ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

唐東躍，吳 婷

（浙江省河海測繪院，浙江 杭州 310008）

1 問題的提出

聲學(xué)多普勒流速剖面儀（Acoustic Doppler Current Profiler，簡稱ADCP）是目前使用較為廣泛的測流儀器，具有省時、高分辨率、低能耗等特點(diǎn)[1]，被廣泛用于江道、海洋等水域的流場觀測，亦可用于流量、水深等要素的觀測[2]。目前ADCP測流的一般方法為：提前設(shè)置好ADCP工作任務(wù)及參數(shù)，再將儀器布放于工作現(xiàn)場，儀器完成監(jiān)測任務(wù)后從現(xiàn)場取回，最后導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由此可見，在自容模式下，ADCP工作期間不能與配套軟件進(jìn)行交互，導(dǎo)致工作人員無法得知現(xiàn)場工作情況，亦無法實時監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)及根據(jù)實時數(shù)據(jù)更改工作任務(wù)等，由此造成在各種突發(fā)情況下（如供電異常、測流平臺走錨翻轉(zhuǎn)、儀器不按時工作、儀器內(nèi)部時間紊亂等）無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，造成人力、物力的損失。

ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)是一套針對ADCP無法人機(jī)交互問題而自主研發(fā)的遙測系統(tǒng)，具有實時監(jiān)控及存儲儀器數(shù)據(jù)、更改儀器任務(wù)及參數(shù)等功能，亦解決現(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)延遲而導(dǎo)致的交互失敗問題。

2 遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)由硬件、軟件2部分組成。其中，硬件部分包含現(xiàn)有的ADCP流速剖面儀及自主研發(fā)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器、USB加密狗；軟件部分則包含現(xiàn)有的ADCP配套軟件（遠(yuǎn)程控制裝置）及自主研發(fā)的數(shù)據(jù)接收軟件（遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)接收處理裝置）。

2.1 軟件構(gòu)成

（1）遠(yuǎn)程控制裝置：即ADCP配套軟件，用于對ADCP工作任務(wù)、參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置。

（2）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收處理裝置：即自主研發(fā)軟件，用于接收命令并向現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器發(fā)送該命令。軟件界面見圖1。

圖1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收處理裝置界面圖

2.2 硬件構(gòu)成

（1）ADCP流速剖面儀：美國RDI公司系列產(chǎn)品，用于現(xiàn)場流速、流向等要素的測量。

（2）現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器：包括主控模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、定位時鐘模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)閃存模塊和供電模塊?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2，外觀見圖3。

圖2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器外觀圖

各模塊主要功能：

1）主控模塊：對其它模塊進(jìn)行控制；

2）數(shù)據(jù)處理模塊：對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行控制及對傳輸器接到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要分析及處理；

3）定位時鐘模塊：對現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器進(jìn)行定位，并調(diào)節(jié)現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器的時鐘；

4）無線通信模塊：與ADCP遠(yuǎn)程控制裝置進(jìn)行無線通信；

5）數(shù)據(jù)存儲模塊：存儲ADCP實時獲取的數(shù)據(jù)；

6）數(shù)據(jù)閃存模塊：對現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；

7）供電模塊：向主控模塊供電。

（3）USB加密狗：用于緩存數(shù)據(jù)，緩存的數(shù)據(jù)則用于響應(yīng)ADCP遠(yuǎn)程控制裝置命令，避免因網(wǎng)絡(luò)延遲導(dǎo)致數(shù)據(jù)交互失敗，實現(xiàn)穩(wěn)定交互。

（4）配套的數(shù)據(jù)連接線：用于ADCP流速剖面儀與現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器間的有線連接。

3 遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)工作方式

遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)工作方式見圖4。圖4中，USB加密狗插入電腦，布放至遠(yuǎn)程區(qū)域，與電腦中ADCP遠(yuǎn)程控制裝置、遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)接收處理裝置建立連接；ADCP和現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器布放至工作現(xiàn)場，以有線方式連接；遠(yuǎn)程控制設(shè)備與現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器以無線傳輸方式（GPRS）相連。工作時，用戶通過ADCP遠(yuǎn)程控制裝置發(fā)送控制命令，命令傳輸至USB加密狗；USB加密狗響應(yīng)于該命令，一方面從其存儲器中檢索與控制命令相關(guān)的緩存數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給ADCP遠(yuǎn)程控制裝置，另一方面將控制命令發(fā)送給遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)接收處理裝置；遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)接收裝置接收到命令后，通過無線傳輸方式向現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器發(fā)送該命令，現(xiàn)場數(shù)據(jù)控制及傳輸器則將接收到的命令發(fā)送給ADCP；最后，ADCP根據(jù)該命令指示進(jìn)行相應(yīng)操作。

圖4 遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)工作方式示意圖

4 遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)在ADCP已有的測流功能上，還具備以下功能及特點(diǎn)：

（1）實時動態(tài)監(jiān)測。通過ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可實時監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，避免因數(shù)據(jù)缺測或錯誤觀測而導(dǎo)致時間、精力的損失。

（2）隨時更改監(jiān)測任務(wù)及參數(shù)。用戶可根據(jù)ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)及時調(diào)整參數(shù)，如更改串口、工作模式、觀測時間及間隔等，以此獲得最優(yōu)數(shù)據(jù)。用戶亦可根據(jù)該系統(tǒng)遠(yuǎn)程對ADCP進(jìn)行傾斜校正、時鐘校正、定位、更改監(jiān)測任務(wù)等，從而節(jié)省現(xiàn)場操作所需的人力、物力。

（3）隨時獲取歷史數(shù)據(jù)。通過ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可隨時下載ADCP歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，避免因儀器丟失而造成數(shù)據(jù)損失。該功能在長期海流監(jiān)測中顯得尤為重要。

5 結(jié) 語

本文介紹ADCP遠(yuǎn)程遙測監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成、工作方式及功能特點(diǎn)。利用該系統(tǒng)，用戶可實現(xiàn)流場動態(tài)實時監(jiān)測，并根據(jù)儀器數(shù)據(jù)及時更改參數(shù)或工作任務(wù)，從而節(jié)省外業(yè)成本，避免不必要的損失。