淺談水資源監測系統建設要點

莊 冬

一、水資源監測系統建設背景

我國的水資源基本情況是人多水少、水資源時空分布不均勻，南多北少，生產力布局和水土資源分布不匹配，供需矛盾尖銳，缺口很大?；谖覈Y源的現狀，國務院出臺了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，旨在通過強化用水定額管理來提高用水效率，節約水資源。落后的人工抄表管理模式顯然不能滿足當前水資源管理的要求，而且存在種種管理上的弊端，如抄表不到位、私自修改用水量、人情抄表等情況。針對這種管理模式上的弊端，利用信息化手段，遠程對取水現場計量設施的數據進行讀取、存儲、分析，不僅可以將數據直觀地呈現在管理者面前，而且可以節省大量人力資源、提高效率、實現自動化管理。實現這種自動化的水資源管理模式的關鍵在于水資源監測系統的構建。

二、水資源監測系統的原理

水資源監測系統由數據采集系統和水資源展示系統兩部分組成。

數據采集系統包括：取水計量設施、遠程終端單元（RTU）、數據傳輸單元（DTU）等設備。遠程終端單元通過RS485接口與取水計量設施連接，然后根據取水計量設施的通訊協議對取水計量設施的數據進行讀取并存儲。最后，數據傳輸單元會以一定的時間間隔將遠程終端單元中存儲的數據傳輸至中心平臺。

水資源展示平臺：對采集到的數據進行分析、存儲，然后以直觀的方式將分析整理后的數據呈現在管理者面前。

三、水資源監測系統的實現

1.數據采集

數據采集是獲得第一手數據、實現遠程遙測的基本條件。數據采集通過現場取水實時監測實現，其主要由取水計量設施和數據傳輸設備組成，通過實時在線方式監測各個取水點取水情況，并將實時水量信息通過GPRS/GSM無線網絡傳輸至水資源中心服務器?，F場取水實時監測結構如圖1所示。

取水計量設施由流量計和現場采集顯示儀表構成。其中，取水計量設施需要具備數據傳輸模塊，常見的有兩種信息獲取方式。

（1）具備RS232/485智能數字端口

采用雙絞屏蔽線連接RTU與現場采集顯示儀表，通過RS-485智能端口讀取取水計量設施的內置數據。

（2）具備HART信號端口

對于不具備RS-485智能數字端口但是帶有HART輸出信號接口的取水計量設施，可通過“HART-RS485協議轉換器”來實現RS485信號輸出，以讀取取水計量設施的內置數據。

2.數據傳輸

水資源監測信息系統的信息采集站點通常分布于廣大分散的區域且傳輸的信息流量比較小，因此優先選擇公共移動通信方式。各監測點與中心平臺數據采集軟件建立有效連接后，實時水量數據包便可經由公網（Internet）專線轉發至中心平臺。

3.數據管理

數據管理是管理水資源監測數據的軟件平臺，面向各級數據用戶提供統一的數據服務。其內容主要包括水資源監測數據的存儲和管理、監測數據的更新維護管理、數據庫管理代碼維護、數據庫安全管理、數據庫備份恢復、提供外部系統對水資源監測數據庫的交互訪問接口等。數據管理對各個取水點采集到的數據進行分析處理，將分析整理后的數據以直觀的方式展現在管理者的面前。

四、水資源監測系統關鍵技術難點

1.精確性

數據的準確性是整個水資源監測系統的基礎。為此，現場的取水計量設施選取計量精度較高的流量計儀表，在傳輸過程中采用數字信號傳輸，在每個環節都要確保數據的不失真，真正實現零誤差遠程監測。通過以下幾點的努力來實現：（1）在數據采集層，數據采集使用數字信號，并實現RTU固態存儲，確保采集數據的準確性。（2）在數據傳輸層，對傳輸網絡進行優化，對遠程接收數據和現場計量數據進行定期核對，確保數據傳輸過程中的準確性。（3）在業務應用層，對數據處理進行科學論證，確保應用數據的準確性。

2.安全性

圖1 現場取水實時監測結構圖

系統的安全性是整個水資源監測系統的保障。系統安全設計的目標是保證系統運行的安全，并在系統遇到故障時，能夠有效地避免信息丟失和破壞，并盡快恢復系統的正常運行。系統安全需做以下幾個方面：（1）系統的物理安全防護。物理安全包括電源供給、物理路由、通信手段、電磁干擾屏蔽、避雷等安全保護措施。（2）網絡設施的安全防護。網絡安全主要體現在以下幾個方面：數據傳輸的安全、網絡設備的安全、網絡業務的安全、用戶網絡的安全、網絡管理系統的安全和病毒防護。（3）數據安全的防護。數據安全包括數據傳輸、存儲、訪問、處理的安全以及數據的災難備份。（4）系統與資源的訪問控制與認證。系統與資源的訪問控制與認證包括公網與專網之間的隔離與交換，資源的訪問控制等防護措施。

