水庫供水流量監(jiān)測自動化系統(tǒng)研究

摘 要：本文闡述了水庫供水流量監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化采集、傳輸與存儲。

關(guān)鍵詞：供水流量；監(jiān)測自動化

中圖分類號：TV697.2

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的持續(xù)發(fā)展以及城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，水庫所轄的分水點(diǎn)數(shù)目在不斷提升，當(dāng)前有不少水庫的分水點(diǎn)管理依然是以人工的模式進(jìn)行流量數(shù)據(jù)的收集，影響了數(shù)據(jù)的及時(shí)性，也容易發(fā)生錯誤。目前信息技術(shù)正在不斷發(fā)展，借助網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建一個(gè)水庫流量監(jiān)測系統(tǒng)，從而代替人工來完成水庫流量的自動監(jiān)測，是一件十分必要的事情。本文闡述了水庫供水流量監(jiān)測自動化系統(tǒng)的構(gòu)建過程，首先總結(jié)了系統(tǒng)建設(shè)的基本原則，然后從監(jiān)測內(nèi)容及工作范圍、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)硬件開發(fā)等方面闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)建設(shè)原則

系統(tǒng)的研制開發(fā)遵循以下原則

1.1 功能全面的原則

本系統(tǒng)是為水庫管理機(jī)構(gòu)所開發(fā)的，水庫管理機(jī)構(gòu)員工并不多，管理信息量也不太繁雜，因此，系統(tǒng)更應(yīng)注重用戶的實(shí)際需求，滿足用戶對于具體功能的要求。在具體功能的實(shí)現(xiàn)上應(yīng)全面和人性化。

1.2 系統(tǒng)可靠性原則

系統(tǒng)開發(fā)完成之后，主要的使用環(huán)境是Windows 2000以及更高的操作系統(tǒng)，所以系統(tǒng)應(yīng)具備較好的可移植性和兼容性。在安全可靠方面，系統(tǒng)應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)定期自動保存功能，從而保證在一旦有異常情況出現(xiàn)的時(shí)候可以盡量恢復(fù)完整的數(shù)據(jù)。

1.3 易用性原則

系統(tǒng)應(yīng)能滿足各類層次的用戶使用，因此應(yīng)有簡潔的界面和易操作的功能，從而方便員工進(jìn)行信息的管理和查詢。在實(shí)際使用時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)以人性化的用戶提示支持用戶正確使用系統(tǒng)、方便快捷。

1.4 處理能力的原則

系統(tǒng)應(yīng)具備一定的處理能力，通過優(yōu)良的硬件設(shè)備配置和網(wǎng)絡(luò)配置，使系統(tǒng)達(dá)到較高的響應(yīng)度，提高使用效率，此外系統(tǒng)應(yīng)盡可能減少對后臺數(shù)據(jù)庫的存取行為。

1.5 可移植性原則

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，水庫系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也面臨著定期的更新或者升級。該系統(tǒng)首先應(yīng)基于性價(jià)比高并且夠較為優(yōu)良和穩(wěn)定的硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此外，為了盡可能減少成本，應(yīng)考慮系統(tǒng)以后升級換代的需要。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

水庫實(shí)時(shí)監(jiān)測管理信息系統(tǒng)以分布式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，下圖所示為其基本架構(gòu)。

由圖可知，系統(tǒng)的組成主要包括兩個(gè)重要模塊，分別是監(jiān)測中心與流量監(jiān)測站，模塊之間的通信方式選用了超短波方式，以原頻點(diǎn)作為通信頻率。系統(tǒng)的工作模式是自報(bào)—應(yīng)答兼容，每一個(gè)流量監(jiān)測站均周期性地將所獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至中心站，中心站也可以通過查詢或者輪詢的方式隨時(shí)調(diào)取各個(gè)流量監(jiān)測站的信息。所有的數(shù)據(jù)匯聚至水庫監(jiān)控中心，再由自來水公司中心站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2 系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)

采用B/S模式，在J2EE+SQLServer2000的系統(tǒng)開發(fā)平臺下，系統(tǒng)引入了分層化的設(shè)計(jì)模式，遵循SOA體系架構(gòu)的思想，實(shí)現(xiàn)了高開放性、低耦合度、可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)，從而使系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和維護(hù)性。主要功能闡述如下：

2.2.1 數(shù)據(jù)采集功能的設(shè)計(jì)

所有的水庫監(jiān)測分站均結(jié)合設(shè)置來周期性地讀取監(jiān)測點(diǎn)的流量信息，將這些數(shù)據(jù)暫存入RTU模塊，并通過數(shù)據(jù)無線電臺把獲取的監(jiān)測信息傳輸至監(jiān)測中心。智能調(diào)度機(jī)能夠存儲所獲取的數(shù)據(jù)，中心站以無線的方式對所需的流量信息進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)。原始的流量數(shù)據(jù)在中心站被解碼、糾錯之后，作為正式的數(shù)據(jù)傳輸至水庫管理機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫管理功能的設(shè)計(jì)

