基于DTU无线数据终端技术实现水利监控应用解决方案

基于DTU无线数据终端技术
水利监控应用解决方案

1、行业概述
　　
水利信息化就是充分利用现代信息技术，开发和利用水利信息资源，包括对水利信息进行采集，传输，存储，处理和利用，提高水利资源的应用水平和共享程度，从而全面提高水利建设和水事处理的效率和效能。随着中国水利行业以及船舶运输行业的的迅猛发展，我国河流、运河、水库等区域的相关产业也得到了进一步发展壮大，随着信息化建设步伐的加快，对河流、运河、水库等区域的相关信息化控制以及安全监控系统的步完善，可以实现对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行实时动态监控，以便及时采取预防和相应的抢险措施，**人民生命财产安全。
水文站是收集水资源信息的基本站点，是水文工作的基础。水文站网持续地对我国江、河、湖、库的地表水、地下水的水量、水质等进行观测，实时收集水文水资源数据，对水资源开发、利用、管理、保护，实现水资源的合理调配，提高水资源利用率和改善水生态等方面具有十分重要的作用。同时，还为防汛防潮的指挥调度提供了及时、准确的决策依据。

关键字：无线 DTU；工业级DTU；水利监测；互联网+；

2、政策背景
    水利工程建设的现代化是为国家现代化服务的，因此水利行业现代化首先要满足国家现代化进程中社会对水的各种需求。但是，水资源是有限的，对水资源的开发利用又必须遵循自然规律。
    水利工程行业的现代化还表现为能清楚地认识水的基本规律，引导社会对水资源进行合理利用，控制不合理的需求和消费。
    中国水利工程现代化是为满足中国现代化对水利的需求。即在**社会经济、环境、生态安全的前提下，引导和控制各行业的用水需求，对有限的水资源进行合理配置，以满足中国现代化进程中对水资源的总体需求。其基本途径是通过以流域为单元的国土综合整治和强化流域管理，提高流域国土的安全度、舒适度和富裕度
    根据前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国水利工程行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析：中国水利工程现代化过程将贯穿21世纪，目标应当是：未来在20年左右时间内使经济发达的大城市周围首先实现水利现代化。
    我国水利观念上的落后应通过宣传和教育来弥补，对水利技术的落后要通过发展水利科技和增加水利投入来解决，而对管理体制上的落后必须通过有力的体制改革和法制建设来解决。
3、行业特点
1. 水文信息安全防范要求高，在遇到刮风、暴雨、决口等灾害时，水文信息能够及时传递到相关管理部门，在较短时间内采取相应解决措施。
2. 水文站点在地理位置上分布较广、位置较偏僻，监控点选择时应考虑到摄像机安装地点，要求视野广、无障碍、监控角度大，尽量少设监控点，如无法回避死角，可增加监控点。
3. 一般各个水文站采集的数据需要先汇总到乡水文站，各个乡水文站再将这些信息传回到县水文站。因此，要求乡水文站、县水文站架设的无线设备所提供的带宽较大，满足业务传输的带宽需求，确保无线链路稳定性。
4. 当县水文站与乡水文站距离较远时或中间不可视，存在遮挡的情况下，需要架设中继设备。
5. 水利水文站数据采集监控系统的传输业务一般以数据为主，例如:水位、流量、流速、潮差等。
6. 考虑传输数据的准确性对防汛防潮指挥有重要的作用。
4、应用前景
   水文无线监测系统，可在多种环境下运作，抗灾性较好，可确保水文信息采集系统在各种恶劣天气情况下，都能正常运行;安装方便，*铺设网络电缆，可大量节省投资;具有较强的灵活性和可扩充性，通过在需要监测的地点架设监控摄像设备和无线基站，即可*实现系统的拓展，促进逐步全面实现水文信息采集自动化、数字化和网络化。
   智通水利远程监控系统旨在建立一个基于移动GPRS／GSM网、GIS平台的智能水利远程监控系统，加快水利管理信息化建设进程。整个项目充分体现系统集成的思想，网络符合总体规划及长远发展。系统设计在一个较高的起点上充分保证系统的可伸缩性和可扩展性，具备相当的通信、计算机和网络设备的信息容量及处理能力，并有一定的**前性，软硬件预留接口，便于维护、升级和扩展，以适应将来整个系统发展的要求。
5、通讯方式
     水利行业中，由于水利对国计民生的重要性，加上电信运营商的基础设施条件和业务选择性推动，有线网络仍是主要传输途径，也是水利部门的可以选择方式，从以往的项目建设经验看，至少占了七成以上。而无线传输在过去主要是作为水文采集和图片传输的通道，现在也是作为辅助手段来填补难以铺设线路的地域监控需求。
　　安防系统中采用何种传输方式，一般会结合监控的要求和环境两方面来考虑，对于监控画面要求清晰、实时的点位（比如水库、堤围、渔港、枢纽等），一般采用有线传输，会自建专网或租用运营商的专线资源（至少也有ADSL专线），传输稳定、带宽充足，可以**监控效果，问题是施工周期长、投入大、维护难度大，目前也基本只有电信运营商才愿意建设。　
　　一些无人值守泵站、河道监测站、水文站位于崇山峻岭深处或荒无人烟之地，或者即便在城区，但有线网络难以到达或者是投资收益比例差距较大，需要考虑无线网络（目前以2.5G/3G网络为主，也有考虑Wi-Fi的）或点对点传输通道（如微波无线扩频、OFDM、COFDM），优势是架设*、成本低，便于安装施工、调试、运行、维护。
（1）有线方式
有线方式主要有：有线以太网（RJ45线、光纤）、工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）。
有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大，缺点是布线复杂、扩展性差、施
工成本高、灵活性差。
工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）优点是数据传输可靠，设计简单，缺点是
布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。
（2）无线方式
无线方式主要采用移动运营商的无线网络数据接入业务，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE网络等。
		无线方式的优点是：成本低廉、建设工程*、适应性强、扩展性好、维护方便并且扩展*。
基于此，利用2G/3G/4G无线数据传输技术，基于服务端应用宽带有线网络提供固定IP或者动态IP（可用域名绑定）以及端口号，将这些服务端参数设置在才茂通信无线传输终端DTU上，利用它能够自动解析域名地址，连接到服务端的充电桩管理平台，可以为水利行业提供实时的数据采集、传输、发布、远程管理与控制、实现远程无线数据传输的**解决方案。
6、系统组成及组网方案
智能水利远程监测系统主要由信息中心、通信网络、水利远程监控点3部分组成。
　　1、信息中心：信息中心由相应的应用服务器与通信服务器组成，通信服务器用于与各水利远程监控点的通信，应用服务器用于记录各水利远程测控点的相关信息。
　　2、通信网络：通信网络作为信息中心与各水利远程监控点进行信息交换的枢纽，是整个系统中的核心部分，其工作特点是通信次数十分频繁，但每次的通信传输量很小。考虑到智能水利远程监控系统将来业务的发展和系统的可扩展性，系统采用专线方式接入到移动公司的GPRS／GSM网络中。各终端的信息数据从终端到达GPRS/GSM网络后通过专线和智能水利远程监测系统连接，智能水利远程监测系统和GPRS／GSM网络之间通过防火墙进行保护。
　　3、水利远程监控点：水利远程监测点采用GPRS主用、短信备用的方式进行数据通信，所有的信息数据通过GSM、GPRS网络进行传输。


