水資源管理中取水實時監測研究
——以虛擬下位儀表為例

新疆維吾爾自治區水利廳水資源中心 孜吾熱古麗·葉斯塔依

世界上水資源比較短缺的國家就有我們中國，我國的人均水資源非常低。前幾年的時候，我國因為粗放式的經濟發展，導致了我國水資源嚴重浪費，污染水資源的情況是較為嚴重，基本上每個地區都有水域被污染。在我國淡水資源分布非常不均勻，南多北少的淡水資源更加激發了水資源供給的問題。所以，要想提高水資源的利用率，就需要強化監測水資源以及動態化管理水資源，讓水資源方案制定的更加科學。之前對水文進行監測，主要是為了防洪抗旱以及水電工程的需要。實時動態的監測水資源，主要監測的就是地表水資源量、水分、水質以及地下水資源量。通過開展實時監測水資源工作，全面了解所轄地區的水資源現狀以及熟悉掌握水資源分布情況與水質情況，對這些數據進行收集，合理地進行數據分析，然后制定出一套科學的水資源管理方案。水資源監測的實施能夠對水資源的利用情況及時掌握，以此才能合理調控水資源。

一、監測系統現狀

根據對安徽省風臺縣、蚌埠閘、六安市和來安縣的現場調研，這些地區都已經建立了水資源的監測管理系統，并將數據儲存在機房或PC機中。因為缺少統一的系統設計，導致了各個系統設計的數據庫都不一樣，并且也沒有一個統一的監測對象，應用的數據制式也不規范，導致建立的取水監測數據不能實現共享接入。而像這樣的取水監測系統，是需要重新建立取水監測系統，或者是重新建立取水計量監測站，這樣才能實現對數據的監控。前一種是把已經有的監測系統給拋棄，然后按照我國水資源相關的標準再進行建設，對系統軟件與數據庫重新進行設計，后一種是避開已經建立的監測系統，再重新安裝計量與監測設備。這兩種辦法都會浪費大量的資源，并且重新建立的系統與原來的系統數據源會不一樣，統計周期也不一樣，就會導致數據不匹配的情況發生，會對水資源管理建設監控的開展造成嚴重的影響。本篇文章就根據這些問題提出了虛擬儀表的監測技術，對異構平臺之間的數據進行互聯共享，以此來解決那些系統數據制式不標準的問題和共享問題。

二、總體結構

利用計算機技術，對已經建立的水資源管理監測系統的數據通過虛擬下位儀表數據采集的方式共享虛擬成普通的RTU數據，該方式不但能夠實現那些系統數據制式不標準的系統數據兼容問題，還能對現有的監測系統的運行情況進行監控。在已經建立的管理監測系統中安裝虛擬軟件，而與省級中心進行通信連接的方式可以通過專網或無線網來進行。如果采用無線網的方式進行連接，則需要在已經建立的取水監控系統中再裝置GPRS，GPRS，要和已經建立的取水監控平臺串口連接，與省級中心進行通信是以收發信息來進行的。如果現有建立的取水監控平臺已經有普通的專網和省級中心進行通信了，就還采用該網絡進行數據采集與傳輸數據。

三、關鍵技術

虛擬下位儀表對水資源實時監測的技術就是開發虛擬軟件，主要有數據抓取流程的控制、采集RTU數據、協議庫的預置以及校驗與加密數據。

（一）數據抓取流程

該軟件和省級監控中心通信時，需要有個命令來進行，該命令編碼就是來報碼，其主要有讀取下位儀表協議，讀取數據類別，讀取監測點的信息等，通過來報碼的指示，該軟件對數據進行抓取工作。

虛擬軟件對省級監控中心發過來的來報碼進行實時監聽，并且診斷發送的來報碼，如果是無效的來報碼，就需要等待數據抓取命令。如果是有效地來報碼，虛擬下位儀表軟件就需要對其進行匹配，成功之后解析選定的協議，解析之后進行數據庫連接，甄別取水點、數據抓取等，中間如果有出錯的環節就需要拋棄數據抓取，最后把這些再反饋到省級監控中心去。

（二）采集RTU數據

抓取完數據之后，就要開始進行轉換數據的標準了，按照相關的規定把數據轉變成RTU數據，以此對系統數據制式不標準的問題進行RTU虛擬化。

（三）協議庫的預置

該虛擬軟件的對象是終端的RTU，對數據進行采集和編譯，傳輸要按照相關的協議進行采集。在現有的數據庫中，有很多不一樣的協議數據存儲著，所以在抓取數據之前，要先進行協議的匹配，而對來報碼進行解析就是根據匹配協議進行的，從而鎖定查詢的監測點數據。所以對于協議解析庫，虛擬下位儀表軟件需要預置，對于該協議庫要包括已經建立的所有流量儀表協議。

（四）校驗與加密數據

對于水資源取水數據傳輸要保證其安全準確，所以該軟件要對于各類數據進行校驗與加密。對于來報碼以及協議庫的數據，要根據相關的標準和CRC轉換校驗進行預置。

四、軟件功能設計

設計該軟件主要的原則就是要簡單實用，并且要保證數據轉換的準確性和穩定性，對協議轉換算法以及抓取數據的流程進行封裝，要簡化該軟件的界面，以此實現人機友好交互。

（一）設置通信串口參數

該虛擬軟件運行之后，對設備的可用串口可以自動讀取，并設置串口波特率、數據位、校驗位以及停止位等基本通信參數。

（二）設置與封裝數據庫

虛擬系統兼容的數據庫還是比較多的， 比 如，Oracle、Access、MySQL，SQLServer2005等，通過該虛擬系統來對這些數據的連接方式進行封裝，根據現場的實際情況，用戶們可以進行針對性地選擇。數據庫類型選擇之后，就需要對數據庫的連接參數進行設置了，其主要設置的參數為用戶名和密碼、取用水信息、數據庫信息與表信息等。

（三）選擇與封裝通信協議

該虛擬系統不僅支持標準的通信協議，對于現階段很多自定義的協議也可以進行解析，比如，大連海峰、南京亞楠以及大連銘友等多種協議，可以根據該系統涉及到的協議來進行增加或刪除等。對于該軟件封裝不同的協議解析算法，選擇通信協議時，可以通過工具—通信協議來進行選擇。

（四）數據監聽

對這些基礎的數據進行設置完成之后，對上位機發送過來的抓取數據的命令，該虛擬系統就可以進行實時的監聽了。

五、結語

國民發展經濟基礎之一就有水利事業，我國經濟發展還是比較快的，但是引起的淡水資源污染問題，干旱缺水問題，以及洪澇災害問題也越來越嚴重，這種情況大大限制了我國社會的發展以及國民經濟水平。在取用水監控體系中開展取水監測工作，能夠有效地對水資源進行管理，全面落實實時監測措施，能夠對調配水資源的開展，制定科學用水計劃進行數據支撐。

我國要想對水資源進行嚴格管理，取水實時監測就不可或缺，本篇文章在虛擬下位儀表系統基礎上提出的實時監測水資源的技術，在安徽多家水企業已經應用多年了，并沒有出現所謂的病毒傳播問題以及影響到原企業的系統穩定問題。因為對數據進行單項傳輸，以及物理隔離的方式，能夠有效阻絕干擾取用水企業原有的系統，對那些系統數據制式標準不統一的問題以及共享問題有效的進行解決，給社會和國民經濟帶來了很大的效益。