流量監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，存放中心站接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過Bean接受來自分站的所有數(shù)據(jù)，并進(jìn)行有針對性的處理，同時(shí)將處理結(jié)果傳輸至信息系統(tǒng)進(jìn)行存儲；系統(tǒng)采用B/S模式，在J2EE+SQLServer2000的系統(tǒng)開發(fā)平臺下，結(jié)合MVC的設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯、控制邏輯以及前端數(shù)據(jù)顯示邏輯的分類，從而使系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和維護(hù)性。為了實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶的請求，系統(tǒng)設(shè)置專門的Java Beans類來進(jìn)行具有針對性的管理，并且可以把所接收到的用戶的請求傳輸至Enterprise Beans進(jìn)行處理。Web組件對用戶的多種操作提供支持，對發(fā)來的各類請求進(jìn)行處理和響應(yīng)。由一個(gè)Bean取出存儲在信息系統(tǒng)層中的相關(guān)數(shù)據(jù)，將其傳輸至客戶端程序，以便用戶閱讀。

2.2.3 數(shù)據(jù)查詢功能的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)可根據(jù)用戶的查詢需求，輸出各類水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)表。對于用戶的查詢操作，可以歸為以下三個(gè)類別：（1）對于符合某些條件的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢；（2）對于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)；（3）對于某幾個(gè)特定項(xiàng)目進(jìn)行查詢。對于第一種情況，通過管理控制類sksjqingdanAction.java、業(yè)務(wù)邏輯控制類sksjqingdanManage.java以及實(shí)體類sksjqingdan.java實(shí)現(xiàn)；對于第2種情況通過管理控制類sksjztAction.java、業(yè)務(wù)邏輯控制類sksjztManage.java以及實(shí)體類sksjzt.java實(shí)現(xiàn)，對于第3種情況，通過管理控制類ztshenpiAction.java、邏輯控制類sksjztManage.java以及實(shí)體類sksjzt.java實(shí)現(xiàn)。

2.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可以結(jié)合用戶的需求以及用戶輸入的條件，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為其決策提供數(shù)據(jù)方面的參考。在用戶需要對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，用戶在界面提示下錄入統(tǒng)計(jì)的條件和時(shí)間區(qū)間，系統(tǒng)便會向Action.java傳遞統(tǒng)計(jì)相關(guān)請求，check Action.java收到請求之后，便調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯控制類check Manage.java，以該類中的統(tǒng)計(jì)方法add check（）來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行存儲。

2.2.5 報(bào)警功能的設(shè)計(jì)

結(jié)合用戶事先設(shè)置的閾值，系統(tǒng)對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)越過閾值的情況，則會觸發(fā)系統(tǒng)的報(bào)警程序，實(shí)現(xiàn)告警。具體的告警類型包括：（1）系統(tǒng)實(shí)時(shí)告警：對所有的關(guān)鍵性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和判別，一旦超過閾值則觸發(fā)報(bào)警；（2）工作情況報(bào)警：對系統(tǒng)所有模塊的工作情況進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)采集，包括流量監(jiān)測中心站或者分站的工作數(shù)據(jù)，發(fā)生異常則產(chǎn)生報(bào)警信息；（3）報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)查詢：用戶在界面提示下輸入告警統(tǒng)計(jì)查詢的起始時(shí)間，查詢類目或者關(guān)鍵詞等，系統(tǒng)向alertztAction.java傳遞告警查詢的相關(guān)請求，alertztAction.java收到請求之后，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯控制類alertztManage.java，以該類中的統(tǒng)計(jì)方法total（）來進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的組織和提取，同時(shí)結(jié)合用戶的選擇，以柱形圖等模式將所查詢統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)展示出來。

2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)所采用的流量監(jiān)測站無線終端，其主要接口的選擇上，以支持國際標(biāo)準(zhǔn)的接口類型為主；在通信規(guī)約的選擇上則主要參考我國防汛指揮系統(tǒng)的建議。流量監(jiān)測站往往是無人值守的，因此要求其具有足夠的可靠性，且具備低功耗、智能化的特點(diǎn)。系統(tǒng)的采集模塊能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)采集功能以及無線傳輸功能，也能夠在用戶的設(shè)置下選擇性地接受數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行必要的信道糾錯和信息譯碼等。終端信息經(jīng)過譯碼和轉(zhuǎn)換之后，以圖形化或者表格化的模式顯示出來。應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和預(yù)測，一旦來自傳感單元的信息越過預(yù)先設(shè)置的某項(xiàng)閾值，系統(tǒng)的告警程序便會被觸發(fā)。結(jié)合水庫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量以及傳輸模式，將命令字設(shè)置為3字節(jié)，取值區(qū)間為[000，999]。其中，第一個(gè)字節(jié)的功能是對數(shù)據(jù)包的類型進(jìn)行區(qū)分，當(dāng)頭字節(jié)為“1”時(shí)，表示數(shù)據(jù)包屬于發(fā)出的請求數(shù)據(jù)包；而當(dāng)頭字節(jié)為“9”時(shí)，表示數(shù)據(jù)包屬于對請求信息的響應(yīng)數(shù)據(jù)包。第二字節(jié)到第三字節(jié)的功能是具體命令。下表1所示為監(jiān)測站硬件的主要參數(shù)：

3 結(jié)束語

水庫供水流量的自動監(jiān)測，能夠在節(jié)省人力的基礎(chǔ)上，以信息化的模式來實(shí)現(xiàn)水庫系統(tǒng)的運(yùn)營，數(shù)據(jù)的采集和傳輸均自動進(jìn)行，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率和實(shí)時(shí)性均有了質(zhì)的提升，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：王文廣（1976.07-），男，河北曲陽人，畢業(yè)于華北電力大學(xué)，工程師，研究方向：水利工程自動化。

作者單位：保定市王快水庫管理處，河北保定 073100