3.時效性

數據的時效性是整個水資源監測系統的特點。水資源監測系統不僅監測用水戶取水的累積取水量，還監測其瞬時取水量，因此對取水計量數據傳輸的時效性有著較高的要求。采集時間周期設置可調，正常使用時，最小采集周期為1h，最大周期為一周。另外，具備召測功能，急要數據可隨時采集，10min內數據落地。

4.可擴展性

系統的可擴展性決定水資源監測系統的不斷完善。系統具有一定的可擴充性，方便對系統進行改進、完善和升級，提供外部接口，以便于系統的集成，達到提高系統生命力、延長系統生命周期的目的。

著眼于未來水資源監測能力建設的發展，各取用水戶數量將會有很大的增長，網絡的規模和傳輸能力也有更進一步的要求，為了避免數據量大造成網絡擁塞和不必要的重復投資，選取總體樹形的星型網絡拓撲結構來設計網絡。未來容量擴充，可增加中間服務器，采用級聯方式擴充容量，提高系統的數據傳輸能力。傳輸方案的主信道預留可擴充傳輸能力，滿足未來幾十年的發展需要。

五、水資源監測系統實用性

1.水資源監測系統使管理更便捷

水資源監測系統實現了對水資源的實時流量和歷史流量等水量信息的統一管理。其報表生成功能，能夠以報表形式分地區、分時段和分用水類型統計出取水點水量信息。可按周期性（日、月、年）報表統計某取水戶或取水點的取水信息，也可指定時間段生成取水量報表，有利于用戶進行取水量的綜合統計分析。另外，系統還具備數據分析、數據的可視化表達、空間輔助決策、故障報警診斷、運行狀況遠程跟蹤、遠程參數設置、數據出錯追溯、補漏計量以及數據共享互聯等功能。

水資源監測系統具有良好的人機用戶界面，界面風格符合水資源業務習慣，按功能模塊來進行系統界面布局，做到整體統一。功能設計無論是文本部分還是圖形部分都從實用的角度出發，做到形象直觀，操作方便。操作流程應盡可能地簡單實用，并提供完善的聯機幫助和規范的術語提示。監測數據信息要有基于地理信息系統、概化圖、過程線、直方圖、餅圖、表格等多種展示方式。

2.水資源監測系統帶來的效益

（1）規范管理

水資源取用水監測系統建設將有效增加水資源費的征收力度，規范水資源管理，提高人們的節水意識?？梢杂行Ь徑庥捎谌彼o工農業帶來的巨大損失，經濟效益巨大。

（2）指導決策

以水資源緊缺、水土流失嚴重為特征的水問題已制約了水資源的可持續利用，關系到經濟發展與布局、關系到人民生活水平的提高和經濟發展戰略目標的實現。水資源監測系統建設可以為政策制定和水資源的優化調度提供依據，從而實現減少水資源浪費，合理配置生活、生態和工農業用水的目標，加強水資源的調控能力，提高水資源可持續利用水平。通過水資源監測系統建設提供的技術服務，可以及時了解全局的水資源信息，從整體上把握水利行業在水資源開發利用、節約保護、優化配置等工作的發展動態，提高工作效率與決策水平，對提高水利行業的整體管理水平具有極大的促進作用。

（3）促進可持續發展

水資源監測系統的建設，實現增加可供水量、提高水資源的利用率、改善生態環境的目標，為通過水資源的有效利用促進環境逐步改善、生態逐步恢復的國家生態發展規劃提供有力支撐。過去，由于水資源管理缺乏統一的現代化技術，各自為政，在實行計劃供水和節約用水時缺乏必要的科學化、定量化管理手段，存在大水漫灌、無序引水、無度引水等現象。通過水資源管理系統建設，加強水資源統一管理，通過水資源的合理配置，緩解因水資源短缺引發的環境問題。

六、小結

隨著水利信息化的發展，水資源監測系統變得不可或缺。其在水資源的管理、優化配置方面扮演著不可替代的角色。本文基于實踐的基礎上整理了水資源監測系統建設的一些經驗。水資源監測系統在實踐的過程中還會不斷改進，使其能夠促進水資源的可持續利用。通過現代科技手段更好地為水利行業服務，使水資源的管理更加科學、有效