【導讀】山洪災害多媒體監(jiān)測預警系統(tǒng)

　　

【正文】 方法采用 BCH碼。 六、環(huán)境適應性 通常，監(jiān)測預警站安裝在野外，環(huán)境比較惡劣。如果在監(jiān)測預警站建設站房，條件相對較好；有時因資金短缺，監(jiān)測設備就安裝在水泥桿上，這就要求監(jiān)測設備對環(huán)境的適應性。 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端在線路設計、線路板制作，元氣件選擇及機箱制造等方面都考慮了環(huán)境適應性問題。 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端的正 常使用溫度范圍： 30℃ ~+60℃， 濕度范圍： 95%， 40℃不凝露。 七、監(jiān)測終端自檢 在 CPU本身正常的情況下，可以擔負對其它芯片進行自檢操作。選擇幾個最重要的芯片，如時鐘芯片、存儲器和電壓溫度芯片，對其存儲器進行寫讀操作，根據(jù)錯誤的類型，給出相應的錯誤碼報文。 系統(tǒng)的自檢功能是提高 監(jiān)測 系統(tǒng)可靠性的一項重要措施，目前 監(jiān)測 系統(tǒng)的自檢功能僅局限于對系統(tǒng)某個局部出現(xiàn)問題發(fā)出單純告警，功能單一，應該確立 監(jiān)測 系統(tǒng)全面的告警點，只要 監(jiān)測 系統(tǒng)在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，立刻發(fā)出緊急告警，使維護人員能夠及時了解和解決 監(jiān)測 系統(tǒng)中出 現(xiàn)的問題，并且不論 監(jiān)測 系統(tǒng)有無 17 故障發(fā)生，都能夠自動或人為地生成自檢報告。 監(jiān)測終端軟件可靠性設計 軟件設計采用了自下而上的設計原則，在各功能模塊編寫完畢并經(jīng)過嚴格的測試后再有機地組合成一個完整的系統(tǒng)，由于程序較大，存在多個任務并發(fā)的情況，如監(jiān)測中繼站正在測量數(shù)據(jù)時有來報要中繼，監(jiān)測預警站在測量時有按鍵、編程器命令要執(zhí)行等，在不影響穩(wěn)定性的條件下參照 Windows 機制引入了實時多任務功能，使得軟件各功能單元得以同步執(zhí)行。 由于監(jiān)測終端引入了信道偵聽，在信道忙時不發(fā)送，這就會造成數(shù)據(jù)報文的積累，特別 是作為中繼站使用時更為顯著。為避免造成報文丟失，開辟了一個發(fā)送緩沖區(qū)最少可以暫存 20 條報文，這樣就大大減少了由于信道繁忙造成的報文丟失。 軟件可靠性則引入了“軟件看門狗”的概念，整個軟件由若干模塊組成，在規(guī)定的時間內(nèi)程序必定要遍歷所有功能模塊，否則可視為程序已受到干擾，不喂硬件看門狗以產(chǎn)生一個硬復位信號，系統(tǒng)回到最初始加電狀態(tài)重新運行。 信息采集控制 YDZ— YL916型監(jiān)測數(shù)傳終端裝置（ RTU），是一種低功耗、高可靠性、優(yōu)良操作性的多功能、遠距離數(shù)據(jù)采集傳送裝置，由多種專用模塊組成。通過配接相應的 傳感器，自動實時或定時地采集水位、雨量、流量、氣壓、風速、風向、溫度、濕度和現(xiàn)場圖象等要素，或者與其它具有 RS485接口標準的智能傳感器、終端聯(lián)網(wǎng)，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。同時對數(shù)據(jù)進行處理、存儲，并利用無線、有線信道，采用定時自報、實時自報或應答查詢的方式，向中心站發(fā)送信息。 終端控制功能分為現(xiàn)場自動控制和遠程指令控制，當監(jiān)測終端采集的時段雨量超過報警臨界值或水位超過報警值，終端自動啟動現(xiàn)場的報警設施，播放報警信息；當監(jiān)測終端接收到遠程中心站的報警指令，啟動現(xiàn)場的報警設施，播放報警信息。 系統(tǒng)的所有功能由硬件和 軟件共同實現(xiàn)，硬件是系統(tǒng)的物質(zhì)基礎，對系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性硬件起到關鍵的作用。