水資源管理中取水實時監(jiān)測研究
——以虛擬下位儀表為例

新疆維吾爾自治區(qū)水利廳水資源中心 孜吾熱古麗·葉斯塔依

世界上水資源比較短缺的國家就有我們中國，我國的人均水資源非常低。前幾年的時候，我國因為粗放式的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，導(dǎo)致了我國水資源嚴(yán)重浪費，污染水資源的情況是較為嚴(yán)重，基本上每個地區(qū)都有水域被污染。在我國淡水資源分布非常不均勻，南多北少的淡水資源更加激發(fā)了水資源供給的問題。所以，要想提高水資源的利用率，就需要強化監(jiān)測水資源以及動態(tài)化管理水資源，讓水資源方案制定的更加科學(xué)。之前對水文進(jìn)行監(jiān)測，主要是為了防洪抗旱以及水電工程的需要。實時動態(tài)的監(jiān)測水資源，主要監(jiān)測的就是地表水資源量、水分、水質(zhì)以及地下水資源量。通過開展實時監(jiān)測水資源工作，全面了解所轄地區(qū)的水資源現(xiàn)狀以及熟悉掌握水資源分布情況與水質(zhì)情況，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，合理地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后制定出一套科學(xué)的水資源管理方案。水資源監(jiān)測的實施能夠?qū)λY源的利用情況及時掌握，以此才能合理調(diào)控水資源。

一、監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)對安徽省風(fēng)臺縣、蚌埠閘、六安市和來安縣的現(xiàn)場調(diào)研，這些地區(qū)都已經(jīng)建立了水資源的監(jiān)測管理系統(tǒng)，并將數(shù)據(jù)儲存在機房或PC機中。因為缺少統(tǒng)一的系統(tǒng)設(shè)計，導(dǎo)致了各個系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫都不一樣，并且也沒有一個統(tǒng)一的監(jiān)測對象，應(yīng)用的數(shù)據(jù)制式也不規(guī)范，導(dǎo)致建立的取水監(jiān)測數(shù)據(jù)不能實現(xiàn)共享接入。而像這樣的取水監(jiān)測系統(tǒng)，是需要重新建立取水監(jiān)測系統(tǒng)，或者是重新建立取水計量監(jiān)測站，這樣才能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的監(jiān)控。前一種是把已經(jīng)有的監(jiān)測系統(tǒng)給拋棄，然后按照我國水資源相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行建設(shè)，對系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)庫重新進(jìn)行設(shè)計，后一種是避開已經(jīng)建立的監(jiān)測系統(tǒng)，再重新安裝計量與監(jiān)測設(shè)備。這兩種辦法都會浪費大量的資源，并且重新建立的系統(tǒng)與原來的系統(tǒng)數(shù)據(jù)源會不一樣，統(tǒng)計周期也不一樣，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不匹配的情況發(fā)生，會對水資源管理建設(shè)監(jiān)控的開展造成嚴(yán)重的影響。本篇文章就根據(jù)這些問題提出了虛擬儀表的監(jiān)測技術(shù)，對異構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)共享，以此來解決那些系統(tǒng)數(shù)據(jù)制式不標(biāo)準(zhǔn)的問題和共享問題。

二、總體結(jié)構(gòu)

利用計算機技術(shù)，對已經(jīng)建立的水資源管理監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過虛擬下位儀表數(shù)據(jù)采集的方式共享虛擬成普通的RTU數(shù)據(jù)，該方式不但能夠?qū)崿F(xiàn)那些系統(tǒng)數(shù)據(jù)制式不標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容問題，還能對現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行監(jiān)控。在已經(jīng)建立的管理監(jiān)測系統(tǒng)中安裝虛擬軟件，而與省級中心進(jìn)行通信連接的方式可以通過專網(wǎng)或無線網(wǎng)來進(jìn)行。如果采用無線網(wǎng)的方式進(jìn)行連接，則需要在已經(jīng)建立的取水監(jiān)控系統(tǒng)中再裝置GPRS，GPRS，要和已經(jīng)建立的取水監(jiān)控平臺串口連接，與省級中心進(jìn)行通信是以收發(fā)信息來進(jìn)行的。如果現(xiàn)有建立的取水監(jiān)控平臺已經(jīng)有普通的專網(wǎng)和省級中心進(jìn)行通信了，就還采用該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸數(shù)據(jù)。

三、關(guān)鍵技術(shù)

虛擬下位儀表對水資源實時監(jiān)測的技術(shù)就是開發(fā)虛擬軟件，主要有數(shù)據(jù)抓取流程的控制、采集RTU數(shù)據(jù)、協(xié)議庫的預(yù)置以及校驗與加密數(shù)據(jù)。

（一）數(shù)據(jù)抓取流程

該軟件和省級監(jiān)控中心通信時，需要有個命令來進(jìn)行，該命令編碼就是來報碼，其主要有讀取下位儀表協(xié)議，讀取數(shù)據(jù)類別，讀取監(jiān)測點的信息等，通過來報碼的指示，該軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取工作。

