基于RTU無線遙測終端技術

水利監控應用解決方案

1、行業概述

水利信息化就是充分利用現代信息技術，開發和利用水利信息資源，包括對水利信息進行采集，傳輸，存儲，處理和利用，提高水利資源的應用水平和共享程度，從而全面提高水利建設和水事處理的效率和效能。隨著中國水利行業以及船舶運輸行業的的迅猛發展，我國河流、運河、水庫等區域的相關產業也得到了進一步發展壯大，隨著信息化建設步伐的加快，對河流、運河、水庫等區域的相關信息化控制以及安全監控系統的步完善，可以實現對可能或正在發生的汛情、險情、災情進行實時動態監控，以便及時采取預防和相應的搶險措施，保障人民生命財產安全。

水文站是收集水資源信息的基本站點，是水文工作的基礎。水文站網持續地對我國江、河、湖、庫的地表水、地下水的水量、水質等進行觀測，實時收集水文水資源數據，對水資源開發、利用、管理、保護，實現水資源的合理調配，提高水資源利用率和改善水生態等方面具有十分重要的作用。同時，還為防汛防潮的指揮調度提供了及時、準確的決策依據。

關鍵字：無線 RTU；工業級無線遙測終端；水利監測；互聯網+；

2、政策背景

     水利工程建設是為國家現代化服務的，因此水利行業現代化首先要滿足國家現代化進程中社會對水的各種需求。但水資源是有限的，對水資源的開發利用又必須遵循自然規律。水利工程行業的現代化還表現為能清楚地認識水的基本規律，引導社會對水資源進行合理利用，控制不合理的需求和消費。
    中國水利工程現代化是為滿足中國現代化對水利的需求。即在保障社會經濟、環境、生態安全的前提下，引導和控制各行業的用水需求，對有限的水資源進行合理配置，以滿足中國現代化進程中對水資源的總體需求。其基本途徑是通過以流域為單元的國土綜合整治和強化流域管理，提高流域國土的安全度、舒適度和富裕度
    根據前瞻產業研究院發布的《2014-2018年中國水利工程行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》分析：中國水利工程現代化過程將貫穿21世紀，目標應當是：未來在20年左右時間內使經濟發達的大城市周圍首先實現水利現代化。

3、行業特點

1. 水文信息安全防范要求高，在遇到刮風、暴雨、決口等災害時，水文信息能夠及時傳遞到相關管理部門，在最短時間內采取相應解決措施。

2. 水文站點在地理位置上分布較廣、位置較偏僻，監控點選擇時應考慮到攝像機安裝地點，要求視野廣、無障礙、監控角度大，盡量少設監控點，如無法回避死角，可增加監控點。

3. 一般各個水文站采集的數據需要先匯總到鄉水文站，各個鄉水文站再將這些信息傳回到縣水文站。因此，要求鄉水文站、縣水文站架設的無線設備所提供的帶寬較大，滿足業務傳輸的帶寬需求，確保無線鏈路穩定性。

4. 當縣水文站與鄉水文站距離較遠時或中間不可視，存在遮擋的情況下，需要架設中繼設備。

5. 水利水文站數據采集監控系統的傳輸業務一般以數據為主，例如:水位、流量、流速、潮差等。

6. 考慮傳輸數據的準確性對防汛防潮指揮有重要的作用。

4、應用前景

   水文無線監測系統，可在多種環境下運作，抗災性較好，可確保水文信息采集系統在各種惡劣天氣情況下，都能正常運行;安裝方便，無需鋪設網絡電纜，可大量節省投資;具有極強的靈活性和可擴充性，通過在需要監測的地點架設監控攝像設備和無線基站，即可迅速實現系統的拓展，促進逐步全面實現水文信息采集自動化、數字化和網絡化。

   智通水利遠程監控系統旨在建立一個基于移動GPRS／GSM網、GIS平臺的智能水利遠程監控系統，加快水利管理信息化建設進程。整個項目充分體現系統集成的思想，網絡符合總體規劃及長遠發展。系統設計在一個較高的起點上充分保證系統的可伸縮性和可擴展性，具備相當的通信、計算機和網絡設備的信息容量及處理能力，并有一定的超前性，軟硬件預留接口，便于維護、升級和擴展，以適應將來整個系統發展的要求。

5、通訊方式

     水利行業中，由于水利對國計民生的重要性，加上電信運營商的基礎設施條件和業務選擇性推動，有線網絡仍是主要傳輸途徑，也是水利部門的首選方式，從以往的項目建設經驗看，至少占了七成以上。而無線傳輸在過去主要是作為水文采集和圖片傳輸的通道，現在也是作為輔助手段來填補難以鋪設線路的地域監控需求。
　　安防系統中采用何種傳輸方式，一般會結合監控的要求和環境兩方面來考慮，對于監控畫面要求清晰、實時的點位（比如水庫、堤圍、漁港、樞紐等），一般采用有線傳輸，會自建專網或租用運營商的專線資源（至少也有ADSL專線），傳輸穩定、帶寬充足，可以保障監控效果，問題是施工周期長、投入大、維護難度大，目前也基本只有電信運營商才愿意建設。　
　　一些無人值守泵站、河道監測站、水文站位于崇山峻嶺深處或荒無人煙之地，或者即便在城區，但有線網絡難以到達或者是投資收益比例差距較大，需要考慮無線網絡（目前以2.5G/3G網絡為主，也有考慮Wi-Fi的）或點對點傳輸通道（如微波無線擴頻、OFDM、COFDM），優勢是架設周期短、成本低，便于安裝施工、調試、運行、維護。

