远程水位控制的原理和应用
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摘要：现今社会，废气排放，空气污染导致臭氧层破坏，气候无常，社会发展下航海工程日益发达，水资源和水安全问题已经呈现在桌面上，不仅仅影响人类的生活安全，还成为了影响社会和经济发展的重要因素之一。目前，国内许多水文化站监测水位仍采用最基础的人工方法，该方法不但无法确保监测人员的人身安全，也不能确保测量数据的准确性。
本文通过从根本上解决监测水位人员的安全问题以及保证测量数据的准确性，给大家介绍一种高效安全的水位控制监测系统――远程水位控制系统。
关键词：水位测量；计算机数据接收；远程通信
中图分类号：P331文献标识码： A
远程水位控制系统定义：此系统是集传感器、计算机和网络通讯等技术于一体的全面智能化监测设备。综合利用图像识别远程水位[1]技术和无线通信技术开发的一种水位监测系统，系统利用图像识别技术对水位图像进行识别，通过无线通信网络将水位数据精确的传送到监控端，来实现水位的监测。
研究背景
科学发展日趋迅猛，远程水位监测系统在下列环境中不得不建立。
A：废弃污染，大气臭氧层被破坏，气候无常。水利工程的准确性在天灾环境中必不可少。远程水位监测，可有效的及时的监测到水位变化，不仅可以随时监测到水位而且精准，也防止了无工作人员在水文化站监测监控时，没有监测到水位变化而诱发的水情灾难，天灾难测，在水灾方面，堤坝水位监测不仅能防治水灾，而且还能为防止干旱做好准备。
B：如今工业商业的迅猛发展，不定期修建建筑，而工商业建筑的施工面积往往很大，虽然抵不上江河湖海，但工商业建筑区有个最严重的劣势，就是地理位置。这些建筑群所处在的地理位置一般多在人群居住的环境中，道路、房屋、人流等密集。一旦天降大雨，建筑群区域便会大量积水，且无处排放，从而导致工业/商业建筑物被水浸泡，受水影响，被水浸泡的工程，许多会被损坏，因为地面的积水与往日下水道废水交融，此水中含有很多酸性腐蚀性化学物，一旦建筑群被废水腐蚀，修复有难度且大大减缓了施工进度，这是对工商业集团的影响，引发的水情漫过道路，就影响了人类生活的畅通，引发交通隐患。
C：航海技术愈发发达，为安全出航，水位监测必不可少。
在此环境背景下，一套可靠的远程监控系统便势在必行。水位远程监控不仅仅对水位进行实时无线监测，保证水位在安全范围之内时，提醒工作人员做好防范工作，不仅仅避免了很多水位过高引起的水灾，还提高了水文水利科学管理的水平。
二、系统组成结构
远程水位控制系统主要由几部分组成：（1）远程通信控制程序；（2）实时图形界面；（3）水文信息管理系统。
2.1远程水位监测控制系统中的通信控制程序，根据站点和接收点的地理位置情况，以及用户安装此设备的终极目的，有四种连接形式：
①由专用数字机采用UHF通信频率的电台方式，构成区域性无线数据传输网络。
②通过手机短信与测点连接成网络平台，发送水位信息。
③由Moedm调制解调器构成双工通讯网，实现用户对无人水文站的访问与控制。
④通过计算机，达成无线网络与有线网络的搭配利用。如，在偏远郊区，由专用数字机将水位数据通过电台传递到附近有网络陆地，在那里再通过网络，与监控点搭成联系，从而实现远程通讯功能。
远程通讯程序架起了远程沟通的桥梁，使站点与用户之间及时沟通，是用户可以及时处理水位信息并及时作出相对应的措施。
2.2实时图形界面：实时图形界面在工程计算机上体现出来。它所处理的任务如下：
A：毫无疑问成为了水文站系统的体统软件，操作和维护上不可轻视。
B：观测站点如何采集水位数据，并将其以文本文件的形式储存起来，共日后总结，也可根据采集到的水位数据，分析制定水位走势曲线，预测水位数据范围。
C：人机交互界面[2]：此界面主要是显示监测结果，报警提示（当水位数据超过安全范围即报警提示），显示系统状态信息以及操作按钮的显示。如同电脑的显示屏。
