水文（水资源）自动测报系统解决方案
1 组网方案简述
1.1 水文自动测报系统概述
水文自动测报系统属于应用现代遥测、通信、计算机技术，是完成江河流域降雨量、蒸发量、河流湖泊水位、海洋潮位、流量（流速）、风向风速、水质、闸坝的闸门开度、渗压、土壤墒情等数据的实时采集、报送和处理应用的信息系统，属于非工程性防洪措施。它能将某一流域或区域内的水文气象、水资源信息在短时间内传递至决策机构，以便进行洪水预报和水资源优化调度，减少水害损失，提高水资源的利用率，可以产生巨大的社会效益和经济效益。
根据水文自动测报系统规模和性质的不同，可将其分为水文自动测报基本系统和水文自动测报网两部分。水文自动测报基本系统由中心站、遥测站（包括监测站）、通信系统（包括中继站）组成。水文自动测报网是通过计算机的标准接口和各种信道，把若干个基本系统连接起来，组成进行数据交换共享的水文自动测报网络。
水文自动测报系统多用在重点防洪地区及大型水利工程上，特别是在流域性、区域性的水文数据采集、传输和处理、应用的自动化方面起到了积极作用。
我国的水文自动测报系统从70年代末起步，在浙江省浦阳江流域首先应用。80年人初期为引进阶段，先后在淮河王家坝区间、长江流域汉江丹江口水库、黄河的三门峡至花园口建成进口设备的水情自动测报系统。1985年以后为国产设备研制、定型阶段，有淮河正阳关以上流域水文自动测报系统、黄河流域陆浑小区自报式水情自动测报系统、长江流域汉江的黄龙滩水库水情自动测报系统等。90年代后为推广应用阶段。
水文自动测报系统包括三种工作制式：自报式、查询应答式和混合式。
自报式工作制式：
在遥测站设备控制下每当被测参数发生一个规定的增减量变化或按设定的时间间隔，即
向中心站发送所采集的数据，接收端的数据接收设备始终处于值守状态。
现在已经对传统的自报式工作制式进行了改进，使自报式工作制式有了较大发展。改进后自报式也是双向通信方式，不是过去的纯单向工作方式。在遥测站设备控制下每当被测参数发生一个规定的增减量变化或按设定的时间间隔，即向中心站发送所采集的数据，中心站收到数据后，给遥测站发送“确认”信息，告知遥测站这组数据接收正确或是接收错误。
自报式只有采用“确认”机制，才可以实现双信道的自动切换
查询应答式：
由中心站自动定时巡测或随机呼叫遥测站，遥测站响应中心站的查询指令，将所采集的数据发送给中心站。定时自动巡测的时间间隔可根据数据处理和预报作业的需要确定。
混合式：
系统兼容自报式和查询—应答式两种工作制式。现在被广泛运用。特别是采用公网组网（包括VSAT）的水文自动测报系统，为了保证数据的时效性，又节省运行费用，采用混合式工作制式组网比较合理。在汛情不紧张、数据量小的时间段内用查询—应答式；当出现暴雨或水位变化较快时以自报方式加报。
1.2 水文自动测报系统组成
一般水文自动测报系统由遥测站、通信媒介和中心站组成。
（1）遥测站。利用现代传感器技术实时采集各种水文信息，如降雨量、蒸发量、水位（潮位、地下水位）、流量（流速、水量）、风向风速、水质等。其特点是快速、准确、信息量大。水文自动测报遥测站根据采集参数的不同可分为水文站、水位站、雨量站、水质站、闸位站、流量计量站等。
（2）通信媒介。通信媒介分为无线和有线两种。根据遥测站与中心站距离的远近、当地地形、通信条件等选用无线或有线通信方式。其中，无线通信又分为短波、超短波、移动通信、卫星、微波、无线扩频等多种方式；有线通信有PSTN、光纤等。从应用角度看，有专网通信和公网通信方式：专网通信是指专门为水文自动测报系统服务的通信网络，一般为自建通信系统，如短波、超短波、微波、光纤通信方式。公网通信是指有专业运营商服
务的、面向公众的通信网，如移动通信、卫星、程控电话网等。
