項目情況介紹
　　
天津市位于華北平原的東部，海河流域的尾閭，北依燕山，東臨渤海，西南與河北省平原接壤。全市總面積11305平方公里，其中平原面積占全市陸地面積的94.2％。該市海岸線長152.8公里，沿海海擋跨越漢沽、塘沽、大港三個行政區(qū)。北起漢沽區(qū)澗河口，南至大港區(qū)滄浪渠入?？?，全長139.62 公里，其中漢沽區(qū)30.614公里、塘沽區(qū)80.749公里、大港區(qū)28.257公里。

圖1：wincon8331 智能型控制器外觀及配置

天津市海岸線雖然不長，但是對天津經(jīng)濟發(fā)展具有影響的塘沽區(qū)大部分、大港區(qū)政府、天津港務(wù)局、大港油田、渤海石油、天津經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、天津港保稅區(qū)以及天津新港造船廠、長蘆鹽場等單位分布在沿海塘、漢、大三區(qū)。隨著沿海經(jīng)濟的飛速發(fā)展，防潮工作十分重要。天津市海擋建設(shè)雖然在一九九二年大潮后，市政府加大投資力度，統(tǒng)一規(guī)劃、修建了高標(biāo)準(zhǔn)海擋，建成了路擋結(jié)合的海防路。但天津沿海46.5公里重點海擋只有26.2公里達到百年一遇標(biāo)準(zhǔn)，其余的重點海擋達不到十年一遇標(biāo)準(zhǔn)；另外90.7公里一般海擋達五十年一遇的有20.1公里，其余的一般海擋，達不到五年一遇標(biāo)準(zhǔn)。特別是在東南亞海嘯災(zāi)難發(fā)生后，政府對海潮的破壞有了新的認(rèn)識，體會到監(jiān)測與防護并重的重要性。因此，加大了對海潮就有了本項目的建設(shè)。并希望通過本項目的建設(shè)，為長期、系統(tǒng)、科學(xué)的海潮監(jiān)測積累經(jīng)驗、摸索方向，為將來的大規(guī)模監(jiān)測打下良好的基礎(chǔ)、做好技術(shù)的選型和準(zhǔn)備。

系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容
　　
天津市沿海潮位實時監(jiān)測系統(tǒng)包括三個部分的建設(shè)：雷達潮位數(shù)字測報、風(fēng)力風(fēng)向測報、實時潮位監(jiān)測發(fā)布系統(tǒng)軟件開發(fā)。先期潮位遙測系統(tǒng)建設(shè)1個中心站（防汛辦公室），大港電廠海泵房、塘沽石化碼頭、漢沽鹽廠海泵房等3個遙測站。后續(xù)再陸續(xù)添加建設(shè)監(jiān)測站點。

系統(tǒng)建設(shè)原則

　　■ 實用性：實用性將作為系統(tǒng)建設(shè)的基本出發(fā)點。系統(tǒng)的設(shè)計以方便、簡捷、高效為目標(biāo)，既充分體現(xiàn)實時預(yù)報與統(tǒng)計，友好的用戶界面，業(yè)務(wù)人員可以熟練操作；
　　■ 可靠性：作為防潮預(yù)報系統(tǒng)，必須能高可靠的連續(xù)運行，本系統(tǒng)本著經(jīng)濟實用，高性價比的原則設(shè)計，從系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)計方案、技術(shù)保障等方面綜合考慮，使得系統(tǒng)能保證穩(wěn)定可靠；
　　■ 靈活性：系統(tǒng)使用靈活，可以方便的察看預(yù)報信息，歷史信息，及統(tǒng)計信息，同時可以實時報警功能；
　　■ 擴展性：考慮到業(yè)務(wù)不斷發(fā)展與變化，要求系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、容量和處理能力等方面具有強大的擴充能力，本系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮到其擴充能力，其軟、硬件均采用工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，并預(yù)留軟、硬件接口，保證了系統(tǒng)擴展能力。

系統(tǒng)基本功能需求
　　
根據(jù)潮位監(jiān)測的專業(yè)特點和現(xiàn)場的客觀條件，天津市水務(wù)部門對遠(yuǎn)程潮位監(jiān)測系統(tǒng)提出了如下基本要求：