水利系统拓扑图

本系统主要由水文监测站、才茂无线数传终端DTU（各种2G/3G/4G无线数据传输设备）、水文系统管理平台软件等组成。
1、才茂无线数传DTU可以提供RS232/RS485/RS422/TTL/端子接口等各种接口的设备与各种适配的水文监测传感器连接，如果采集设备是以太网接口可以选择才茂另外一个无线路由器系列的产品对接；
2、数传DTU通过各种无线网络，将各种水文数据无线透明传输到服务器端的充电系统管理平台。

    考虑到水利远程监测系统容量大、监控点多而分散、对信息数据的智能处理分析要求高的特点，采用专线接人和**APN方案。使用**的APN有：进行访问权限的控制，比因特网的安全性能提高、可控性提高，网络传输的**级得到保证等好处。　　 　　
1、网络连接
智能水利远程监测系统与移动的GPRS网络GGSN设备、短信网关使用 2M专线相联。各水利远程监控点用GPRS终端通过GPRS／GSM网络连接到信息中心的通信服务器。
2、APN 　　
   在公网中为智能水利远程监测系统分配**的APN，水利远程监控点激活PDP(分组数据协定)上下文之后可与业务中心互相传送数据。对于没有GPRS覆盖的地区提供短信接入。
3、中心与水利远程监控点之间的连接保持　　
    考虑到GPRS网络的状况，水利远程监测点终端在被GPRS网络激活后，立即发起PDP(分组数据协定)上下文激活请求。通过上位机的软件采用心跳和定时检查GPRS网络状态的方法来保持连接。
4、IP地址分配与鉴权方案 　　
   在智能水利远程测控系统设置 Radius服务器上为水利远程监测点分配内部IP地址。水利远程监控点终端发起PDP(分组数据协定)上下文激活请求后，由智能水利远程监控系统的 Radius服务器鉴权水利远程监测点终端的MSISDN或IMSI号码后，为其分配IP地址，若Radius服务器支持为每一MSISDN或IMSI终端分配固定的IP地址，则可保证各监测点终端的IP地址固定不变。

