基于GXU-1001型遥测终端的水情拍照系统概述

2020-03-11梁显俊唐海宾

广西水利水电 2020年1期

梁显俊，唐海宾

（百色水文中心，广西百色 533000）

0 引言

百色市水情遥测系统大部分遥测站都是建设在深山河谷，有的站点仅能通GPRS 的无线移动通信信号，铺设有线线路成本高，在这些站点建设传统的视频监控系统比较困难，从投资成本、实际应用等角度来看也没有必要对任何水情遥测站都要建立视频监控系统。在一些不重要的水情遥测站或是因环境条件限制无法建设视频监控系统的水情遥测站，可以通过水情遥测终端采集现场照片，然后通过GPRS 移动通信网络信道传到中心站，水情照片拍照监测是对原有传统水情遥测系统功能提升和扩展，利用遥测拍照功能，可以更直观地实时展现各水情遥测站雨水情实景，也能在一定程度上有效验证遥测站通过通信信道传来的自动监测的水情数据可靠性和准确性。因此，在遥测水情站安装串口摄像头，定时或通过中心站接收系统远程召拍，采集拍照实时雨水情情景照片，实现了水情遥测站水情数据和照片信息监测双保险。

1 系统组成与信息流程

系统由照片采集点（遥测站）、照片传输部分（GPRS通信网络）、中心站等3个部分组成。

遥测站主要任务是根据设定的采样周期采集照片，同时按照设定的段制（一般1 小时一次）或拍照时间点通过通信信道向中心站报送照片数据。遥测站报送照片的通信信道为GPRS。采用远程召拍、定时自动拍报的混合工作体制。

中心站的作用是接收各遥测站报送的照片数据，按照约定的协议还原为实际的实时照片，落地后由遥测照片入库软件存入到原已经建有的实时雨水情数据库，供查询、分析、预测预警等使用，并能实时监控水情遥测站的运行情况。

2 水情遥测站拍照相关设备选配

遥测站设备由供电系统、雨量传感器、水位传感器和遥测终端机、断面拍照、站内显示等6部分组成。其中雨量传感器、水位传感器、断面拍照、站内显示等部分，在建设具体的某个遥测站实例时可以根据具体需要选配。

如果要配置断面拍照部分，由于照片拍照时间较长，照片传输数据量大，传输过程时间较长，根据现场日照实际情况，可以选配40 W太阳能板、65AH蓄电池或功率更大的太阳能板、续航能力更强的蓄电池。尽量保证在连续十多天阴天无阳光的情况下能保证系统正常供用电。

断面拍照由串口摄像头及其附件组成。串口摄像头，比较可靠的采集彩色照片分辨率为640×480（VGA）、320×240（QVGA）像素，最大可达1280×1024 像素。清晰度达到130 W 像素以上。可以选配具有夜视或无夜视功能的两种型号串口摄像头，无夜视功能的型号串口摄像头的白天拍照照片色彩效果更为逼真。照片存储为JPEG格式文件。

广西大学水利水电研究所研制的GXU-1001型多功能水情遥测终端，该终端于2011年通过国家水文仪器中心检测合格。该遥测终端与我单位目前使用的其它同类终端相比，明显优势在于可以控制数据报文发送模块以休眠或实时在线模式工作；可以控制串口摄像头拍照；可以连接水情遥测站站内显示系统。

3 照片采集与传输

水情遥测站遥测终端通过操控串口摄像头采集到的1张照片，并暂存在内部存储器内。1张照片大小一般为几十个kB，不可能通过GPRS 无线移动网络以一个数据包发送完成，遥测终端要根据照片字节大小拆分为若干个子数据包，然后与中心站接收系统建立TCP 通信链接后由遥测终端按顺序将照片子数据包通过通信模块发送到中心站。以西林县花贡水文站断面拍照为例，2019年10月17日11 时 48 分采集照片分辨率为 320×240 像素时，1 张照片为25.7kB，拆分为23个子数据包；2019年10月17日 11 时 50 分采集照片分辨率为 640×480 像素时，1张照片为84.9 kB，拆分为82个子数据包。

在水情遥测终端与中心站接收系统发送接收照片子数据包过程中每发送一个照片子数据包前，要先通信进行测试，在确保通信链路正常情况下才进行发送和接收工作，以保证发送和接收质量。

4 中心站照片接收和处理

中心站照片接收系统主要由系统数据库、接收服务器、接收和处理系列软件等组成。

4.1 系统数据库

系统数据库主要包括水情遥测站基本信息库和实时雨水情数据库。基本信息库是以Access 形式建立，存储接收系统正常运行所必要的站名、遥测站编号、测站编码、报汛基面等参数，各遥测站详细的水位、雨量、电压、固态存储器状态等数据。

实时雨水情数据库是以2011年发布的国家行业标准《实时雨水情数据库表结构与标识符》（SL323-2011）为实时数据库表结构与标准，并利用水利部下发的相应建库脚本文件建立了SQL Server2000支持的实时雨水情表结构，包括《实时雨水情数据库表结构与标识符》（SL323-2001）规定的所有表结构。

