基于GPRS的水文信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案

　　方案設(shè)計采用防腐性投入式液位變送器和鉑電阻溫度變送器。變送器前端采用不銹鋼外殼用來防止觀測井內(nèi)水中雜質(zhì)的干擾。連接電纜是指變送器與水文信息智能監(jiān)測儀之間連接的電纜。由于液位測量時采用壓力比較形式，故連接電纜采用中心有通氣導(dǎo)管的專用電纜。水文信息智能監(jiān)測儀以單片機為核心，配合模數(shù)轉(zhuǎn)換、時鐘芯片、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示、后備電源等部分。

　　觀測子站工作原理如下：利用分散設(shè)置在觀測點的液位、溫度變送器將測量得到液位、溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標準化輸出信號。系統(tǒng)采用4~20 mA電流信號傳輸方式將信號送入信息采集終端模數(shù)轉(zhuǎn)換部分將模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，以減少信號的衰減和接線的復(fù)雜性，再經(jīng)單片機將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行分析處理。數(shù)據(jù)存儲部分使用大容量存儲芯片存儲處理后的數(shù)據(jù)。

　　日歷時鐘具有實時時鐘計數(shù)功能還能為監(jiān)測儀提供準確的日期及時鐘信號。數(shù)據(jù)顯示部分現(xiàn)場顯示出實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。最后經(jīng)由數(shù)據(jù)通信模塊利用其內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測儀與各級水務(wù)部門中心監(jiān)測站的計算機之間的數(shù)據(jù)交換。后備電源部分能在市電無法正常提供的時候保證監(jiān)測儀的正常使用，且后備電源能與市電自動切換。

　　2.2 智能信息采集終端軟件流程

　　濾波能將信號中特定波段頻率濾除，是抑制和防止干擾的一項重要措施，基于數(shù)字濾波具有精度高、可靠性強、可程控改變特性和便于集成等優(yōu)點考慮。本系統(tǒng)利用程序用數(shù)字濾波來提高水位采樣信號的真實度。

　　測量水位時，江河、湖泊和水庫等的波浪沖擊可能引起采樣信號產(chǎn)生瞬時、幅值較大的脈沖干擾，而一旦在采樣時刻出現(xiàn)這種干擾，系統(tǒng)就無法正常工作，所以對采樣數(shù)據(jù)進行濾波十分必要。智能信息采集終端采用中值濾波法，即從采樣窗口取出奇數(shù)個數(shù)據(jù)進行排序，用排序后的中值取代要處理的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件的程序中安排了“冗余指令”可在PC因干擾出錯，程序脫離正常軌道，出現(xiàn)“亂飛”時使程序迅速進入正軌，還安排了“軟件陷阱”可在亂飛程序進入非程序區(qū)或表格區(qū)無法用冗余指令使程序入軌時發(fā)揮作用。數(shù)據(jù)采集分機軟件包括主程序和數(shù)據(jù)傳送子程序。數(shù)據(jù)傳送子程序流程如圖3所示。

　　智能信息采集終端軟件，使用C++語言編寫，利用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的編程架構(gòu)，以構(gòu)件的形式搭建應(yīng)用軟件的主要功能部件，以提高系統(tǒng)的可視性，也便于數(shù)據(jù)匯總和數(shù)據(jù)交換。利用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫保存及處理數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的可靠性和運行效率。

　　3 信息綜合服務(wù)器程序的設(shè)計

　　水文遠程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由中心監(jiān)測站和現(xiàn)場觀測子站組成，分為兩級聯(lián)網(wǎng)。由三個環(huán)節(jié)構(gòu)成：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與存儲、遠程數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)庫管理，如圖4所示。

　　水文信息遙測管理系統(tǒng)使用C++語言編寫，完成了由上到下的模塊式總體設(shè)計。系統(tǒng)集合了水位信息的實時采集、預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲及管理功能，構(gòu)成了一個一體化的綜合信息平臺。通過無線遠程傳輸技術(shù)，實時獲取監(jiān)測點的水資源信息，按照日、月、年，分不同時段將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并繪制曲線（見圖5）與直方圖對比分析數(shù)據(jù)，最終將結(jié)果顯示給用戶，并能依照用戶需求自動生成報表。上位機軟件管理系統(tǒng)功能主要由信息綜合管理模塊、實時遠程監(jiān)測模塊、水資源決策支持系統(tǒng)、輸出模塊及其他輔助功能組構(gòu)成。