无线水位监测系统的设计与实现

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1、第一章绪论1.1课题研究的背景和意义我国洪水灾害频繁，给国家和人民生命财产造成了重大损失。为增加洪水有效预见期，提高水文预报的精度，及时准确地为防汛和水利水电调度提供科学的依据，20世纪70年代我国开始建设水情自动测报系统。水位测报系统对充分发挥防汛减灾，合理利用水资源具有十分重要的意义。水情测量数据是重要的水文参数，水位测量的精度和实时性，直接影响到水库防洪安全、发电灌溉等。我国水资源不平衡，幅员辽阔，地理环境复杂，地区经济发展不平衡，水位测量工作仍存在一些困难。在大型发电站、重要水文站水位测量技术相对先进一些，而普通的报汛站和水文监测站的测量技术

2、仍处于比较落后的状态，水文站测洪能力不适应监测大规模洪水的要求。至90年代初，我国很多地方水文测报设施经过几十年的运行，大多处于陈旧老化的报废状态，出现了设施破烂不堪、难以承担日常水文测报工作的局面。近年来，在国家计委和水利部的关心下，我国水文建设项目增多，建设步伐加快，使得水文测报设施破旧落后的状况得以改善。但距离水文工作现代化还有很大的距离。在新形势下，水位检测要求稳定和准确，传感器必须准确的检测到水位信息，并通过变送器把水位数据准确无误的呈现给观测人员。因此传感器能否准确地检测水位、稳定运行就成为了关键。1.水位监测的基本发展情况有些国家水位监

3、测技术依然处于比较落后的状态，在很多地区的河流、湖泊或水库，还在使用比较落后的监测设备，有些地方还在通过人工采集水文数据，这显然不能满足现代化水位监测的要求。水文监测有它特定的应用背景，一般都在比较偏僻的区域，这使得很难通过架设有线来完成数据传输，在这种情况下，使用无线通信是一种很好的选择。当前使用的GPRS、GSM、微波和数传电台等都有一定范围的使用，但它们都有其适用的局限性。随着无线传感器网络概念的提出，以及水文监控网络化的需求，ZigBee技术在水文监测领域的应用成为了可能，并具有其它几种无线技术不可比拟的优势。2.国外水位监测技术发展现状20

4、世纪70年代后期，随着微型计算机和单片机的出现和发展水位监测技术有了较快的发展。1976年美国SM公司与美国气象局合作研制的一套水位自动监测设备。80年代以来，由于遥控设备、数据传输方式和微机技术的进一步发展，水位监测和防洪调度自动化技术在全世界得到广泛的应用。90年代以后，国际上多家公司退出了功能强、应用范围广的产品，在水利水电、气象等领域都适时得到应用。在国外，美国和日本是较早开始水文自动化技术研究的国家。美国既是工业先进、通讯、交通网非常发达的国家，又是幅员广大、人口密度不均的国家。因此各种制式、各种通信方式的测报系统均比较发达。其中自报式超短

5、波系统、卫星平台获得广泛的应用，而且美国是大面积使用流星余迹通信进行水文遥测的唯一国家。使用卫星的系统如极轨卫星环境数据(包括水文数据)收集系统ARGos系统，及大量气象同步卫星平台，均可进行水文数据传输。近年美国的suTRON公司被美国海洋和大气局(NOAA)授权研制下一代水位测量系统州GwLMs)。该系统将会集成目前的海平面及大流域测量网络，用最先进的传感器，卫星传输手段，集中数据处理及接收。日本在37万kmZ的国土面积上，建有26个雷达雨量站，2500个地面雨量站和2100个水位站，观测范围覆盖整个日本。这些测站采用先进的监测设备，数据通过遥测

6、系统传输到工事事务所，收集全国的水文信息仅用10分钟，且每小时更换一次信息，事务所也可以通过监视器察看测站的运行情况。所有测站均实现无人值守，其监测系统集成化和综合程度比较高。对于水文监测系统的开发和研制，国外发达国家始终处于领先地位，其特点是:系统发展比较完善，传感器测报设备先进可靠;通信方式多样化且十分先进;分析预报技术成熟并积极采用各种先进的技术。在监测设备方面，国外的数据采集终端除了具有数据的自动采集、存储、处理和传输这些基本功能外，在传感器集成、多参数采集、监测设备智能化方面技术也比较成熟。3.国内水位监测技术发展现状我国水文监测系统的建设

7、包括三个阶段:初级阶段、发展阶段和网络化阶段。二十世纪七十年代中期开始到八十年代中期为初级阶段。水文信息化从1980年开始，起步于信息源的处理。八十年代中后期开始的十余年为发展期。九十年代后期，为适应防汛和水利调度现代化、信息化的要求，以及近代通信、计算机和网络技术高速发展的时代特点，水文监测系统的建设进入了网络化阶段。2001年，水利部印发了《全国水利信息化规划纲要》，提出了全国水利信息化的发展思路。在水利系统的信息化工作中，防汛信息系统建设起到了先锋带头作用。目前，从水利部机关到各流域、各省市实现了水情、雨情信息的网络化传输，实现了信息的自动化接

8、收、处理和分析。在国家防汛指挥系统工程项目的总体设计中，提出了在全国将建立224个水情分中心、228个雨情分