cè)中心)是由工作站、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端、UPS、控制中心局域網(wǎng)、公共服務(wù)器等設(shè)備及相關(guān)軟件組成。遙測(cè)站同中心站之間通過GPRS短信服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息傳送，共同組成一個(gè)性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)性好、運(yùn)行靈活、擴(kuò)展方便的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

6.2 設(shè)備配置

1)傳感器及其設(shè)備要求:①需有斷電記憶功能，軟件硬件方面要有較強(qiáng)的抗干擾能力，工作穩(wěn)定可靠，可長期連續(xù)運(yùn)行;②輸出功能;③工作方式:連續(xù)工作，自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有:閘位計(jì)——監(jiān)測(cè)閘門開度;水位計(jì)——測(cè)量渠道內(nèi)水位;流量計(jì)——累計(jì)渠道內(nèi)水流流量。

2)數(shù)據(jù)采集單元:數(shù)據(jù)采集單元是整個(gè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)整個(gè)遙測(cè)站的數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理、上傳、接收中心站指令等工作。該裝置采用完全模塊化結(jié)構(gòu)，多CPU并行運(yùn)行;整個(gè)單元由數(shù)據(jù)采集智能模塊、通信模塊、電源模塊和防雷模塊等組成，采集智能模塊均獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾。該設(shè)備必須能夠兼容多種信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和處理能力。

3)GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備需能夠提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和虛擬專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?？蛇M(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸、中心點(diǎn)對(duì)多數(shù)據(jù)傳輸?shù)确?wù)。

4)監(jiān)控主機(jī)選用進(jìn)口 PIV2.4G工控機(jī) 1臺(tái)，內(nèi)存256MG/硬盤40GB，配有10/100M以太網(wǎng)卡、UPS不間斷電源等。監(jiān)控主機(jī)設(shè)在水庫管理處(監(jiān)測(cè)中心)。

5)遙測(cè)站電源采用交流電源220V±10%，每個(gè)遙測(cè)站配有蓄電池及配套充電設(shè)備一套，保證自動(dòng)化設(shè)備待機(jī)功耗。

6)避雷設(shè)施:每處遙測(cè)站接地電阻≤4 Ω。系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

7 系統(tǒng)功能要求

7.1 遙測(cè)站功能

1)遙測(cè)站工作在微工耗值守狀態(tài)，遙測(cè)站按設(shè)定的采樣周期時(shí)間采集流量、水位、閘位等數(shù)據(jù)。當(dāng)流量、水位等數(shù)據(jù)變化超出設(shè)定區(qū)間或閘門閘位發(fā)生變化時(shí)立即向中心站發(fā)送最新信息。

2)遙測(cè)站按設(shè)定時(shí)間采集電池電壓、交流電源電壓數(shù)據(jù)，向中心站發(fā)送電源狀態(tài)等信息。

3)遙測(cè)站在接到中心站命令后發(fā)送本站存儲(chǔ)信息。

4)系統(tǒng)運(yùn)行人員在現(xiàn)場(chǎng)人工觀測(cè)其他數(shù)據(jù)，用人工置數(shù)的方式將觀測(cè)數(shù)據(jù)、觀測(cè)時(shí)間、數(shù)據(jù)類型等參數(shù)發(fā)回中心站，存入工作站數(shù)據(jù)庫。

5)遙測(cè)站具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，每5 min存儲(chǔ)一次監(jiān)測(cè)值，能存儲(chǔ)1 a的監(jiān)測(cè)信息量。

7.2 中心站功能

中心站是農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)的監(jiān)控核心，中心站的功能是由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)共同配合實(shí)現(xiàn)的，需具備以下基本功能:

1)數(shù)據(jù)接收、處理

實(shí)時(shí)接收遙測(cè)站發(fā)來的數(shù)據(jù)包，自動(dòng)檢查數(shù)據(jù)幀格式，并進(jìn)行合理性判斷，分類自動(dòng)存儲(chǔ)。

2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

值班表監(jiān)視:在屏幕上以表格的形式顯示各站最近一次來報(bào)信息和各站的特征值。

立即圖監(jiān)視:以圖形的形式將采集的信息直觀的表現(xiàn)出來。

流域圖監(jiān)視:實(shí)時(shí)顯示各站遙測(cè)信息的分布情況，告警信息等。3)歷史記錄查詢4)圖表自動(dòng)生成5)網(wǎng)絡(luò)功能

遙測(cè)系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)庫為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，工作站采集的遙測(cè)信息存儲(chǔ)在服務(wù)器上，與該服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)的所有客戶機(jī)都能夠共享服務(wù)器內(nèi)信息。

6)數(shù)據(jù)管理

7)數(shù)據(jù)庫維護(hù)

8 結(jié)語

通過上述關(guān)于農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通信傳輸系統(tǒng)為保障，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托，決策支持系統(tǒng)為核心，高效可靠，先進(jìn)實(shí)用。系統(tǒng)建成徨，將可以實(shí)現(xiàn)各類水情、工情的自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸、在線分析、綜合調(diào)度。

[1]呂捷.GPRS技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，2001.