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， 保障人民生命财产安全。 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。即在保障社会经济、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，在最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，无需铺设网络电缆，可大量节省投资;具有极强 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，即可迅速实现 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，并有一定的超前性，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，也是水利部门的首选方式，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，可以保障 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），优势是架设周期短、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、建设工程周期短、适应性强、扩展性好、维护方便 并且扩展容易。 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完美 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，采用专线接人和专用 APN 方案。使用专用的 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，网络传输的优先级得到保证等好处。　　 　　 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专用的 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，发现水位超过上下限，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“