（3）中心站。①实现信息接收、处理、检索和存储。接收实时数据，并对数据进行检查、整理、计算、显示并存储于数据库内，供控制中心或更高一级防洪调度辅助决策系统使用。向用户提供实时雨情、水情信息和各种检索功能。②应用。应用最广泛的是实时联机预报及水资源调度系统，主要是实时洪水预报模型和设计应用软件支持的系统。其特点是计算时间短、计算精度高。
1.3遥测站的构成及功能
1.3.1 地表水水位雨量遥测站的构成
由遥测终端RTU、水位传感器、雨量传感器、通信机、供电系统组成。
1.3.2 地下水位遥测站的构成
由遥测终端RTU、水位传感器、通信机、供电系统组成。
1.3.3 水量计量遥测站的构成
由遥测终端RTU、水位计、流量传感器、通信机、供电系统组成。
1.3.4 墒情遥测站的构成
由遥测终端RTU、雨量、墒情传感器、通信机、供电系统组成。
1.3.5 水质自动监测站的构成
水质自动监测站有两种组成方式：1.由遥测终端RTU、水位计、便携式多参数水质传感器、通信机、供电系统组成。2.采用PLC、单体在线水质参数测量仪器、采水、配水、管道、控制等组成的系统。第一种比较简单，适合于地表水、地下水水质监测；第二种系统复杂、造价昂贵，适合于重要河道、污水处理厂、重点排污口监测。
1.3.6 自动气象站的构成
由遥测终端RTU，雨量、蒸发、风向、风速、气温、地温等气象传感器、通信机、供电系统组成。
1.3.7 遥测站的基本功能
自报式系统基本功能：
●随机自报：通过传感器和RTU，自动采集参数；当达到规定时间间隔或变化量时自动发送信息给中心站。
●定时自报：按照段次发送定时报数据，并说明设备工作状况。
●具有定时掉电功能。
●具有在站数据存储功能，保证数据不丢失，便于数据整编，实现存储数据的现场下载。
●具有通讯路由自动选择功能。
●通讯信道侦听功能，当信道忙时，自动延时发送。
●具有向备用信道自动切换功能
●具有时钟同步功能。
●具有现场设置站号功能。
自报--查询应答兼容式系统基本功能
●响应召测：响应分中心召测命令发送相应数据，并报告本站电池电压。
●自报：当水位或雨量数据达到设置的量级时自动向分中心发送数据。
●响应分中心命令，可以设置自报雨量量级。
●具有现场设置站号功能。
●具有时钟同步功能。
●具有在站数据存储功能，保证数据不丢失，便于数据整编，实现存储数据的现场下载。
1.4 中继站（集合转发）的组成
中继站为超短波通信方式是专用，它解决两站之间因通信距离太远而造成的通信效果不佳的问题。中继站中的中继机与遥测站RTU完全相同，与遥测站可以互换。如果相临遥测站之间可以通讯，则其中任何一个遥测站设备可以直接改为中继站兼遥测站，实现通讯路由的自动选择。
集合转发站是中继站应用的拓广，它可以接收周边遥测站数据，并在本地落地，供本地应用，同时还将数据转发到下一级站点（如分中心）。接收信道与发送信道可以采用一种通信方式，也可以采用不同通信方式，还可以采用多信道方式。
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1.5 中心站的构成
中心站硬件设备主要为通信控制机FIU（可以是RTU，与遥测站RTU类似，也可以是计算机）、调度计算机、通信机以及电源等。
中心站功能根据用户的不同要求而有所不同。中心站可以实现下列功能：
●能够通过超短波或其他信道接收来自所辖各遥测站（集合转发站）上报的实时水情数据（包含人工置数），并同时支持多种信道作为备份。
●通过通信协议和检验措施，保证数据的正确性，误码率小于10-6
●能够检测信道和测站设备的工作状态，发生故障时能自动切换到备份信道上。