故從主板線路設計和芯片選型在滿足系統(tǒng)功能 18 要求的前提下，堅持穩(wěn)定、可靠、低功耗的原則。 RTU 主板按功能主要分為信息采集、固態(tài)存儲、通信電路、供電電路和按鍵顯示五大部分，各部分在主控電路的控制下有序地工作，硬件邏輯框圖見圖 。 圖 監(jiān)測終端硬件邏輯框圖 傳感器的適應性 一、傳感器的種類 水情自動測報系統(tǒng)中，監(jiān)測的水情要素主要為雨量和水位。隨著監(jiān)測技術成熟，自動測報系統(tǒng)在氣象信息監(jiān)測、閘門自動 控制、大壩安全監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測等領域也得到廣泛應用。系統(tǒng)需要監(jiān)測的傳感器品種很多，具有各種不同的信號輸出接口。如監(jiān)測雨量計有脈沖輸出和 485信號輸出，監(jiān)測水位計品種繁多，有標準 4~20mA模擬量、標準 485信號、格雷碼、 BCD碼和標準 232信號等，氣象信息監(jiān)測傳感器有降雨、氣壓、溫度和風速風向，大壩安全監(jiān)測通常用振弦式滲壓計。監(jiān)測預警控制終端適應性表現(xiàn)在對傳感器的種類的適應性，可以監(jiān)測當前國內(nèi)使用的所有傳感器，而且還能監(jiān)測閘門或泵站的啟閉狀態(tài)。 非采樣時間，傳感器處于掉電狀態(tài)；采樣時刻，監(jiān)測終端控制傳感器上電 ，因不同的傳感器上電初始化時間有差別，上電時間選擇監(jiān)測終端連接的所有傳感器中要求初始化時間最長的。為了適合不同的傳感器上電初始化的要求，監(jiān)測預警控制終端設計了傳感器初始化時間參數(shù)，到達采樣時刻， YDZ— YL916型監(jiān)測雙向485總線 中央處理器 MPU 高精度實時時鐘 大容量固態(tài)存貯器 兼容 CCITT 制解調(diào)器 420mA 接口 脈沖量接口 開關量接口 頻率信號接口 格雷碼接口 RS232 信號接口 其他信號接口 電源監(jiān)視管理控制單元 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視電路 人機對話單元 系統(tǒng)參數(shù)存貯和校驗單元 19 終端控制傳感器上電，等待初始化時間后，監(jiān)測儀向傳感器發(fā)送取數(shù)命令，接收傳感器送回的采樣值。 二、傳感器的數(shù)量 另一方面的適應性表現(xiàn)在對傳感器數(shù)量的適應性，每臺 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端可連接一個雨量傳感器和 30個其它類型的傳感器。數(shù)據(jù)采集時，從485總線上根據(jù)傳感器的網(wǎng)絡地址采用應答 方式采樣，變化了的數(shù)據(jù)則通過通信系統(tǒng)傳送到中心站。 三、傳感器的采樣周期 翻斗式雨量傳感器，采用事件觸發(fā)方式采樣，其采樣周期是變化的。其它要素的采樣方式是定時采樣，不同的觀測要素有不同的采樣周期，可由用戶設定各種不同的采樣周期，最小周期為 5s，最大周期為 24h。對一個監(jiān)測終端，所連接的多個傳感器設定相同的采樣周期，應取所有傳感器中需要的最小周期，控制信息的時段變化量來判斷是否將采樣信息發(fā)送出去，將有效地減少信息發(fā)送量，減小無線信號的碰撞概率，同時，也有效地減少監(jiān)測預警站的功耗。監(jiān)測終端按周期檢測傳感器值的變 化情況，先給傳感器上電，等待傳感器初始化時間，采取所有傳感器值，若有傳感器值變化，則給通信設備上電，依次將變化了的傳感器數(shù)值發(fā)送出去，完畢控制通信設備掉電。 傳感器的控制 一、水位消浪濾波處理 按照規(guī)范要求，水位觀測要使用靜水井，但事實上很難滿足要求，如在黃河上建立水位觀測井，小連通管易被堵塞；水庫下游水流喘急，水位井中的水面波動。人工在老式自記水位計上摘錄水位時，通過光滑去除波浪的峰谷值。 使用監(jiān)測方法采集水位，根據(jù)水位井建設位置和波浪種類，設置 傳感器初始化時間， 在設定的時段內(nèi)連續(xù)多次采集水位 ，對采集的數(shù)據(jù)進行光滑濾波處理，使處理后的水位接近真實水位。 二、傳感器動態(tài)測試 監(jiān)測預警控制終端提供兩種傳感器動態(tài)測試方式。