江東灌區信息化建設水情采集處理系統方案選擇分析

2011-08-13 07:37:14聶龍濤聶婷雯

黑龍江水利科技 2011年6期

關鍵詞：設備

聶龍濤，姜波，聶婷雯

(1.齊齊哈爾市江東灌澇區工程管理處，黑龍江齊齊哈爾161005;2.五常市水務局，黑龍江五常150200)

1 灌區概況

江東灌區位于松嫩平原西部，嫩江左岸，齊齊哈爾市東部城郊，北起富裕縣塔哈鄉，南至大慶市杜爾伯特蒙古族自治縣，東、西分別以烏裕爾河堤防及齊齊哈爾市為界。地形由西北向東南逐漸降低，灌區屬溫熱半干旱農業氣候區，降雨年內分配不均，全年降水的70%集中在7～9月。江東灌區位于灌區總土地面積81.56萬hm2，其中耕地面積53.89萬hm2，受益區人口6.84萬人。江東灌區規劃灌溉面積32.2萬hm2。經過10 a的節水改造續建配套建設，灌區有效灌溉面積增加到21.92萬hm2。

2 江東灌區信息化水情采集處理系統測流方法的選擇及系統功能要求

2.1 選用的測流方法

各種流量測量方法中能自動測流的儀器和方法，它們各具有不同的流量測量準確性。要判斷其準確性，或為了建立相關關系，都必須用流速儀面積法測量明渠斷面的各點流速，并以此作為標準，國內外都是如此。對國內流行的流量自動測量方法和設備將從測流準確性、自動化程度、適用范圍、價格等方面進行比較，基本評價見表1。

表1 各種流量測驗設備性能比較

綜上所述，對于本灌區測流，目前最實用的方法是水位流量關系法，只要測量水位經過計算便可獲得徑流流量，由于水位的量程較小，可采用浮子式水位計。水位記錄采用固態存貯方式，使用在GSM通信傳輸，達到遠程遙測水情的目的。

2.2 江東灌區信息化建設水情采集處理系統功能要求

1)信息量:本地存儲數據＞1萬條。

2)信息頻次:每1 h定時上報1次;每5 min進行一次差值觀測，差值超過1 cm則進行上報。

3)信息上報方式:定時自報式、差值自報。

3 江東灌區信息化建設水情采集處理系統設計方案選擇

方案比選中主要是對技術實現方式進行比選，根據監測站的體系結構對RTU、傳感器、通信方式、供電方式進行比選。

3.1 RTU設備比選

RTU的功能是參數的數據采集、存貯(顯示)和傳輸控制，并通過通信設備與信道完成數據傳輸。

RTU是水情監測中廣泛使用的設備，RTU設備一般由行業專業公司開發，針對具體系統的接口能力較強。設備低功耗，具備休眠功能，集成度高、可靠、便于使用和維護，工作環境適應能力強，具有其他設備無法比擬的優點。

目前國內外均有應用于水情監測的RTU設備，國外典型產品如摩托羅拉的MOSCAD，國內典型產品如微瑪特的SMARTDATA、燕禹的YY－RTU、南京水文所的WFZ等，國外設備功能較強，可靠性較高，但價格貴，一般在2萬元。國產設備功能上雖然稍簡單，但很適合中國國情，價格要比國外同類產品便宜得多，一般在1萬元。經過比較應該采用國產RTU設備。

3.2 通信方式比選

有線通信監測分布范圍廣，監測點多，但投資費用高。無線通信GSM短信和超短波電臺相比，GSM稍便宜、超短波通信建設成本高。推薦使用GSM短信通信。

3.3 水位傳感器比選

在明渠水位測量及庫水位測量中主要使用浮子式水位傳感器、壓力式水位傳感器、超聲波水位傳感器和感應式數字液位傳感器。根據可靠性和造價比較，推薦采用浮子式水位傳感器。

3.4 供電方式比選

由于水情站點信息采集頻率較高，但功耗并不大，結合防雷和防盜，供電選擇使用鋰電池。

綜上所述，采用以RTU為核心單元，使用浮子式水位傳感器采集水位，利用GSM短信網絡傳送數據，鋰電池供電。

4 測站設計及信息流向

由于現場地處農村野外，直流電供電就成為一個問題，同時也為避免交流電網引入雷電干擾，系統中所有測站均不采用交流供電方式，而采用鋰電池供電。主要設備:通信模塊、數據采集模塊、電壓檢測模塊、太陽能極板、蓄電池。系統結構見圖1。

圖1 水情測站結構圖

4.1 監測數據接收

從遙測站接收數據，識別數據幀的來源和目的地，并進行CRC檢驗。為數據幀添加接收到該幀的時間，將接收到的數據幀寫入記錄文件備查。

4.2 監測數據處理

將數據幀的地址信息轉化為特定的站號、站名。將一幀中多個監測數據轉換為最小遙測數據單元，對監測數據進行率定，合成新的監測數據。

4.3 監測數據存貯

將原始通信幀寫入日志文件，用于原始數據備份及系統故障核查。日志文件采用循環記錄的形式，在日志文件中保存最新的一段時間的原始記錄。將處理過的監測數據存入監測數據原始數據庫。將監測數據庫中特定數據寫入已有系統的數據庫中，以便于在已有的地理信息系統上展現水情信息。

5 站點工作方式設計

灌區水情采集工作點采用隨機自報和定時自報相結合的自報工作方式:

1)隨機自報:每當被測的水位水情參數發生一個規定的增減量變化時，如水位漲落1 cm，且與上次發送數據時間間隔＞5 min時，即自動向信息中心發送一次數據。

2)定時自報:每隔1 h，不管參數有無變化，即采集和報送一次數據，信息中心的數據接收設備始終處于值守狀態。這種工作方式功耗低，便于供電，結構簡單，可靠性高，實時性強，能很好地反映水位變化的全過程。設備終端支持與信息中心管理主機和手機雙向信息交互功能，灌區工作人員可通過手機短信實現對設備終端的參數設置、工作狀態查詢等操作。