●对接收的水情数据进行处理，按要求建立实时数据库和历史数据库。
●能按照《实时水情交换协议》，通过计算机网主动将来自测站的实时数据发送给水情转发机，以便发送水情信息到各级防汛指挥部门和中央。
●能够存储一年或多年的原始数据和水情数据报文。
●能够对接收到的水情数据进行分类统计。
●能够对水情报文、统计值等进行检索，输出相应图表。
数据转发到下一级站点（如分中心）。接收信道与发送信道可以采用一种通信方式，也可以采用不同通信方式，还可以采用多信道方式。
2 遥测终端设备
2.1 功能超强的MOTOROLA遥测遥控终端设备
在众多的SCADA产品中，我们独选了由MOTOROLA公司生产的MOSCAD。MOSCAD 性能超群、质量可靠，特别是MOSCAD产品族中的MOSCAD-M是MOTOROLA公司根据中国水利系统应用特点专业开发的产品，它广泛适用于远程监视、控制和数据记录的应用，特别适合安装在要求低功耗的场合，是构成雨量遥测站、水位遥测站、水文遥测站、水质远程监测站、流量监测计量站、土壤墒情遥测站、闸坝监控站、气象参数监测站等的优选设备，具有高集成度、低功耗、结构简单、价格适中等特点。
公司将性能超群Motorola遥测遥控通信产品及技术和多年来积累的水文自动测报系统
建设、洪水预报及水文水资源调度经验运用到中国水务自动化行业，建设了一系列高质量，高标准的项目工程，受到国内业界专家和用户的一致好评。项目内容涵盖：水情自动测报系统、闸门计算机自动监控系统、水质监测等领域。其中，小清河水情自动测报系统项目和烟台水情自动测报系统项目通过专家鉴定，达到“国际先进水平”。
MOCAD设计标准达到美国军方标准，性能可靠，特别适合遥测站野外工作。
MOSCAD使用MDLC 通信协议，该协议符合国际标准化组织开放式系统互联的七层模型，是目前世界上唯一的可用于无线通信的广域网通信协议。通过MDLC协议，可以方便的建立无线网络，确保数据通信畅通无阻。
MDLC协议具有极强的抗干扰性能，支持远程数据、参数和程序上装/下载，支持远程设置和诊断。
MOSCAD-M使用节电模式保证了极低的功耗。在此模式下，电力将只提供给需要激活的电路。所有电路空闲时RTU进入休眠状态；当预置的事件发生时RTU会被重新唤醒。
具体到水利应用中，我们进行了一系列专业、合理的设计，使其优越的性能和中国水利应用结合起来，MOSCAD_M遥测终端功能丰富，完全能满足水利需求。
●可接数字量、模拟量、智能型接口的传感器，如：水位、闸位、墒情、风向风速、水质等；
●内置或外置接入DDU（人工置数器），可实现人工置数发送、本地数据查询显示；
●可外接计算机本地编程、组态、诊断、数据下载、维护等；
●具有固态存储功能，可外接计算机读取原始数据或历史数据下载；具有历史数据远程下载功能；
●能向同时向三个目的地发送数据；
●具有多种通讯接口：可外接超短波电台、PSTN（拨号MODEM）、Inmarsat-C Modem、GSM/GPRS MODEM、VAST、北斗卫星、全线通卫星、RS485、RS232等，并实现自动主备信道切换；超短波电台方式下传输速率1200BPS/2400BPS，发射机功率5-25W可调，其他方式传输速率用户自由定义，一般选择9600BPS；
●当雨量或水位有增量变化时，自动采集并主动按照等级（等级用户可自由设定）向中心站发送数据，同时还可以按照段制定时发送数据；
●用户可设置警戒水位和警戒雨强，当水位或雨强超过警戒值时，能自动加报；
●可响应中心站召测；
●具有响应中心站的指令，远程修改测站工作模式和系统参数的功能；
●具有站类型设置功能，如：单雨量站、单水位站、双水位站、雨量水位站、雨量水位及闸位气象水质综合站等；