對于傳感器本身有數(shù)值顯示功能情況，用戶可用編程器控制傳感器上電，轉動傳感器，觀測傳感器顯示的 20 數(shù)值；對于傳感器本身沒有數(shù)值顯示功能情況，用戶可將編程器插入監(jiān)測預警站機箱的編程器接口動態(tài)測試各傳感器的當前值，隨著傳感器轉動，編程器的液晶屏上顯示傳感器的變化值。 傳輸通信控制 YDZ— YL916 型監(jiān)測預警控制終端具有多種通信方式， 當前常用的通信方式為超短波電臺無線通信、短信通信、衛(wèi) 星通信、光纜和程控電話。 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端選用了無線和有線兼容的調(diào)制解調(diào)器，具有無線通信和電話通信兼容的調(diào)制解調(diào)器接口，設計了標準 232 接口，可進行衛(wèi)星通信和短信通信傳輸資料。 通信設備適應性 一、超短波電臺 對于常用的超短波通信，為了節(jié)約監(jiān)測預警站的耗電量，通信電路和通信設備采用掉電工作方式，在需要發(fā)送信息時，監(jiān)測終端控制通信電路和通信設備上電。 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端考慮了通信電臺的差異，可以配接數(shù)字超短波電臺、模擬超短波電臺，帶初始化過程的超短波電臺，高電平啟 動 PTT的超短波電臺，低電平啟動 PTT的超短波電臺。超短波電臺的上電初始化時間為 15s。 自報體制監(jiān)測預警站由控制終端控制通信電路和通信設備上電，上電初始化時間范圍在 190s之間。初始化完畢，電臺處于接收狀態(tài)，監(jiān)測終端控制電臺 PTT，使電臺處于發(fā)射狀態(tài)，等待 n(ms)后，加載數(shù)據(jù)，發(fā)送傳感器監(jiān)測的信息。電臺從接收狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)射狀態(tài)所需時間，不同型號的電臺有所差異，再者，電磁波前端穩(wěn)定性較差，發(fā)射一定時間的空碼后再發(fā)送數(shù)據(jù)，通信較為穩(wěn)定。等待的前導空碼時間根據(jù)設備選型設定，變化范圍在 300~800ms之間 。 二、 GSM/GPRS模塊 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端兼容短信通信方式，通過 232串口與短信模塊連接，使用標準 AT指令與短信模塊通信。當水文要素發(fā)生變化，自動編輯短信，控制短信模塊上電，短信模塊上電登錄網(wǎng)絡的時間大約在 30~40s后，可發(fā)送數(shù)據(jù)指令，等待成功執(zhí)行信息，檢驗指令執(zhí)行情況。在 10s內(nèi)沒有收到成功 21 執(zhí)行信息，則重發(fā)數(shù)據(jù)指令。 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端可存儲 4個短信目標地址，將水文要素同時發(fā)送到多個目的地。通過 GPRS無線 IP網(wǎng)絡服務器可控制數(shù)據(jù)、語音和視頻在GPRS無線公網(wǎng)上 傳輸。 三、 ADSL路由器 ADSL寬帶業(yè)務，是通過新的技術在普通電話線路里加入了高頻寬帶信號，具有傳輸距離遠、安裝方便等特點，因而成為目前社會上流行的寬帶接入方式。 ADSL是非對稱數(shù)字用戶線，它是數(shù)字用戶線（ DSL）技術的一種，可在普通銅線電話用戶線上傳送電話業(yè)務的同時，向用戶提供 ~8Mb/s速率的數(shù)字業(yè)務，在上行、下行方向的傳輸速率不對稱。 ADSL的局端設備和用戶端設備之間通過普通的電話銅線連接，無須對入戶線纜進行改造就可以為現(xiàn)有的大量電話用戶提供 ADSL寬帶接入。根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)和使用情況，在 目前大量采用的，速率為 離可以達到 2— 3公里。 YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端通過 IP網(wǎng)絡服務器可控制數(shù)據(jù)、語音和視頻在 ADSL寬帶上傳輸。 