水工安全無線監測與集成設計探討

【摘要】無線通信是未來的發展方向，無線傳感器網絡已經逐步開始應用于許多領域，包括基礎設施監測、軍事、環境科學和醫療健康等方面，水工安全監測是一個典型的無線傳感器網絡技術的應用研究對象。為了適應廣東省水利項目自動化技術的需求和發展，根據陽江市漠陽江雙捷水閘的自身特點以及國家和廣東省有關標準，本工程水工自動監測采用無線網絡結構。系統可完成本工程范圍內水工安全的自動監測，以及相關數據的采集和集中處理，實現管理中心遠方監視的功能，減少值班人員的工作量，為管理單位掌握工程狀況提供了可靠的依據。本文主要對水工安全無線監測無線網絡的設備配置、組網方式、控制方式及網絡結構做了簡單介紹，并對全文做出總結。

【關鍵詞】無線網絡；水工安全自動監測；水利工程；水利信息及自動化

雙捷攔河閘是一宗以灌溉供水為主，兼有防洪、航運、發電等任務的大（1）型水利樞紐。根據《水閘安全鑒定規定》（SL214-98）的有關規定，判定本水閘為四類險閘，決定對工程進行報廢重建，重建后攔河閘以上控制集雨面積為4200km2，有28個孔口。

本文將以漠陽江雙捷水閘重建工程為例，對無線網絡在水利工程的實際應用及與其它系統集成等方面進行較為全面的闡述，并提出一些個人見解。

1、水閘安全自動監測系統

1.1 系統結構

水閘安全監測自動化系統采用分層分布式的網絡結構，包括測站層和監測中心站層。測站層由48套數據傳感器和8套無線傳感器監測單元（MCU）組成；監測中心站層包含1套安全監測工作站和中心節點接收裝置1套。

1.2 功能與性能

水工安全無線監測系統主要包括滲壓計觀測。自動化監測系統的基本功能包括數據自動采集、儲存和無線傳輸、數據處理、分析及報警等。

主要性能指標：

（1）無線自組網，智能化數據輸出；

（2）支持太陽能供電及內置電池

（3）通信頻段可調整，支持REMT協議；

（4）防護等級：IP68；

1.3 技術實現與設備

在水閘閘壩共設置16個監測斷面，在閘室設置8套無線傳感器監測單元，裝設相關監測項目的測量接入模塊，滲壓計信號全部接入無線傳感器監測單元實現自動化監測。

（1）監測中心站設置1套監測工作站和1套無數傳感器監測單元中心節點接收裝置，通過無線通信網絡接收現地控制層的監測數據。

（2）測站層主要包括滲壓計48套。根據現場需滲壓計的數量及安裝位置，設置8套MCU。

（3）安全監測自動化系統中心站設備由現地UPS集中供電。

（4）本系統軟件主要包括系統安全監測數據處理軟件、安全監測信息管理系統軟件等。

2、系統集成

2.1 系統配置

根據本工程信息系統集成要求，系統主要配置有：1臺數據服務器1臺100/1000M工業以太網交換機、1臺路由器、1套防火墻、打印機、UPS電源、網管軟件、網絡附件、數據庫系統軟件、數據庫開發工具等。

2.2 系統結構

（1）網絡體系結構

根據本工程自動控制及信息化系統的特點及技術需要，系統設計算機通信網絡，結構采用星型網絡結構。水工無線監測系統通過布置在信息中心的工作站，連接計算機通信網絡的交換機實現系統集成。

（2）組網技術

本系統計算機局域網絡組網技術采用100/1000Mbps以太網。

為了實現本工程自動控制及信息化系統計算機網絡與上一級網絡的互聯，配置1臺具有撥號接入功能的路由器，通過租用運營商寬帶，采用VPN SSL/IPset方式與上級有關單位、當地三防部門互聯。

（3）網絡協議

本工程局域網網絡協議初采用TCP/IP協議，同時可以并行運行IPX/SPX、NetBEUI等協議。

（4）數據庫

本工程設數據庫服務器，數據庫采用Microsoft SQL。

（5）操作系統

本工程操作系統采用Microsoft Windows Server 2008系統。

3、安全監測系統應用

水工安全實時監測系統是根據本工程實際需求，針對水庫、閘門等水工建筑物的安全進行全自動監測的需求開發的。該系統通過實時采集滲壓計、滲透流量、雨量、水位等參數數據，通過無線傳感器監測單元傳輸到信息中心，并根據要求生成各種爆表提供數據比對分析功能，系統可在現場分別設定各滲透壓力的變化量作為上傳報警閥值，實現自動化監測的全局性統籌。

4、總結

本文以實現本工程水工無線自動監測為目標，達到以監測為目的，以無線網絡技術的發展的基礎，構造了一種基于無線通信網絡的遠程監控系統及其實施方案，實現信息中心遠程數據采集監視的功能，減少工程值班人員的工作量，對其他水利工程有借鑒意義。

目前水工安全監測技術研究和應用的發展趨勢是網絡節點的模塊化或標準化，將微控制器和傳感器、無線模塊進行集成設計，并微小型話，或者在集成有微控制器、無線模塊的電路板上提供多重接口，形成嵌入式只能信息處理單元，以此降低功耗及成本，再通過隨機自組織的無線通信網絡，以多跳中繼方式將所采集的信息傳送到用戶終端。同時，數據在各智能檢測節點和監測中心雙備份，實現分布式數據存儲和處理，增加系統數據的可用性和可靠性。近年來，水工無線監測系統已得到了廣泛的運用，因其數據形式適應范圍廣、省卻了各類線路長距離鋪設、免去工程開挖及土建量等優勢，現已逐漸延伸至其它系統的應用當中，取代原有的布網方式。本系統的開發實現，對漠陽江雙捷攔河閘水工安全監測具有重要的應用價值，可推廣至更多信息采集領域，使其更好地滿足現代工程信息化的需要。

參考文獻：

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