水流量在线监测系统设计方案选择

邓俊聪

（广东省水文局广州分局，510150，广州）

一、水流量在线监测系统的组成

水流量在线监测系统是将安装在各类输水管道监测点的流量计，各水流量监测站点设置的数据采集器和数据通信传输网络，以及建立的数据接收汇集处理中心，连接成具有水流量信息自动计量采集、传输、处理（储存、查询）功能的在线监测系统。该系统通常由水流量计量子系统、数据采集和通信传输子系统、中心站数据处理（接收、查询）子系统三部分组成。

二、水流量计量子系统

水流量计量子系统主要由流量计及其附属信号传输线路组成，是整个系统最前沿的部分，也是系统所有数据的来源。它的计量精度、寿命和可靠性、安装维护难易程度是整个在线监测系统设计可行性和运行可靠性的基础。因此，子系统中仪表设备——流量计的选择成为该子系统设计方案选择的关键。

流量计按其工作原理可分为机械式、电磁式和超声波时差式三种，将三种流量计的优缺点进行比较，可归纳出各种流量计的主要优缺点：

①机械式流量计精度低、易损坏，安装维护不方便，适用管径范围较窄，唯一的优点是价格便宜；由于运行维护周期较短，故维护费用较高。因此，若经济条件许可，在新建或改造的系统中不建议选用机械式流量计。

②超声波和电磁式流量计的精度均较高，适用的范围较广。对用于150mm以下管径的，电磁流量计和超声波流量计价格相当；但电磁流量计的精度更高，若现场允许停水截管安装和维护，可选用电磁式流量计。对于较大管径（大于150 mm），则超声波流量计的性价比较高，对于不允许停水截管安装和维护的输水系统，则应该选择超声波流量计。

三、数据采集和通信传输子系统

数据采集和通信传输子系统的主要作用是将水流量计量子系统获取的数据进行采集和发送传输，是连结水流量计量子系统和中心站数据处理子系统的纽带。该子系统的数据通信传输组网选择，直接关系数据发送传输的稳定性和经济性，是水流量能否实现可靠在线监测的关键环节。

通信传输组网方案是多种多样的，既可用有线传输，也可用无线传输。常见的远程通信传输方式有有线电话、超短波、GPRS、卫星等几种。它们都能以各自单独方式组网或多种方式混合组网。以下对常见的四种通信组网方式进行比较，如表1所示。

超短波通信属于自建网络，独立性好且无数据传输费用，但是要新建发射塔、中继站等，建设成本很高。有线电话组网方式是利用公用电话线路，其抗干扰能力强，但易受自然或人为损坏，当线路较长时维护困难。卫星通信抗干扰能力最强，但要安装卫星天线，费用较高，而且租用卫星的传输费用是4种组网方式中最昂贵的。GPRS通信方式为租用移动通信运营商的网络服务，站点只需安装类似手机的发射模块，建设费用较低，但缺点是受当前GPRS网络信号覆盖条件的限制，有些偏远的站点可能无法传输信号。

表1 通信方式比较表

不同的通信组网方式各有优缺点，应根据具体情况，因地制宜选择组网方案，可从技术可靠性、运行费用、建设成本等方面综合考虑。值得注意的是目前国内GPRS网络的覆盖率已超过90%，故推荐优先选用GPRS这一高性价比的网络。至于GPRS无线信号未能覆盖或信号强弱不稳定的通信站点，只能选用其他通信方式或采用两种通信方式混合组网，或在一个站点中采用两种不同的通信方式互为备用。

四、中心站数据处理子系统

中心站数据处理子系统的主要功能是对数据采集和通信传输子系统发来的数据进行接收、储存、发布和查询。各水流量监测点的数据在中心站汇集并存入数据库，用户可通过访问中心站服务器作数据查询和分析；该子系统是水流量在线监测系统的大脑中枢和对外窗口，也是监测系统的终端。正确选择该子系统网络结构模式，尤其是查询客户端与中心站服务器的网络结构模式，关系到其功能的优化与数据安全，因此是该子系统设计中至关重要的一环。

1.中心站数据处理子系统构成

中心站数据处理子系统主要由信息接收、信息查询等子模块组成。各子模块利用开放、标准的应用程序接口有机地联系在一起。

2.主要网络结构模式选择

查询客户端与中心站服务器的网络结构模式一般有以下两种。

①浏览器/服务器 （B/S）结构模式。B/S结构具有良好的扩充性，对客户端没有任何特殊要求，对用户数量也没有限制，只需网络支持并具有浏览器功能即可。B/S模式只在服务器端安装应用程序，而客户端不需安装程序，直接使用IE或其他浏览器即可访问查询；修改应用程序只与服务器有关，客户端不作任何改动；操作简单，维护方便。但其缺点是系统安全性较差，容易受外部黑客的攻击，且由于客户端没有任何专用软件，故在客户端难以实现较复杂的功能。

②客户/服务器 （C/S） 结构模式。C/S结构的数据具有较强安全性和互动性，特别有利于系统的数据修改和复杂功能的实现；可以对信息进行各种操作，在高速网络环境下可以满足不同用户的需要。但其缺点是只有安装了客户端软件的用户才能访问服务器查询数据，不利于数据的大范围发布。一旦服务器程序发生变化，所有客户端软件也必须修改，造成软件的升级和维护比较麻烦。

鉴于上述两种网络结构模式各有特点，且中心站数据处理子系统由若干软件子模块组成，因此可以根据上述两种模式各自特点和对各子模块的需求，采用两种网络结构模式兼容的方案。系统信息的查询与发布等子模块采用B/S模式结构，以方便信息的查询与发布；信息汇集和数据库子模块则采用C/S模式结构，易于实现较复杂的数据库查询修改功能，同时也能保证信息汇集和数据库子模块有较高的安全性。

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