通信體制兼容性 一、自報體制 自報式終端設備在監(jiān)測要素發(fā)生一個單位的變化即主動將監(jiān)測結果發(fā)送到中心站。 自報體制是山洪監(jiān)測系統(tǒng)的常用體制，具有低功耗、高可靠性的特點，YDZ— YL916型監(jiān)測預警控制終端設計了事件驅動的雨量自報和時間驅動的實時自報、增量自報和平安自報等 工作方式，實現(xiàn)信息采集自動化。 二、應答體制 應答式終端的通信設備處于值守狀態(tài)，當接收到中心站的查詢命令時，終端采集傳感器的數(shù)值，并將結果發(fā)送到中心站。在我國，絕對多數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)都是采用自報體制，沒有必要采用自報應答體制，因為應答查詢的結果與終端自報的結果一樣。 三、自報確認工作體制 22 常用的自報工作體制分為雨量事件觸發(fā)自報和水位定時采樣自報。當雨量傳感器的翻斗動作，喚醒監(jiān)測終端 CPU工作，控制電臺上電，將變化的累計雨量值發(fā)送出去，控制電臺掉電后， CPU進入休眠工作狀態(tài)。水位傳感器的采樣時間通常設定為 5分鐘， 通過時鐘喚醒監(jiān)測終端 CPU工作，對水位傳感器進行采樣，比較本次水位采樣值與上次水位值，若沒有變化，則 CPU進入休眠工作狀態(tài)；若發(fā)生變化，則 CPU 控制電臺上電，將變化的水位發(fā)送出去，控制電臺掉電后，CPU進入休眠工作狀態(tài)。常用的自報工作體制能夠監(jiān)測雨量和水位的變化過程，但不管報出去的數(shù)據(jù)是否被中心站收到，是一種只管過程，不管結果的工作體制。 為了降低同頻干擾造成數(shù)據(jù)丟失的概率，改進了當前的自報工作體制，稱作為自報確認工作體制，其工作過程分為雨量事件觸發(fā)自報和水位定時采樣自報。當雨量傳感器的翻斗動作，喚醒監(jiān)測 終端 CPU工作，控制電臺上電，將變化的累計雨量值發(fā)送出去，等待中繼站或中心站的確認信號后，再控制電臺掉電， CPU進入休眠工作狀態(tài)，在 5秒鐘內(nèi)沒有收到確認信號，則重新發(fā)送報文，又等待確認信號，若還沒有收到確認信號則向備份中繼站發(fā)送報文，等待確認信號后，再控制電臺掉電， CPU進入休眠工作狀態(tài)。水位信息的采樣發(fā)送過程以此類似。這種自報確認工作體制，對受干擾報文采用重發(fā)機制，可以大大地降低數(shù)據(jù)丟失的概率。 信道偵聽 超短波自報式監(jiān)測系統(tǒng)體制中，有可能多個監(jiān)測預警站同時向外發(fā)送信息，這樣就會發(fā)生同頻信號的 碰撞，使信號傳輸誤碼率增加。特別是在全流域普降大雨時，各站數(shù)據(jù)發(fā)送頻繁，此時的信號碰撞概率最大。 信道偵聽是指監(jiān)測預警站在發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽該信道上是否有正在傳輸?shù)男盘枺绻袆t等待，直到信道空閑或等待時間超過 5 秒才將本站信息發(fā)送出去。 信道偵聽功能可大大地降低信號碰撞概率， 是最有效的措施，所有的監(jiān)測終端在控制電臺上電后發(fā)送數(shù)據(jù)前，先偵聽外界是否有同頻電磁波，偵聽到發(fā)送的建立時間為 20ms，只有在這段時間內(nèi)可能發(fā)生信號碰撞，增加信道 偵聽功能 ，信號的碰撞概率明顯減小。 如果兩個監(jiān)測預警站相距較遠，監(jiān)測預警站之間 不能互相接收到信息，即偵 23 聽不能發(fā)揮作用，此時實際的信號碰撞概率可能會大些。 終端全兼容策略 監(jiān)測終端的功能是信息采集和信息發(fā)送；中繼站主要功能是接收監(jiān)測資料和轉發(fā)監(jiān)測資料；中心站終端功能是接收監(jiān)測信號解調(diào)為數(shù)字信號向串行口輸出。 從三種設備全兼容的可能性分析可知，是完全可行的。因為三種設備都具有調(diào)制解調(diào)功能，即都可以將數(shù)字信號調(diào)制為音頻信號，也可以將音頻信號解調(diào)為數(shù)字信號。這是三種設備可全兼容的基礎。另外三種終端全兼容是很有必要的，提高了整個監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。 監(jiān)測預警站作為中