水利自动化体系构设与实现

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1、水利自动化体系构设与实现第一章绪论1.1课题研究背景水资源是关乎人类能否生存和发展的必不可少的自然资源，而水旱灾害又是人类面临的主要自然灾害之一[1]。伴随国民经济的高速发展，人民生活水平得到很大程度的提高，社会对水资源需求在数量和质量两个方面的要求也越来越高。但由于我国幅员辽阔、人口众多、地处季风气候特征明显的东亚大陆、降水在时空方面分配很不均匀、下垫面条件较为复杂，因此，干旱缺水、洪涝灾害、水土流失和水污染等水旱灾害在我国仍频繁发生，造成的后果也较为严重[2]。水利面临的问题和人民群众对水资源日益增长的需求的矛盾相当复杂，同时我国也是世界上缺水比较严重的国家之一，水资源的人均占有量仅仅是

2、世界平均水平的1/4[3]。干旱缺水、洪涝灾害、水土流失、水污染四大水利灾害问题对我国进一步发展和全面构建和谐社会已经构成严重的阻碍。我国水利事业在新中国成立后得到了空前的发展，水利相关工程项目的数量和规模增长急速，成功实施水利工程项目对国民经济的发展、整个社会的进步以及区域经济的繁荣都起到了举足轻重的作用[4]。数字水利[5]的提出，使人们逐步认识到信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势[6]，也是我国产业优化升级和实现现代化的关键环节。水利自动化[7]就是指充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，在水利工程领域中加强工程质量管理、推进数据采集处理的信息化、数字化[8]，其中

3、包括了对水利信息的采集、传输、处理、存储和服务以及对水利设施的远程监控，全面提升水利事业效率和效能的历史过程。1.2课题现状及存在问题由于短波信道受大气和季节影响，以及其他无线电台干扰较大，噪音严重，因此应采用抗干扰调制解调技术及纠检错和自动换频技术，甚至还必须采用更复杂的电子技术以改善通信质量。因其固有的技术难点的限制，在水情数据传输方面的应用受到限制。而在国外，一些公用网络发达国家乐于采用有线水情数据通信，我国大部分地区尚不具备这种条件。不过，国内很多管理单位已经有了地面微波通信，在已建有微波通信系统的情况下，如若可能，利用它们之间的微波线路传输水情数据是可行的。美国是利用建成的SNOT

4、ER流星余迹通信系统进行水情数据传送，流星余迹通信系统有60个遥测站点，通信的距离可以达到2000km，频率通常为40～50MHz，而传输速率则达几千bit/s。德国方面，通过掌握流域内的水情信息站、全国16个测雨雷达站(雷达覆盖半径为l00km)每5～15分钟进行资料扫描、获取卫星云图信息等，并在此基础上进行洪水作业预报。同时，将预报结果通过广播、电视、、传真和因特网等多种途径向公众发布[13]。第二章系统开发架构和技术2.1开发架构本系统可以划分为三层架构体系：包括采集层，数据层，以及应用层。系统主要通过专线、光缆、GPRS作为信道来实现各个模块之前的通信。采集层主要由传感仪器结合PLC

5、通过电缆实现数据采集；数据层方面通过以光缆为链路将各工控机、服务器和前端外设组成局域网，通过对组态软件和PLC的二次开发来实现数据的传输，并保存到本地数据库；通过应用层的友好显示界面，用户即可查看到实时以及历史数据，并可对现场的设备进行远程监控，而位于本地服务器的远程传输系统监听到本地数据库有数据更新后，将数据通过GPRS收发器发送到管理部门指挥中心数据库，指挥中心人员通过水利综合业务管理系统即可方便查看远程水利设施水雨情等相关水利信息，为其水利调度决策提供数据支持。2.2视频监控技术传统上，视频监控较多的应用于安防领域，是维稳和协助打击犯罪的重要工具。随着图像处理技术的提高以及机器学习语音

6、识别等计算机技术的发展，视频监控技术和业务越来越广泛的应用于政府、教育、医疗、娱乐等各种领域。视频监控系统设计要求采用先进的视频监控系统，对水利设施及相关管理区进行全方位、全天候地实时视频监控，系统将采用球型一体机和定焦摄像机结合，采用视频电缆传输图像信息，通过数字硬盘录像机，实现水利设施关键设备运行的可视化及环境监控问题，为实现水利设施无人或少人值守提供了可靠的保证，对提高整个水利运作的安全性和可靠性，提高管理单位的管理水平有着重要的促进作用。系统的通信技术是水利自动化系统的中枢神经，是将整个系统串联起来的关键通道，通信的可靠性直接关系到系统能否正常的运作。水利自动化系统借助可靠的通信手段

7、，将前端数据采集器、传感器等自动化设备采集的信息上传到管理中心，同时，将管理中心的控制指令发送到相应的远程设备，实现远程操作。无线通道方面，系统主要是通过GPRS来实现数据的远程传输，考虑到水利设施一般地处偏远，若为了将各水利设施的现场信息统筹到管理中心而专门铺设有线通信通道（光缆或专线），成本花费太高，也是不切实际的，故采取无线的通信方式将是最经济实惠的选择。GPRS（GeneralPacketRadioS