（1）有線方式

有線方式主要有：有線以太網（RJ45線、光纖）、工業串行總線（RS485、RS232、CAN總線）。

有線以太網主要優點是數據傳輸可靠、網絡容量大，缺點是布線復雜、擴展性差、施

工成本高、靈活性差。

工業串行總線（RS485、RS232、CAN總線）優點是數據傳輸可靠，設計簡單，缺點是

布網復雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。

（2）無線方式

無線方式主要采用移動運營商的無線網絡數據接入業務，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE網絡等。

無線方式的優點是：成本低廉、建設工程周期短、適應性強、擴展性好、維護方便并且擴展容易。

基于此，利用2G/3G/4G無線數據傳輸技術，基于服務端應用寬帶有線網絡提供固定IP或者動態IP（可用域名綁定）以及端口號，將這些服務端參數設置在才茂通信無線傳輸終端DTU上，利用它能夠自動解析域名地址，連接到服務端的充電樁管理平臺，可以為水利行業提供實時的數據采集、傳輸、發布、遠程管理與控制、實現遠程無線數據傳輸的完美解決方案。

6、系統組成及組網方案

智能水利遠程監測系統主要由信息中心、通信網絡、水利遠程監控點3部分組成。
　　1、信息中心：信息中心由相應的應用服務器與通信服務器組成，通信服務器用于與各水利遠程監控點的通信，應用服務器用于記錄各水利遠程測控點的相關信息。
　　2、通信網絡：通信網絡作為信息中心與各水利遠程監控點進行信息交換的樞紐，是整個系統中的核心部分，其工作特點是通信次數十分頻繁，但每次的通信傳輸量很小。考慮到智能水利遠程監控系統將來業務的發展和系統的可擴展性，系統采用專線方式接入到2G/3G/4G無線網絡中。各終端的信息數據從終端到達2G/3G/4G網絡后通過專線和智能水利遠程監測系統連接，智能水利遠程監測系統和GPRS／GSM網絡之間通過防火墻進行保護。
　　3、水利遠程監控點：水利遠程監測點采用2G/3G/4G無線通信方式進行數據通信，所有的信息數據通過2G/3G/4G網絡進行傳輸。

水利系統拓撲圖

本系統主要由水文監測站、才茂無線遠程測控終端RTU（各種2G/3G/4G無線數據傳輸設備）、水文系統管理平臺軟件等組成。

 才茂RTU系列產品集成了模擬信號采集，開關量輸入，開關量輸出，脈沖計數，支持以太網通信，串口通信，RS485通信和4G/3G/2G無線數據通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入各種傳感器、標準變送器信號、儀表等輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是實施無線測控的最佳選擇。

    考慮到水利遠程監測系統容量大、監控點多而分散、對信息數據的智能處理分析要求高的特點，采用專線接人和專用APN方案。使用專用的APN有：進行訪問權限的控制，比因特網的安全性能提高、可控性提高，網絡傳輸的優先級得到保證等好處。　　 　　

1、網絡連接

智能水利遠程監測系統與移動的GPRS網絡GGSN設備、短信網關使用 2M專線相聯。各水利遠程監控點用GPRS終端通過GPRS／GSM網絡連接到信息中心的通信服務器。
2、APN 　　

   在公網中為智能水利遠程監測系統分配專用的APN，水利遠程監控點激活PDP(分組數據協定)上下文之后可與業務中心互相傳送數據。對于沒有GPRS覆蓋的地區提供短信接入。
3、中心與水利遠程監控點之間的連接保持　　

    考慮到GPRS網絡的狀況，水利遠程監測點終端在被GPRS網絡激活后，立即發起PDP(分組數據協定)上下文激活請求。通過上位機的軟件采用心跳和定時檢查GPRS網絡狀態的方法來保持連接。
4、IP地址分配與鑒權方案 　　

   在智能水利遠程測控系統設置 Radius服務器上為水利遠程監測點分配內部IP地址。水利遠程監控點終端發起PDP(分組數據協定)上下文激活請求后，由智能水利遠程監控系統的 Radius服務器鑒權水利遠程監測點終端的MSISDN或IMSI號碼后，為其分配IP地址，若Radius服務器支持為每一MSISDN或IMSI終端分配固定的IP地址，則可保證各監測點終端的IP地址固定不變。

