水工安全無(wú)線監(jiān)測(cè)與集成設(shè)計(jì)探討

【摘要】無(wú)線通信是未來(lái)的發(fā)展方向，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐步開(kāi)始應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)、軍事、環(huán)境科學(xué)和醫(yī)療健康等方面，水工安全監(jiān)測(cè)是一個(gè)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用研究對(duì)象。為了適應(yīng)廣東省水利項(xiàng)目自動(dòng)化技術(shù)的需求和發(fā)展，根據(jù)陽(yáng)江市漠陽(yáng)江雙捷水閘的自身特點(diǎn)以及國(guó)家和廣東省有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本工程水工自動(dòng)監(jiān)測(cè)采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可完成本工程范圍內(nèi)水工安全的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和集中處理，實(shí)現(xiàn)管理中心遠(yuǎn)方監(jiān)視的功能，減少值班人員的工作量，為管理單位掌握工程狀況提供了可靠的依據(jù)。本文主要對(duì)水工安全無(wú)線監(jiān)測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備配置、組網(wǎng)方式、控制方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)全文做出總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；水工安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)；水利工程；水利信息及自動(dòng)化

雙捷攔河閘是一宗以灌溉供水為主，兼有防洪、航運(yùn)、發(fā)電等任務(wù)的大（1）型水利樞紐。根據(jù)《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-98）的有關(guān)規(guī)定，判定本水閘為四類(lèi)險(xiǎn)閘，決定對(duì)工程進(jìn)行報(bào)廢重建，重建后攔河閘以上控制集雨面積為4200km2，有28個(gè)孔口。

本文將以漠陽(yáng)江雙捷水閘重建工程為例，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在水利工程的實(shí)際應(yīng)用及與其它系統(tǒng)集成等方面進(jìn)行較為全面的闡述，并提出一些個(gè)人見(jiàn)解。

1、水閘安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水閘安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括測(cè)站層和監(jiān)測(cè)中心站層。測(cè)站層由48套數(shù)據(jù)傳感器和8套無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)單元（MCU）組成；監(jiān)測(cè)中心站層包含1套安全監(jiān)測(cè)工作站和中心節(jié)點(diǎn)接收裝置1套。

1.2 功能與性能

水工安全無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括滲壓計(jì)觀測(cè)。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能包括數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、儲(chǔ)存和無(wú)線傳輸、數(shù)據(jù)處理、分析及報(bào)警等。

主要性能指標(biāo)：

（1）無(wú)線自組網(wǎng)，智能化數(shù)據(jù)輸出；

（2）支持太陽(yáng)能供電及內(nèi)置電池

（3）通信頻段可調(diào)整，支持REMT協(xié)議；

（4）防護(hù)等級(jí)：IP68；

1.3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備

在水閘閘壩共設(shè)置16個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在閘室設(shè)置8套無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)單元，裝設(shè)相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的測(cè)量接入模塊，滲壓計(jì)信號(hào)全部接入無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

（1）監(jiān)測(cè)中心站設(shè)置1套監(jiān)測(cè)工作站和1套無(wú)數(shù)傳感器監(jiān)測(cè)單元中心節(jié)點(diǎn)接收裝置，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)接收現(xiàn)地控制層的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（2）測(cè)站層主要包括滲壓計(jì)48套。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需滲壓計(jì)的數(shù)量及安裝位置，設(shè)置8套MCU。

（3）安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中心站設(shè)備由現(xiàn)地UPS集中供電。

（4）本系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件、安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)軟件等。

2、系統(tǒng)集成

2.1 系統(tǒng)配置

根據(jù)本工程信息系統(tǒng)集成要求，系統(tǒng)主要配置有：1臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺(tái)100/1000M工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、1臺(tái)路由器、1套防火墻、打印機(jī)、UPS電源、網(wǎng)管軟件、網(wǎng)絡(luò)附件、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具等。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)本工程自動(dòng)控制及信息化系統(tǒng)的特點(diǎn)及技術(shù)需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。水工無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)布置在信息中心的工作站，連接計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。

（2）組網(wǎng)技術(shù)

本系統(tǒng)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)采用100/1000Mbps以太網(wǎng)。

為了實(shí)現(xiàn)本工程自動(dòng)控制及信息化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與上一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，配置1臺(tái)具有撥號(hào)接入功能的路由器，通過(guò)租用運(yùn)營(yíng)商寬帶，采用VPN SSL/IPset方式與上級(jí)有關(guān)單位、當(dāng)?shù)厝啦块T(mén)互聯(lián)。

（3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

本工程局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議初采用TCP/IP協(xié)議，同時(shí)可以并行運(yùn)行IPX/SPX、NetBEUI等協(xié)議。

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)

本工程設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL。

（5）操作系統(tǒng)

本工程操作系統(tǒng)采用Microsoft Windows Server 2008系統(tǒng)。

3、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

水工安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是根據(jù)本工程實(shí)際需求，針對(duì)水庫(kù)、閘門(mén)等水工建筑物的安全進(jìn)行全自動(dòng)監(jiān)測(cè)的需求開(kāi)發(fā)的。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集滲壓計(jì)、滲透流量、雨量、水位等參數(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)單元傳輸?shù)叫畔⒅行?，并根?jù)要求生成各種爆表提供數(shù)據(jù)比對(duì)分析功能，系統(tǒng)可在現(xiàn)場(chǎng)分別設(shè)定各滲透壓力的變化量作為上傳報(bào)警閥值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的全局性統(tǒng)籌。

4、總結(jié)

本文以實(shí)現(xiàn)本工程水工無(wú)線自動(dòng)監(jiān)測(cè)為目標(biāo)，達(dá)到以監(jiān)測(cè)為目的，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展的基礎(chǔ)，構(gòu)造了一種基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)信息中心遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)視的功能，減少工程值班人員的工作量，對(duì)其他水利工程有借鑒意義。

目前水工安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究和應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的模塊化或標(biāo)準(zhǔn)化，將微控制器和傳感器、無(wú)線模塊進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，并微小型話，或者在集成有微控制器、無(wú)線模塊的電路板上提供多重接口，形成嵌入式只能信息處理單元，以此降低功耗及成本，再通過(guò)隨機(jī)自組織的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，以多跳中繼方式將所采集的信息傳送到用戶終端。同時(shí)，數(shù)據(jù)在各智能檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)中心雙備份，實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可用性和可靠性。近年來(lái)，水工無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已得到了廣泛的運(yùn)用，因其數(shù)據(jù)形式適應(yīng)范圍廣、省卻了各類(lèi)線路長(zhǎng)距離鋪設(shè)、免去工程開(kāi)挖及土建量等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已逐漸延伸至其它系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)中，取代原有的布網(wǎng)方式。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，對(duì)漠陽(yáng)江雙捷攔河閘水工安全監(jiān)測(cè)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可推廣至更多信息采集領(lǐng)域，使其更好地滿足現(xiàn)代工程信息化的需要。

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