一、 工程分析

1、 水文监测的需求：

数字化水文监测的需求：

1.1、提供可靠、准确、同步的水情数据信息（数据实时性）；

1.2、为管理、预报、调度与决策提供数据支撑（后台服务器数据库可存储几十年的数据，只要硬盘容量容许）；

1.3、便于管理，维护，不受雷电侵袭（太阳能供电系统，无须市电供电，避免了雷击的危险）；

1.4、微功耗，采用锂电池的太阳能后备电源系统工作；

1.5、不受空间地域的限制（只要有移动、联通基站到达的地方就可以无线传讯）；

1.6、便于扩展，任意一个站点都成为实现市水务局、省水利厅、国家水文局水文、水情系统网络化体系的基站，避免重复投资。

2、 工作流程框图：

水文、水情监测站点工作过程测控框图：

1、信息传感：水位、雨量、流量、风速风向、水质等

2、现场数据处理：水情信息采集、现地信息分析、水文站点测控

3、通信方式：GPRS/GSM、ZigBee、光纤、北斗卫星、电话线

4、中心站服务器：数据存储、处理、发布、遥测、遥控

3、 水文采集单元实现的功能：

数字水文数据采集控制单元的要求：

3.1、时标准确:能够自己校正（带有GPS全球定位时间校准）；

3.2、提供定位信息:便于实现地图化管理（带有GPS全球定位）；

3.3、安装维护方便:抗恶劣环境、抗过电压（太阳能供电系统抗雷击强度高）；

3.4、超低功耗：便于电池或太阳能供电（绿色环保，新时代趋势）；

3.5、传感器接口：数字RS485、CAN总线（便于集成扩展，主流趋势）；

3.6、遥测方式灵活、可靠（移动、联通基站通讯，保证数据的稳定性）；

3.7、与水文中心站通信方式多样：光纤、无线、中国移动，中国联通、卫星。

4、 目前水文系统监测设备的缺陷：

水文测量是国家级决策性计量参数，精度和长期稳定性、连续性、稳定性至关重要。

目前的的各类水文传感器、仪器存在不足：

4.1、测量值是相对误差，因此，绝对误差随测量量程的增大而增大，以致不能满足基本的标准要求；

4.2、测量系统，缺乏标准量具的实时自动比对，测量值随时间有累计误差，需要定期人工校正；

4.3、测量仪器缺乏精确标准时钟，不能实现同步数据采集；

4.4、环境适应性不强，受水体水质和表面漂浮物影响；

4.5、无法实现真正意义的无人值守。水质监测仪

二、 设计依据

为了系统设计的实用性、可靠性、先进性、标准化，在设计时遵守和参考了以下标准和规范：

《水文自动测报系统规范》（SL61-94）；

《水利水电工程水情自动测报系统的设计规定》（DLT5051-1996）

《水利水电工程通讯设计技术规程》DL/T5080-1997；

《水位观测标准》GBJ138-90；

《水文测报装置遥测水位计》GB11830-89；

《数据通信基本型控制规程》GB11830-89；

《网络技术标准》IEEE802.3；

《工业企业通信设计技术规定》GBJ42-81.

三、 设计原则

1、 传感器可靠性需求：

1.1、抗干扰能力

传感器、仪器的电子电路单元、结构体均考虑抗强电磁干扰状况和适应水利自动化的潮湿、雷电反击过电压严重的现场环境。

1.2、抗腐蚀

江河湖泊大都受工业民用等污水的污染，具有腐蚀性，传感器、控制器均充分考虑抗腐蚀性，选用不锈钢、铝、塑料等耐腐蚀材料，外壳选择防腐能力强的屏柜，全部前端设备防水结构。

1.3、 防生物破坏

水利设施经常受潮湿和现场蚊、虫、鼠等影响，因此，现场的所有传感器、仪器及其铺设的电缆，全面如金属槽、管，避免由于上述因数带来的失效和损坏。

1.4、微功耗设计

功耗体现产品技术指标，影响设备的寿命，水利系统需要专业的低功耗设计，使设备在全封闭时，不会有显著的温升，从而提高设备的可靠性和稳定性，适应数字水利的环境需求。

2、 采集器可靠性需求：

2.1、采集器采用多微处理器并行处理，超微功耗设计，每一个功能由一个专用的微处理机独立完成，通过内部高速总线相互协调完成测控，较传统的RTU单CPU结构在可靠性、稳定性方面提高显著。

2.2、因处于野外雷电强电磁环境下运行，系统的输入信号均采用光电隔离技术，所有的设备和传感器中均采用隔离数字电源，远程I/O接口的每一个接口均设计光电隔离，杜绝模拟的传感器和仪器。

2.3、所有的传感器均设计为光电隔离数字输出，微功耗电磁隔离电源输入，实现了完全的电气隔离，抗反击过电压能力超过2500Vpp的电气标准，适应水利环境雷电频发环境特点。

2.4、采用一对一RTU单元的模式，将电缆铺设长度减少到最短，一方面提高了可靠性，一方面提高了抗干扰能力，同时，更加便于维护，达到“原理互通，设备通用”的网络化、模块化设计原则。

3、 本系统设计在遵循“科学规划、因地制宜、先进实用、高效可靠”的原则指导下，着重考虑以下设计原则：

3.1、保证在系统生命周期内系统的先进性，同时选用成熟的技术、成熟而具有发展前景的产品，确保系统的实用性和先进性。

3.2、在构建整体网络系统时，充分消除硬件各个组成部分、各个运行环节可能存在的不稳定因素。在软件系统开发中，采用模块化体系结构和面向对象的程序设计方法，以提高系统的整体可靠性。整体系统应具有较高的容错性和可恢复性，避免发生不定期错误导致运行中断。系统设计采用分层多级管理的安全机制，对于不同权限的使用进行严格管理，防止病毒入侵、非法访问、恶意攻击，采取完备的数据保护和备份机制，确保网络、系统、信息的安全。

3.3、能满足相关部门防汛系统对水雨情、洪水预报以及水质信息的要求。