水资源管理中取水实时监测研究——以虚拟下位仪表为例

新疆维吾尔自治区水利厅水资源中心 孜吾热古丽·叶斯塔依

世界上水资源比较短缺的国家就有我们中国，我国的人均水资源非常低。前几年的时候，我国因为粗放式的经济发展，导致了我国水资源严重浪费，污染水资源的情况是较为严重，基本上每个地区都有水域被污染。在我国淡水资源分布非常不均匀，南多北少的淡水资源更加激发了水资源供给的问题。所以，要想提高水资源的利用率，就需要强化监测水资源以及动态化管理水资源，让水资源方案制定的更加科学。之前对水文进行监测，主要是为了防洪抗旱以及水电工程的需要。实时动态的监测水资源，主要监测的就是地表水资源量、水分、水质以及地下水资源量。通过开展实时监测水资源工作，全面了解所辖地区的水资源现状以及熟悉掌握水资源分布情况与水质情况，对这些数据进行收集，合理地进行数据分析，然后制定出一套科学的水资源管理方案。水资源监测的实施能够对水资源的利用情况及时掌握，以此才能合理调控水资源。

一、监测系统现状

根据对安徽省风台县、蚌埠闸、六安市和来安县的现场调研，这些地区都已经建立了水资源的监测管理系统，并将数据储存在机房或PC机中。因为缺少统一的系统设计，导致了各个系统设计的数据库都不一样，并且也没有一个统一的监测对象，应用的数据制式也不规范，导致建立的取水监测数据不能实现共享接入。而像这样的取水监测系统，是需要重新建立取水监测系统，或者是重新建立取水计量监测站，这样才能实现对数据的监控。前一种是把已经有的监测系统给抛弃，然后按照我国水资源相关的标准再进行建设，对系统软件与数据库重新进行设计，后一种是避开已经建立的监测系统，再重新安装计量与监测设备。这两种办法都会浪费大量的资源，并且重新建立的系统与原来的系统数据源会不一样，统计周期也不一样，就会导致数据不匹配的情况发生，会对水资源管理建设监控的开展造成严重的影响。本篇文章就根据这些问题提出了虚拟仪表的监测技术，对异构平台之间的数据进行互联共享，以此来解决那些系统数据制式不标准的问题和共享问题。

二、总体结构

利用计算机技术，对已经建立的水资源管理监测系统的数据通过虚拟下位仪表数据采集的方式共享虚拟成普通的RTU数据，该方式不但能够实现那些系统数据制式不标准的系统数据兼容问题，还能对现有的监测系统的运行情况进行监控。在已经建立的管理监测系统中安装虚拟软件，而与省级中心进行通信连接的方式可以通过专网或无线网来进行。如果采用无线网的方式进行连接，则需要在已经建立的取水监控系统中再装置GPRS，GPRS，要和已经建立的取水监控平台串口连接，与省级中心进行通信是以收发信息来进行的。如果现有建立的取水监控平台已经有普通的专网和省级中心进行通信了，就还采用该网络进行数据采集与传输数据。

三、关键技术

虚拟下位仪表对水资源实时监测的技术就是开发虚拟软件，主要有数据抓取流程的控制、采集RTU数据、协议库的预置以及校验与加密数据。

（一）数据抓取流程

该软件和省级监控中心通信时，需要有个命令来进行，该命令编码就是来报码，其主要有读取下位仪表协议，读取数据类别，读取监测点的信息等，通过来报码的指示，该软件对数据进行抓取工作。

虚拟软件对省级监控中心发过来的来报码进行实时监听，并且诊断发送的来报码，如果是无效的来报码，就需要等待数据抓取命令。如果是有效地来报码，虚拟下位仪表软件就需要对其进行匹配，成功之后解析选定的协议，解析之后进行数据库连接，甄别取水点、数据抓取等，中间如果有出错的环节就需要抛弃数据抓取，最后把这些再反馈到省级监控中心去。

（二）采集RTU数据

抓取完数据之后，就要开始进行转换数据的标准了，按照相关的规定把数据转变成RTU数据，以此对系统数据制式不标准的问题进行RTU虚拟化。

（三）协议库的预置

该虚拟软件的对象是终端的RTU，对数据进行采集和编译，传输要按照相关的协议进行采集。在现有的数据库中，有很多不一样的协议数据存储着，所以在抓取数据之前，要先进行协议的匹配，而对来报码进行解析就是根据匹配协议进行的，从而锁定查询的监测点数据。所以对于协议解析库，虚拟下位仪表软件需要预置，对于该协议库要包括已经建立的所有流量仪表协议。

（四）校验与加密数据

对于水资源取水数据传输要保证其安全准确，所以该软件要对于各类数据进行校验与加密。对于来报码以及协议库的数据，要根据相关的标准和CRC转换校验进行预置。

四、软件功能设计

设计该软件主要的原则就是要简单实用，并且要保证数据转换的准确性和稳定性，对协议转换算法以及抓取数据的流程进行封装，要简化该软件的界面，以此实现人机友好交互。

（一）设置通信串口参数

该虚拟软件运行之后，对设备的可用串口可以自动读取，并设置串口波特率、数据位、校验位以及停止位等基本通信参数。

（二）设置与封装数据库

虚拟系统兼容的数据库还是比较多的， 比 如，Oracle、Access、MySQL，SQLServer2005等，通过该虚拟系统来对这些数据的连接方式进行封装，根据现场的实际情况，用户们可以进行针对性地选择。数据库类型选择之后，就需要对数据库的连接参数进行设置了，其主要设置的参数为用户名和密码、取用水信息、数据库信息与表信息等。

（三）选择与封装通信协议

该虚拟系统不仅支持标准的通信协议，对于现阶段很多自定义的协议也可以进行解析，比如，大连海峰、南京亚楠以及大连铭友等多种协议，可以根据该系统涉及到的协议来进行增加或删除等。对于该软件封装不同的协议解析算法，选择通信协议时，可以通过工具—通信协议来进行选择。

（四）数据监听

对这些基础的数据进行设置完成之后，对上位机发送过来的抓取数据的命令，该虚拟系统就可以进行实时的监听了。

五、结语

国民发展经济基础之一就有水利事业，我国经济发展还是比较快的，但是引起的淡水资源污染问题，干旱缺水问题，以及洪涝灾害问题也越来越严重，这种情况大大限制了我国社会的发展以及国民经济水平。在取用水监控体系中开展取水监测工作，能够有效地对水资源进行管理，全面落实实时监测措施，能够对调配水资源的开展，制定科学用水计划进行数据支撑。

我国要想对水资源进行严格管理，取水实时监测就不可或缺，本篇文章在虚拟下位仪表系统基础上提出的实时监测水资源的技术，在安徽多家水企业已经应用多年了，并没有出现所谓的病毒传播问题以及影响到原企业的系统稳定问题。因为对数据进行单项传输，以及物理隔离的方式，能够有效阻绝干扰取用水企业原有的系统，对那些系统数据制式标准不统一的问题以及共享问题有效的进行解决，给社会和国民经济带来了很大的效益。