7、系統功能

系統可實現以下功能：

雨量、水位監測人員可以遠程監測雨量計信號、水位計信號、風速信號、太陽能電池板電壓等，在用于水庫、湖泊等水位監測時，發現水位超過上下限，自動發送預警短信。

A、軟件功能

       遠程監測雨量、水位、風速等信號。 

       支持各種監測信息、控制信息、報警信息、操作信息的存儲和歷史記錄查詢。

       生成各種數據報表及數據曲線。

B、數據中心組態軟件截圖

實時顯示

1、左側設備列表顯示出當前在線和離線設備的信息，當設備聯網后，將從“離線設備列表”進入“在線設備列表”，設備長時間不在線將從“在線設備列表”進入“離線設備列表”；

2、右上角顯示設備編號、用戶名稱、聯系人、電話、傳真、手機、SIM卡號、地址等信息；

3、左上角顯示雨量計、水位計、風速儀、太陽能電池板等信息；

4、窗口下面實時顯示雨量計、水位計、風速儀、太陽能電池板等曲線；

5、中部文字提示當前設備登陸時間，采集回傳數據的最后時間；

歷史記錄 

    用戶可以根據時間段來搜索歷史記錄；

    歷史記錄將以曲線形式繪制在窗口上面，歷史記錄可以以列表的形式顯示在窗口下面，通過歷史記錄可以查看設備運轉狀態和相關趨勢；

    同時查詢的歷史記錄可以導出為excel表格；

組態軟件效果圖

    用戶可以根據需要通過組態軟件來定制程序，這樣界面表現形式更為靈活；

8、才茂智能無線遠程測控終端介紹

    RTU（遠程終端單元），英文全稱RemoteTerminalUnit，中文全稱為遠程終端控制系統，負責對現場信號、工業設備的監測和控制。RTU(RemoteTerminalUnit)是構成企業綜合自動化系統的核心裝置，通常由信號輸入/出模塊、微處理器、有線/無線通訊設備、電源及外殼等組成，由微處理器控制，并支持網絡系統。它通過自身的軟件(或智能軟件)系統，可理想地實現企業中央監控與調度系統對生產現場一次儀表的遙測、遙控、遙信和遙調等功能。

才茂CM550系列智能無線遠程測控終端(以下簡稱無線RTU）是廈門才茂通信科技有限公司經過多年的實踐及工程應用，為滿足市場需求而自主研發的集數據采集、遠程控制與無線通訊功能為一體的無線終端控制產品。該系列產品集成了模擬信號采集，開關量輸入，開關量輸出，脈沖計數，支持以太網通信，串口通信，RS485通信和4G/3G/2G無線數據通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入各種傳感器、標準變送器信號、儀表等輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是實施無線測控的最佳選擇。

CM550系列采用高性能的工業級32 位通信處理器和工業級無線模塊，以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平臺設備提供在線維持技術，保持數據終端永久在線，保存數據鏈路任何時候暢通，實現高速、穩定、可靠的數據采集和控制功能。

9、才茂RTU功能的優勢

1. 完善的WEB配置界面。

2. 中心軟件：提供完整的數據中心管理軟件，可同時管理大量無線RTU，并對無線RTU各項資源進行控制。

3. 豐富接口：提供RS232接口或者RS485接口或者TTL接口或者RS422接口或者USB接口或者RJ45以太網接口，全接口支持。

4. 完善的網絡支持：提供包括2G網絡（GSM網絡），2.5G網絡（GPRS網絡），2.75G網絡（EDGE網絡），3G網絡（WCDMA網絡、EVDO網絡、TD-SCDMA網絡），4G網絡（TDD網絡、FDD網絡），全網絡的產品支持。

5. 檢查軟件：提供不同的調試等級輸出，方便客戶查看各種信息，快速定位問題。

10、才茂資質

2009 年公司GPRS DTU 產品被評為“創新產品獎”；

2011 年被評為“中國工控行業客戶滿意最好供應商”；

2012 年公司成為“中國質量萬里行”會員；

2013 年公司成為“智能輸配電設備產業技術創新戰略聯盟”會員；

2010 年被國家認定的高新科技企業；

2010 年被國家認定的雙軟企業企業；

公司擁有1 項保持設備穩定的專利技術證書和12 個軟件著作版權證書；

全國設立了9 大區域辦事處，66個代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務；

公司注冊資本1280 萬；廈門市重點扶持高新科技企業；

13 年的行業研發積累和行業應用考驗。

11、結束語

水文是水資源開發利用管理與保護、防治水害以及工程建設規劃、設計、施工、管理、調度的依據。在大力加強節水、保護水質、實現水資源的可持續利用的前提下，提高現有水資源的管理水平尤為重要。水文站是收集水信息的基本站點，是水文工作的基礎。通過水文站持續地對我國江、河、湖、庫的地表水、地下水的水量、水質等進行觀測，實時收集水資源數據，對水資源開發、利用、管理，保護，實現水資源的合理調配，達到提高水資源的利用率和改善水生態的目標等方面具有十分重要的作用。同時，還可為防汛防潮指揮調度提供了及時、準確的決策依據。

廈門才茂通信科技有限公司 

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