7、系统功能
系统可实现以下功能：
雨量、水位监测人员可以远程监测雨量计信号、水位计信号、风速信号、太阳能电池板电压等，在用于水库、湖泊等水位监测时，发现水位**过上下限，自动发送预警短信。
A、软件功能
       远程监测雨量、水位、风速等信号。 
       支持各种监测信息、控制信息、报警信息、操作信息的存储和历史记录查询。
       生成各种数据报表及数据曲线。
B、数据中心组态软件截图
实时显示
1、左侧设备列表显示出当前在线和离线设备的信息，当设备联网后，将从“离线设备列表”进入“在线设备列表”，设备长时间不在线将从“在线设备列表”进入“离线设备列表”；
2、右上角显示设备编号、用户名称、联系人、电话、传真、手机、SIM卡号、地址等信息；
3、左上角显示雨量计、水位计、风速仪、太阳能电池板等信息；
4、窗口下面实时显示雨量计、水位计、风速仪、太阳能电池板等曲线；
5、中部文字提示当前设备登陆时间，采集回传数据的最后时间；

历史记录 
    用户可以根据时间段来搜索历史记录；
    历史记录将以曲线形式绘制在窗口上面，历史记录可以以列表的形式显示在窗口下面，通过历史记录可以查看设备运转状态和相关趋势；
    同时查询的历史记录可以导出为excel表格；


组态软件效果图
    用户可以根据需要通过组态软件来定制程序，这样界面表现形式更为灵活；

8、才茂DTU无线数传终端介绍

DTU(Data Transfer Unit),全称数据传输单元,为用户提供高速、永远在线、TCP/UDP 透明数据传输的工业级无线终端设备。产品采用高速高性能工业级ARM9 嵌入式处理器或者X86 架构高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，**大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP 协议栈，为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换、虚拟**网络的系统应用。针对网络流量控制的用户，DTU 产品支持语音，短信，数据触发上线以及**时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。

9、才茂DTU功能的优势
1)丰富的接口类型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 满足客户应用现场不同接口需求。
 2）完善的网络支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大无线网络，满足不**业客户的全方面需求。
 3）三层系统保护：在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠
 4)金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。
 5）完全工业级设计生产，支持宽电压5-32V供电。
 6）通信模块均采用工业级无线模块，所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证
 7）高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题。
 8)**大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型号内存不同），有**大的内存来缓存客户发送数据，同时接收**大数据包，数据不丢失。
 9)DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常而导致DTU设备当机的严重现象。
 10）完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率较大降低。
11）EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；
12）支持短信远程配置，远程控制；支持短消息告警；
13）智能防掉线。支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线；
14）支持批量配置功能；

10、才茂资质
2009 年公司GPRS DTU 产品被评为“创新产品奖”；
2011 年被评为“中国工控行业客户满意较好供应商”；
2012 年公司成为“中国质量万里行”会员；
2013 年公司成为“智能输配电设备产业技术创新战略联盟”会员；
2010 年被国家认定的高新科技企业；
2010 年被国家认定的双软企业企业；
公司拥有1 项保持设备稳定的**技术证书和12 个软件著作版权证书；
全国设立了9 大区域办事处，66个代理商，方便为客户提供近距离贴心服务；
公司注册资本1280 万；厦门市重点扶持高新科技企业；
12 年的行业研发积累和行业应用考验。
11、结束语
水文是水资源开发利用管理与保护、防治水害以及工程建设规划、设计、施工、管理、调度的依据。在大力加强节水、保护水质、实现水资源的可持续利用的前提下，提高现有水资源的管理水平尤为重要。水文站是收集水信息的基本站点，是水文工作的基础。通过水文站持续地对我国江、河、湖、库的地表水、地下水的水量、水质等进行观测，实时收集水资源数据，对水资源开发、利用、管理，保护，实现水资源的合理调配，达到提高水资源的利用率和改善水生态的目标等方面具有十分重要的作用。同时，还可为防汛防潮指挥调度提供了及时、准确的决策依据。
                                                                   
                                                        厦门才茂通信科技有限公司