基于PC的地下水智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法

田來劍，趙 軍，郭建珠

（1.長治市郊區(qū)水利局，山西 長治 046000；2.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

1 地下水位與水質(zhì)監(jiān)控意義及方案的提出

地下水位變化影響地質(zhì)變化和地殼運動。監(jiān)測地下水位變化通常是人工手動到現(xiàn)場進行測量采集數(shù)據(jù)，但地下水監(jiān)測范圍較廣，需要大量的人力資源，工作周期較長，且以離線方式為主。為了滿足地下水監(jiān)測要求，提高效率，節(jié)省資源，根據(jù)該地區(qū)地下水監(jiān)測的實際需求，提出以傳感器為遠端采集設(shè)備，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)定時登錄服務(wù)器，將傳感器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器的解決辦法。根據(jù)客戶實際需求，制定確實可行的解決方案，并開發(fā)智能GPRS數(shù)據(jù)傳輸器，采用GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

無線GPRS地下水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)終端采用大規(guī)模集成電路技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、抗干擾技術(shù)和串行接口通信技術(shù)。線路的設(shè)計與元器件的選擇以較大的環(huán)境適應(yīng)性為原則，確保設(shè)備運行的可靠性。特別采用了太陽能供電方式，適用于不方便提供220V交流電的野外數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場。通過上位機軟件可以監(jiān)測遠端點設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)傳回中控室，并將數(shù)據(jù)保存在軟件后臺數(shù)據(jù)庫中。

2 系統(tǒng)組成及組網(wǎng)方案

地下水網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)整體分為3部分：遠端監(jiān)測點、無線傳輸鏈路和中心控制室。

遠端監(jiān)測點又由3部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)采集器、GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備電源。采用傳感器對地下水的水位進行監(jiān)測，GPRS數(shù)據(jù)傳輸器將所采集的數(shù)據(jù)上傳至中心控制室，采用太陽能為數(shù)據(jù)傳輸器供電。

無線傳輸鏈路采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸，由遠端點GPRS數(shù)據(jù)傳輸器發(fā)送數(shù)據(jù)到GPRS網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)服務(wù)轉(zhuǎn)換，進入Internet網(wǎng)絡(luò)，最終傳輸?shù)椒?wù)器上，并由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫到客戶端軟件?？蛻舳塑浖劳杏跀?shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)中控室客戶端軟件和遠端點GPRS數(shù)據(jù)傳輸器之間的無線數(shù)據(jù)通訊。

中心控制室由IP數(shù)據(jù)代理服務(wù)器、控制臺和客戶端組成。其中，IP數(shù)據(jù)代理服務(wù)器采用嵌入式實時操作系統(tǒng)，可以預(yù)防所有WINDOWS操作系統(tǒng)流行的病毒，獨立的傳輸協(xié)議保證設(shè)備傳輸控制不被侵擾，用以實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、存儲和Web瀏覽功能；控制臺由一臺計算機和本地客戶端軟件構(gòu)成，完成對監(jiān)測點設(shè)備的設(shè)置等功能；客戶端為網(wǎng)絡(luò)客戶端，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)查看功能和異地查看功能。

3 系統(tǒng)各組成部分功能

3.1 前端智能傳感器

數(shù)據(jù)接口采用一個或兩個RS232接口，可同時接一個或兩個傳感器，波特率為9600Bps；系統(tǒng)通信端口采用全隔離技術(shù)，可避免通信系統(tǒng)因雷擊或其他故障損害通信端口；使用單片機控制采集頻率及上傳頻率；電池供電。

3.2 GPRS智能傳輸終端

串口通訊速率選擇9600Bps，通訊模式是8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗、無硬件控流；遠程/自動喚醒功能實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、控制，保證其工作的可靠性；內(nèi)嵌完整的TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用更全面、更廣闊；帶自主開發(fā)的主控電路和硬件看門狗，保證電路可靠工作，并根據(jù)需要進行軟件串口升級；實現(xiàn)點對點的數(shù)據(jù)傳輸，保證計算機IP地址與設(shè)備IP地址一致，設(shè)備所設(shè)端口號與服務(wù)器端口號一致；實現(xiàn)太陽能供電方式，體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

3.3 IP數(shù)據(jù)代理服務(wù)器

實現(xiàn)連接GPRS數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器并存儲其上傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)服務(wù)功能；連接Web查看軟件和本地客戶端設(shè)置軟件，完成數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)存儲及GPRS數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器的設(shè)置。

3.4 中心控制室及異地軟件平臺

本地客戶端軟件，即ZYT系列無線GPRS地下水網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可以對在線設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，進入測試方式等；可以設(shè)置一定的管理權(quán)限，保證系統(tǒng)的安全性；可以對設(shè)備進行管理、設(shè)置等；可以進行數(shù)據(jù)查詢。

工作模型為三層結(jié)構(gòu)，即實時設(shè)備—服務(wù)端—客戶端。服務(wù)端可以接受各種命令輪詢或單獨獲取各采集點的數(shù)據(jù)信息、控制各可控制設(shè)備的啟停，并可按需要定時或依據(jù)數(shù)據(jù)變化控制設(shè)備?？蛻舳丝蓪崿F(xiàn)數(shù)據(jù)展示和權(quán)限控制等，向服務(wù)端發(fā)送各種命令，以實現(xiàn)需要的功能。

采用多客戶端—服務(wù)端對應(yīng)多設(shè)備可避免多個控制軟件直接控制同一設(shè)備產(chǎn)生的各種不可預(yù)知的問題，并有效提高工作效率。

Web瀏覽器——地質(zhì)環(huán)境自動化遠程監(jiān)測系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)版軟件在整個地下水監(jiān)控系統(tǒng)中作為遠程客戶端，用戶在任何有互聯(lián)網(wǎng)的地方通過登錄軟件即可對地下水監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備采集的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行在線查詢。

4 結(jié)語

4.1 重視地下水資源的合理開發(fā)利用

我國大部分地區(qū)水資源貧乏，部分地區(qū)地下水位連續(xù)下降。因此，水利工作者必須從大局及長遠利益出發(fā)，加大地下水監(jiān)測職能，嚴格控制地下水超量開采，保證補給與消耗基本平衡，實現(xiàn)和諧有序發(fā)展。

4.2 重視地下水水質(zhì)的監(jiān)測及保護工作

地下水資源是關(guān)系國計民生的重要資源，必須切實保護地下水免受污染，加強地下水水質(zhì)的監(jiān)測工作。近年來隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，工業(yè)“三廢”及生活污水排放使一些地區(qū)淺層地下水受到污染，給人民生活帶來很大影響。地下水污染一旦形成，就需要較長的時間、較大的財力才能恢復(fù)，所以地下水水質(zhì)監(jiān)測工作必須作為一項基本職能長抓不懈。

4.3 重視地下水動態(tài)分析及研究工作

通過地下水動態(tài)的監(jiān)測工作，不僅能掌握歷史及當前的地下水水位、埋深及運動規(guī)律，還能通過動態(tài)分析進一步研究區(qū)域地下水動態(tài)規(guī)律（包括數(shù)量及質(zhì)量），預(yù)測地下水未來發(fā)展的可能趨勢，并針對性地指導(dǎo)地下水資源的開發(fā)利用，最大可能地避免由于開發(fā)不當帶來的被動局面，保證地下水資源可持續(xù)利用。