实时图形界面不仅仅清楚的表示操作指南，其图像的颜色区分更胜文字的交代。图形颜色将水位相近范围值标注归类，同一范围的不同数字显示相同的颜色，不同范围颜色不同。这给用户一目了然的视觉感触，其智能编辑归类也使得用户在操作上简单许多。而且实时图形界面的设计可根据用户需求以及用户的习惯排列设计，非常人性化。
3.1结构原理
本系统是由水位计和远程终端构成。水位计的作用是实时收集测点环境信息和水位信息，如，大气压力、水表温度、水体温度、水体含沙量、周遭环境温度等等。然后将收集的信息储存，通过无线电传输给远程终端。数据经过处理分类，信息导入数据库备份、这些数据将通知工作人员此刻水位讯息，指导工作人员如何做出应对措施，从而对实际水情加以利用和控制。如下图所示：
图一：水文站系统结构图 图二：终端系统结构图
3.2工作原理
①此系统采用的计算机是可与PC机兼容的工程计算机，运行Microsoft Windows XP下面的图形测控软件，让其与液位传感器相连，构成工控机型水文化站（Remote），它是分布式水位测控网中的一个前端站点，并由终端计算机（Terminal）通过网络通信监控对各个网点中的各个Remote进行远程遥控操作。
用户可根据实际需求，现场条件，选择适合的液位传感器设备。如：超声波、机械编码等不同类型的液位传感器。工控计算机根据液位传感器传来的实时水位数据，进行记录处理和储存，然后通过已选择的网络通讯设备或者数据回收方式，向工作人员发送水位的实时监测结果。
②水位数据接收设备
水位数据采集后，用户端有三种方式接收水位数据。
A：专用数字机接收：专用数字机接收的方式是，采用UHF通信频率，与站点相连构成点对点的通信方式，通过电台传送水位数据。其应用领域是工商业建筑机构的施工水域，航海挖泥等。
B：手机短信接收：手机短信接收水位信息，原理是利用中国移动通信手机短信业务，其中有项自动数字信息传输功能，能够显示站内传来的水位数据。该方法的应用体现在，超远距离接收水位信息的小型用户。
C：计算机接收：即上面提到的可与计算机兼容的PC机。PC机作为终端设备（Terminal），将水位数据的接收、远程遥控的通信、信息系统的管理等集合在一起，融合运用，使站点如同一面巨大的控制网一样，全面监控水位信息。
③系统通讯方式
接收到实时水位数据后，系统也具备三种基本的通信方案使站点与测点达到有效“沟通”。
A：UHF通信频率：使用专业数字机，通过UHF通信频道（如：234.5MHz）形成电台通讯。电台通讯的优点是，可以在任何地方建立起独立的水位数据传输局域网，且速度很快。缺点是，电台通讯必定受到信号影响、电台功率控制，对信息的覆盖范围有限。在城市中心地带会被建筑群遮挡信号，在偏远郊区无网络信号。
B：手机短信通讯：手机短信开通自动数字信息传输功能后，用户可以预览拟定应对方针。
C：电邮通信：计算机上接收的水位数据，使用邮电通信网络或者CDMA/GPRS进行通讯。GDC-III接收和发送部分通过调制解调器，通过公用电话线或者全球通移动通信网，来实现站点和接收系统之间的数据通信。此通讯方式的优点是不会受到地域的限制。
四：应用
远程水位控制系统主要适用于海上工程、海洋测量、湖泊水库水位监测、防洪防汛堤坝调度、港口码头水位管理、船只海航引航、无人水文站水位监测等等部门领域。系统建设的目的是，建立可靠的无人值守水文站，通过电台信号、手机短信、计算机网络，与无人水文站连接，构成跨区域大面积水情监控网，有效辅助防灾工作的开展，确保人文安全，促进社会科学的经济进步。
参考文献：
[1]王鹏锋，秦建敏，吕华芳.一种新型的地下水水位自动监控系统.微计算机信息.2002，（01）.33-34.
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[4]田玉敏，林高全等.基于颜色特征的彩色图像检索方法.西安电子科技大学学报（自然科学版）.2002,29（01）.43-45.