4.2 接收服务器端口映射

接收系统是通过网络端口接收各水情遥测站发来的照片子数据包，所以接收服务器要接入互联网，最好配置有1 个公网IP 地址和相应TCP 的NAT端口映射。如果接收的水情拍照遥测站数少，且因经费有限而没有租用公网固定的IP地址，仅仅只是购置可以上网的动态IP 地址的普通宽带，可以在nat123 官网下载nat123 端口映射工具，在接收服务器上安装后进行注册账号，用账号登录后进行添加映射，选择“其它（非网站）”应用类型，填写自己需要访问的内网端口和外网端口，确认保存后可通过外网域名和相应端口访问内网的端口。利用nat123这一功能也能接收水情遥测站的遥测拍照照片，本人曾将nat123 的端口映射方法用在某个具体的小型水情遥测系统上，用于接收实时遥测雨水情数据和拍照照片。

图1 遥测信息接收软件界面

4.3 接收和处理系列软件

接收和处理系列软件主要有遥测信息接收软件、遥测照片入库软件、本地拍照软件、遥测照片查询软件。

4.3.1 遥测信息接收软件

遥测信息接收软件既可以接收雨水情遥测数据也可以接收遥测照片，界面如图1所示。

通过接收软件，可以随时对各个有拍照功能的水情遥测站下达拍照指令，让遥测站实时拍照后将照片发送回来，达到实时远程召拍的功能。一个水情遥测站按数据分包方式发来的每个照片子数据包按照协议规定，既有照片数据开始、结束标志，又有该遥测站编号，因此当多个遥测站传来照片子数据包时，接收软件会根据接收到的遥测站编号，自动将照片子数据包分别按遥测站编号归类，按顺序拼合还原形成各遥测站遥测拍照照片，决不会出现这个遥测站照片子数据包乱串拼到另一个遥测站的照片数据总包的错误现象。

接收到遥测拍照照片暂存在接收软件安装目录的“JPEG”子目录下，文件名格式为：站名_测站编码_JPEG_拍照时间.jpeg。例如：花贡_80707130_JPEG_20191017115044.jpeg，表示是站名为花贡，测站编码为 80707130，拍照时间为 2019年 10月 17日11时50分44秒，照片保存为JPEG格式文件。遥测拍照到的彩色照片相应效果见图2所示。

图2 花贡水文站水情遥测拍照照片效果

4.3.2 遥测照片入库软件

遥测信息接收软件，对于雨水情数据是按水利部颁布的国家水利行业标准《水情信息编码》（SL330-2011）编写成标准码，落地存储后由水利部信息中心下发的水情信息译码软件通过ODBC数据源译入实时雨水情数据库，但这个水情信息译码软件因发行早，没有遥测照片解译入库功能，因此，只能自行编写专门的遥测照片入库软件。该软件也是通过ODBC数据源将遥测照片存入实时雨水情数据库。由于国家行业标准《实时雨水情数据库表结构与标识符》（SL323-2011）没有相应的遥测照片数据表，本系统在实时雨水情数据库增加了遥测照片数据表ST_Photo_R，结构如表1所示。

表1 遥测照片数据表结构

遥测照片入库软件第一次运行时，首先检测所连接的实时雨水情数据库内是否有遥测照片数据表，如果没有则自动创建，然后将有关遥测照片存入实时雨水情数据库，遥测照片入库软件界面如图3所示。

图3 遥测照片入库软件界面

4.3.3 本地拍照软件

在水情遥测站现场，可以将安装了本地拍照软件的电脑通过数据线将电脑RS232 接口与GXU-1001 型水情遥测终端的专用于本地数据采集的RS232接口相连接，运行本地拍照软件，在遥测终端上通过按键在显示屏上执行本地拍照操作，本地拍照软件将遥测终端发来的照片子数据包接收并合成相应的实时照片并在界面上显示。本地拍照软件主要用于断面照片现场采集和安装时调试串口摄像头位置、方向。

图4 遥测照片查询界面

4.3.4 遥测照片查询软件

我单位开发的水情自动监控系统软件，不仅可以查询实时雨水情数据库里的雨水情信息，还可以查询遥测照片信息，查询界面见图4所示。

浏览遥测照片时，在浏览窗口的最左边方框里，其上部为报汛等级选择框，根据需要，对所需要查询的报汛等级站类前打“√”；其下部为县（区）行政区域选择框，根据需要，对所需要查询的县（区）行政区域前打“√”。并设定查询浏览的开始时间和结束时间。选择点击某个遥测站名，如果这个遥测站在设定的开始至结束时间内有遥测照片入库时，右边的断面相片窗下方的照片导视条框内从左到右按拍照时间降序列出设定时间内的照片微缩图，点击“←”或“→”按钮，从左到右或从右到左按时间降序或升序在相片窗上大幅显示遥测照片。点击放大镜按钮时，可以放大相片窗上遥测照片；点击缩小镜按钮时，可以缩小相片窗上遥测照片；点击“○”按钮时，可以使相片窗上遥测照片还原为实际大小进行显示。