虛擬軟件對省級監(jiān)控中心發(fā)過來的來報碼進(jìn)行實時監(jiān)聽，并且診斷發(fā)送的來報碼，如果是無效的來報碼，就需要等待數(shù)據(jù)抓取命令。如果是有效地來報碼，虛擬下位儀表軟件就需要對其進(jìn)行匹配，成功之后解析選定的協(xié)議，解析之后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接，甄別取水點、數(shù)據(jù)抓取等，中間如果有出錯的環(huán)節(jié)就需要拋棄數(shù)據(jù)抓取，最后把這些再反饋到省級監(jiān)控中心去。

（二）采集RTU數(shù)據(jù)

抓取完數(shù)據(jù)之后，就要開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)了，按照相關(guān)的規(guī)定把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成RTU數(shù)據(jù)，以此對系統(tǒng)數(shù)據(jù)制式不標(biāo)準(zhǔn)的問題進(jìn)行RTU虛擬化。

（三）協(xié)議庫的預(yù)置

該虛擬軟件的對象是終端的RTU，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和編譯，傳輸要按照相關(guān)的協(xié)議進(jìn)行采集。在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫中，有很多不一樣的協(xié)議數(shù)據(jù)存儲著，所以在抓取數(shù)據(jù)之前，要先進(jìn)行協(xié)議的匹配，而對來報碼進(jìn)行解析就是根據(jù)匹配協(xié)議進(jìn)行的，從而鎖定查詢的監(jiān)測點數(shù)據(jù)。所以對于協(xié)議解析庫，虛擬下位儀表軟件需要預(yù)置，對于該協(xié)議庫要包括已經(jīng)建立的所有流量儀表協(xié)議。

（四）校驗與加密數(shù)據(jù)

對于水資源取水?dāng)?shù)據(jù)傳輸要保證其安全準(zhǔn)確，所以該軟件要對于各類數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗與加密。對于來報碼以及協(xié)議庫的數(shù)據(jù)，要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和CRC轉(zhuǎn)換校驗進(jìn)行預(yù)置。

四、軟件功能設(shè)計

設(shè)計該軟件主要的原則就是要簡單實用，并且要保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，對協(xié)議轉(zhuǎn)換算法以及抓取數(shù)據(jù)的流程進(jìn)行封裝，要簡化該軟件的界面，以此實現(xiàn)人機友好交互。

（一）設(shè)置通信串口參數(shù)

該虛擬軟件運行之后，對設(shè)備的可用串口可以自動讀取，并設(shè)置串口波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位以及停止位等基本通信參數(shù)。

（二）設(shè)置與封裝數(shù)據(jù)庫

虛擬系統(tǒng)兼容的數(shù)據(jù)庫還是比較多的， 比 如，Oracle、Access、MySQL，SQLServer2005等，通過該虛擬系統(tǒng)來對這些數(shù)據(jù)的連接方式進(jìn)行封裝，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，用戶們可以進(jìn)行針對性地選擇。數(shù)據(jù)庫類型選擇之后，就需要對數(shù)據(jù)庫的連接參數(shù)進(jìn)行設(shè)置了，其主要設(shè)置的參數(shù)為用戶名和密碼、取用水信息、數(shù)據(jù)庫信息與表信息等。

（三）選擇與封裝通信協(xié)議

該虛擬系統(tǒng)不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，對于現(xiàn)階段很多自定義的協(xié)議也可以進(jìn)行解析，比如，大連海峰、南京亞楠以及大連銘友等多種協(xié)議，可以根據(jù)該系統(tǒng)涉及到的協(xié)議來進(jìn)行增加或刪除等。對于該軟件封裝不同的協(xié)議解析算法，選擇通信協(xié)議時，可以通過工具—通信協(xié)議來進(jìn)行選擇。

（四）數(shù)據(jù)監(jiān)聽

對這些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置完成之后，對上位機發(fā)送過來的抓取數(shù)據(jù)的命令，該虛擬系統(tǒng)就可以進(jìn)行實時的監(jiān)聽了。

五、結(jié)語

國民發(fā)展經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)之一就有水利事業(yè)，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是比較快的，但是引起的淡水資源污染問題，干旱缺水問題，以及洪澇災(zāi)害問題也越來越嚴(yán)重，這種情況大大限制了我國社會的發(fā)展以及國民經(jīng)濟(jì)水平。在取用水監(jiān)控體系中開展取水監(jiān)測工作，能夠有效地對水資源進(jìn)行管理，全面落實實時監(jiān)測措施，能夠?qū)φ{(diào)配水資源的開展，制定科學(xué)用水計劃進(jìn)行數(shù)據(jù)支撐。

我國要想對水資源進(jìn)行嚴(yán)格管理，取水實時監(jiān)測就不可或缺，本篇文章在虛擬下位儀表系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出的實時監(jiān)測水資源的技術(shù)，在安徽多家水企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用多年了，并沒有出現(xiàn)所謂的病毒傳播問題以及影響到原企業(yè)的系統(tǒng)穩(wěn)定問題。因為對數(shù)據(jù)進(jìn)行單項傳輸，以及物理隔離的方式，能夠有效阻絕干擾取用水企業(yè)原有的系統(tǒng)，對那些系統(tǒng)數(shù)據(jù)制式標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題以及共享問題有效的進(jìn)行解決，給社會和國民經(jīng)濟(jì)帶來了很大的效益。