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基于物联网的水文监测系统设计
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-11-25 10:10:19

    摘 要:为了提高水文监测数据的传输效率,基于物联网的水文监测系统已经应用于水文监测领域当中。这种水文监测系统不仅将目前包含的各种传感器整合到了一个系统当中,提高了水文监测系统的自动化水平,还能更为迅速地分析水文监测数据,得到具体水文情况,为水文监测提供保障。 

  关键词:物联网;水文监测;系统设计 

  物联网技术指的是利用网络连接把传感设备连接起来形成一个系统,传感设备之间可以通过网络进行信息交换等,从而达到自动化识别、定位、监控等目的。物联网技术主要包括传感技术、数据融合分析技术、网络通讯技术,这三种技术给目前的水文监测提供了极大的便利,使得水文监测传感数据更加准确,分析更加迅速,信息传播速度也大大加快,促使水文监测技术慢慢走向成熟。本文对基于物联网技术的水文监测系统设计进行了详细说明,希望能对水文监测有所帮助。 

  1 基于物联网技术的水文监测系统概述 

  基于物联网技术的水文监测系统主要包括三大部分:采集系统、通讯系统和数据分析控制系统。其中采集系统包括Zigbee无线网络节点、通信系统以及远程终端,主要工作内容是采集数据、控制现场、初步储存数据等;通讯系统包括GPRS通讯系统、短信通讯系统、卫星通讯系统和拨号通讯系统,主要负责将采集系统所采集储存到的数据传输到数据分析控制系统,或者将数据分析控制系统的命令传输到采集系统;而数据分析控制系统包括通信系统、数据库、监听系统、软件系统,其主要作用是分析从采集系统传输过来的数据,并将统计数据纳入数据库,并根据情况给采集系统下达命令[1]。 

  2 基于物联网的水文监测系统的设计方案 

  2.1 信息采集系统的设计 

  由于水文监测系统常年处于户外,且处于河道位置,所以环境的变化会比较大,在选择监测时需要考虑到环境因素,需要适应高温、潮湿、雷雨、大风、冰雪等不同的环境,并适当添加防护层,尽量避免外界侵蚀和雷电袭击等。 

  信息采集系统的工作原理是传感设备首先采集数据,然后经过A/D的转换方式,由Zigbee无线网络节点将采集的信息传输到处理系统,经处理后将数据通过远程通讯系统传输到数据分析控制系统当中。 

  2.1.1 Zigbee无线网络节点的架设 

  由于水文监测系统需要采集许多的数据,而且监测设备常年位于户外区域,所以为了保证传感器数据传输的稳定性和准确性,就必须要保证无线传感网络的正常通讯。在水文监测系统中通常都是使用Zigbee无线网络节点,这种无线通讯方式具有能耗低、成本低、延迟低、容量大等特点,通过在一定范围内建设多个网络节点,实现全网无线通讯的目的,每个无线网络节点之间的距离大约为75米。 

  2.1.2 临时数据处理器的设计 

  临时数据处理器是信息采集系统的控制中心,它的性能好坏直接决定了传输到数据分析控制中心的数据的准确性。临时数据处理器主要是对传感器收集到的信息数据进行临时储存、初步处理和转发,所以需要大量的存储空间和良好的计算性能,而且还要有快速的数据传输能力。 

  2.1.3 电源系统设计 

  基于物联网的水文监测系统长期处于户外,所以可以利用户外的资源,减少电能的消耗。可以采取太阳能电池+锂离子电池两种供电方式结合的方法为监测系统供电,白天阳光比较充足的时候开启太阳能电池,边充电边供电,晚上或者光线不足的白天,则使用锂离子电池供电。 

  2.2 远程通讯系统的设计 

  远程通讯系统一般是使用GPRS移动通信网络或者卫星通讯方式。在GPRS移动通信网络下,通讯系统将自动开启PPP拨号,并构建一条TCP/IP的通讯通道,然后连接到网络,通过移动网络通信方式实现水文监测系统内部的信息传递。但是GPRS通讯系统如果长期没有数据的传递,那么自动保存创建的TCP/IP通道将会丢失,再次开启时需要重新走一遍激活流程,影响数据的传递。所以为了保证TCP/IP通道的活性,需要增加定时激活程序,每过一段时间,程序自动通过GPRS传输数据,使通道不会出现丢失现象[2]。 

  2.3 数据分析控制系统的设计 

  数据分析控制系统可以将调制适配器作为与信息采集系统连接的通信设备,并且另一个插口可以连接监听设备,在同一个系统当中连接多个服务器,达到集信息监听、数据储存、数据分析、信息发布为一体的目的。 

  Monitor Server系统中自带的服务器监控功能,可以实现对服务器消息的监控和监听服务,通过对调制适配器的监听,将信息传递到数据储存装置中,并做好数据记录。此外Monitor Server系统还负责将监控系统下达的命令传输到信息采集系统。 

  DB Server系统安装了数据库管理软件,可以将传输进数据库的数据进行记录,以便提供数据查询服务。 

  Web Server系统可以用动态的方式展示数据的变化,通过从数据库中调取数据,及时刷新局部的页面,使得页面以动态的方式展现出来,更清晰明了地显示数据的变化趋势。 

  Web服务器数据分析系统可以查询实时数据、远程监控设备状态、整理和分析数据、设置系统参数等[3]。 

  3 结束语 

  近年来,传感器技术的发展突飞猛进,尤其是传感器的精度和适用性,都有了明显的提高,随之进步的物联网技术也开始逐渐融入水文监测系统当中,大大推动了水文监测的自动化进程,减少了人力物力的投入,提高了水文监测系统的准确性,对于水文监测有重要意义。在物联网技术应用于水文监测系统的过程中,要注意对传感设备的保护,保证数据采集的顺利进行;注意远程通讯系统的选择,保证数据传输的通畅;注意数据分析控制系统的选择,保证数据分析的准确性。只有保证水文监测系统每个部分的正常工作,才能保证水文监测能达到应有的效果,使水文监测达到新的高度。 

  参考文献: 

  [1]张洋洋,赵建平,徐娟娟.基于物联网技术的水文监测系统研究[J].通信技术,2012,45(04):108-111. 

  [2]蔡彬彬.物联网技术在河流水位监测中的应用[J].南通纺织职业技术学院学报,2012,12(01):15-17. 

  [3]张云,蔡彬彬.基于物联网架构的水文监测系统研究[J].水资源与水工程学报,2012,23(03):173-175. 

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