●供电方式：太阳能浮充蓄电池，或交流充电控制器浮充蓄电池供电，根据现场情况选择；
●电源：10.8～15VDC
●具有低功耗电源管理功能；功耗：电池电压12V时，轻负荷70mA，峰值150mA，休眠<5mA，值守电流小于10mA;
●工作温度：-30～+60℃，湿度：0～90%无冷凝；
●防护等级：IP65；
●具有高性能综合防雷设计；
2.2 自主研发遥测终端产品WATER系列
安徽沃特研制开发遥测终端产品WATER-2000系列
WATER-2000A：室外型雨量站（自记、遥测）
WATER-2000B：室内型水位雨量站
WATER-2000C：加强型水位雨量站（适合多信道系统）
WATER-2000D：室外型地下水监测站
应用场合
自记雨量站、自记水位站、地下水监测站、遥测雨量站、遥测水位雨量站
功能特点
WATER-2000遥测终端系列产品在其内置的适合各种水利自动测报遥测应用软件和远
程通信协议的支持下，根据系统的具体需求，通过设置或必要的应用软件开发，满足各种水文、水资源重要参数测报要求。该设备支持短信和GPRS （CDMA）通信方式传输数据，遥测站RTU可选择向一个至四个目的地（中心站）发送实时数据（短信方式），GPRS方式时接收目的地数（中心站）不限。采用定时自报结合定量加报的工作体制，定时（或随机）自动把遥测站的信息发回中心站，定时间隔1-24小时可设置。
雨量加报：遥测站定时检测雨量累计值，只要满足设定的累计雨量加报阈值，立刻加报。
水位加报：设置警戒水位和加报水位阀值。若当前水位高于警戒水位，测站将按设定的时间间隔发报，当水位达到某一个加报水位标准时，则有变化立刻加报。
参数设置：本地/远程设置定时间隔、雨量加报阈值、警戒水位、加报水位、时钟、目的地手机号码、IP地址等。
雨量采集：雨量每次翻转触发CPU将雨量记录写入固态存储器。
水位采集：遥测终端通过时钟定时，每5分钟采集一次水位写入固态存储器。
数据存储：遥测终端配置大容量非易失存储模块（2Mbit），可存储512天的水位或雨量数据，可以通过GPRS 遥测信道远程读取，读取的最小时间间隔为1天。
响应召测：测站能响应中心站远程资料召测命令(SMS)，将固态存储数据上传到中心站。
双向确认：测站给中心站发送数据，中心站给测站确认；测站收到修改配置命令后，首先修改系统配置，然后读出已修改的配置，返回一条确认核对信息。
扩展接口：遥测站RTU预留适量的传感器输入口，以实现今后对风向、风速、气压、温度、湿度、墒情等参数的自动采集，并处理传输。
测试功能：提供测试状态，保证在检修和维护时产生的水位和雨量数据不进入固态存储区。
技术指标
电源：5.5～15V DC，总功耗小于10毫安，其中不含GSM设备时的功耗小于0.1毫安。
机箱：雨量站用适合野外安装的雨量计遥测终端一体化结构（WAETR-2000A型，IP65不锈钢外壳）；室内安装采用符合IP54标准的挂墙式强固机箱（WATER-2000B、C型）。
3 水文（水资源）自动测报专业软件
结合遥测技术经验，我们研制开发了一系列功能丰富的水文（水资源）应用程序软件包，能完全满足国内用户的需求，包括：水文自动测报系统监控软件，检索软件（浏览器／服务器方式），检索软件（客户机／服务器方式），数据管理软件包，水文资料数据整编软件（采用遥测数据），手机报讯软件等。
3.1 水文自动测报系统SCADA监控软件
沃特监控软件是一款值守软件，它的作用类似“网关”功能，把水情自动测报系统水情数据转换到计算机局域网内，用以方便处理检索。主要功能如下：
●实时接收遥测站通过各种信道上报数据，处理数据，写入数据库；
●能定时或随时手动召测遥测站信息。对全区时钟进行同步；
●监视系统各遥测站的运行状态；
●通过计算机广域网向各级防汛部门传送实时数据；
3.2 水文自动测报系统检索软件
检索软件有两种模式：客户机／服务器模式和浏览器／服务器模式。
检索软件主要功能如下：
●查询检索数据库中的数据，并按照一定的格式生成水情、雨情报表、图形过程线等。
●具有网络查询功能，根据权限查询数据库。
●连接远程数据库进行查询。
●对本地数据库进行查询。
●水位报表、雨量、水量计量、流量、墒情、水质报表及图形查询。
●图形包括雨量柱状图、水位过程线、库容曲线、雨量分布图、水位分布图等。
●实时数据监视，数据越限报警。
●数据分析。
●为系统管理和资料整编提供雨量原始数据、水位原始数据、测站状态、电压数据。
客户机／服务器模式可以为提供功能更为丰富，速度更快地方式查询，而浏览器／服务器模式查询功能分布性强，使用容易，应用扩充和系统维护升级方便。
3.3 数据管理软件
通过修改时段雨量表，河道水位表，闸坝水位表，水库水位表等可以修正数据库中数据；数据导入、导出功能可以备份、恢复数据。
主要功能如下：
●对水位、雨量数据库进行插入、修改；
●录入水位流量、水位库容关系曲线；
●设置各站雨量权重；
● 修改各站特征参数，如河道站防洪任务、闸坝站防洪任务和水库站防洪任务参数表等；
●添加、删减、修改数据库中测站站名、站类、遥测数据类型等参数。
3.4 资料整编数据分析软件
随着水文遥测技术的发展，通过水情自动测报系统取得的水情水文数据实时性越来越强，精度越来越高，对于取得的某些水文要素，例如：水位，降水量等，其精度已经达到了水文资料整编的要求，即可以作为测站的原始资料，按照统一的方法和格式进行资料整编。本软件就是要把从遥测系统取得的数据转换成适合水文资料整编所要求的格式，然后进入水文资料整编系统进行资料整编。
●雨量数据分析
雨量分析主要是把遥测数据库中数据处理成水文资料整编系统所需要格式。
●水位数据分析
水位分析主要是把遥测数据库水位数据转换成水文资料整编软件所需要的格式。3.5 水情信息短信（SMS）发送系统
随着无线通信技术的发展，人们可以很方便的通过GSM短信(SMS)获得各种不同类型的信息。GSM短信具有速度快，覆盖面广，使用者多，价格便宜等优点，系统主要实现以GSM短信为信息载体在水情信息数据库和决策支持人员之间建立一座沟通的桥梁，以便把各种最新汛情信息快速及时地传达给决策支持人员。短信平台系统使用GSM MODEM 安装SIM卡进行开发，体系结构采用Browse/Server方式,系统实现的主要功能如下：
●群发短信息。根据选择群组或者添加接收人号码，发送水情信息、气象信息、工作信息及其它。
●支持长短信发送。
●短信的发送处理，通过GSM MODEM发送短信息，如果失败重复发送三次。短信发送有三种模式：定时发送，立即发送和每天循环发送。
●短信查询水情信息。用户按照规定格式发送短信息到系统平台，系统平台接收后回复水情信息到用户手机上。
●接收短信记录。
●用户、角色的添加、删除、编辑管理和权限分配管理。
●短信息发送限制。主要有日限制发送量和总限制发送量。日限制发送量就是用户在一天之内的最大发送量；总限制发送量就是用户总的最大发送量，如果超过就给用户以提示。
●日志的记录查询。由于是工作用短信，所以对于每一条短信息都有日志记录，主要包括：发送人，短信内容，发送时间等。记录每一个用户的登录状况，包括：登录名，登录时间，登录主机IP地址等。
●已发送短信的查询，接收短信息的查询，发送失败短信的查询，待发送短信的查询。
●除了管理员，所有用户操作WEB客户端，群用户的手机号码都不在客户端呈现，使用群用户的编号代替，然后在服务器端处理发送。