　　■ 數(shù)據(jù)必須能夠本地保存，而且必須能夠保存至少一年的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場作為中心數(shù)據(jù)的有力補充，在需要的時候可以由控制中心發(fā)命令取得，或者安排人員到現(xiàn)場取得，同時方便監(jiān)測人員的現(xiàn)場辦公；
　　■ 現(xiàn)場與監(jiān)測中心采用GPRS通信，領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)管理人員配備的PDA也能通過GPRS網(wǎng)絡(luò)同步接收實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便在特殊時期的及時響應(yīng)，同時也減少中心數(shù)據(jù)庫的查詢壓力；
　　■ 系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程更新程序的能力。管理中心可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程更新現(xiàn)場控制器上運行的程序，更改采集周期、存儲方式等關(guān)鍵程序指標(biāo)，或完全更新程序，以滿足不同時期對現(xiàn)場監(jiān)測的需要；
　　■ 現(xiàn)場支持本地圖形界面，滿足現(xiàn)場辦公要求?，F(xiàn)場設(shè)備提供方便的圖像輸出端口，在發(fā)生災(zāi)情或其它緊急時刻，管理人員可在現(xiàn)場通過顯示設(shè)備，最好是顯示器了解現(xiàn)場監(jiān)測情況；
　　■ 無人職守，設(shè)備必須可靠、體積小巧?？紤]到防風(fēng)的需要現(xiàn)場監(jiān)測點體積必須小巧、可靠，同時現(xiàn)場設(shè)備也必須穩(wěn)定可靠，關(guān)鍵是計量節(jié)省監(jiān)測站有限的空間；
　　■ 系統(tǒng)拓展性好，將來新建站點只需要通過簡單設(shè)定就可以納入原有的監(jiān)測體系；
　　■ 系統(tǒng)各組件采用市場上的通用硬件和軟件，以此來有效的降低系統(tǒng)建制成本，并簡化系統(tǒng)的后期維護。同時，也以此來增強維護人員對系統(tǒng)的掌控力，方便將來的系統(tǒng)擴容。

系統(tǒng)組件及配置方案

現(xiàn)場設(shè)備選擇
　　
現(xiàn)場控制設(shè)備是整個系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，它是現(xiàn)場程序運行的基本平臺，還必須擔(dān)負(fù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲、現(xiàn)場通信等關(guān)鍵任務(wù)，其穩(wěn)定性和可靠性直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠?？梢哉f現(xiàn)場控制設(shè)備的選擇關(guān)系到整個系統(tǒng)的成敗，是整個系統(tǒng)的基石。
　　
經(jīng)過慎重的考慮和選型，系統(tǒng)最終選用臺灣泓格科技的PAC產(chǎn)品Wincon8331智能型控制器作為現(xiàn)場控制器。該設(shè)備外觀及基本配置如圖1：
　　
Wincon8331尺寸為：229mm×110mm×90mm，不占用太大的機柜空間，而且支持導(dǎo)軌安裝，可以很好的滿足現(xiàn)場對設(shè)備空間的限制。而且，該設(shè)備還具備如下特點：

　　■ 采用低功耗的StrongARM處理器作為系統(tǒng)CPU，并且采用無風(fēng)扇設(shè)計，可有效的保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；
　　■ 采用微軟開發(fā)的實時操作系統(tǒng)Windows CE.net，并且操作系統(tǒng)固化在一片32M的Flash上，將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序有效的隔離開來，保證操作系統(tǒng)不死機，以次來提升操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；
　　■ wincon8331提供VGA接口。在現(xiàn)場接上普通顯示器就可以進行圖像顯示。同時設(shè)備還提供標(biāo)準(zhǔn)的USB接口和PS/2鍵盤鼠標(biāo)接口，可支持鍵盤鼠標(biāo)操作和USB存儲設(shè)備。以此來滿足系統(tǒng)對本地操作的需要；
　　
Wincon8331提供一片128M的CF卡作為存儲器，可存儲復(fù)雜的程序，并可以以文件的形式存儲大量的數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)中至少可以存儲2年左右的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和操作日志；

　　■ 支持多線程，在CPU運算能力許可下，可以同時處理多個系統(tǒng)任務(wù)。
　　
除了硬件配置能充分滿足系統(tǒng)的要求外，wincon8331的開發(fā)過程也讓本項目系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)人員驚喜不已。這些技術(shù)人員之前對自動化系統(tǒng)接觸不多，而專長于內(nèi)部的辦公、業(yè)務(wù)等信息系統(tǒng)的構(gòu)造與開發(fā)。從開發(fā)工具上來說，也就是熟悉VC、VB、J-Build等高級語言開發(fā)工具。所以，驚喜的是 wincon8331采用windows風(fēng)格圖形界面，并且支持EVC和VB.net程序開發(fā)，可以延續(xù)這些技術(shù)人員的開發(fā)習(xí)慣，并且可以在不添加其他輔助軟件的情況下，采用高級開發(fā)語言實現(xiàn)本地程序的圖形界面?；镜臄?shù)據(jù)處理就可以在本地完成，然后將處理好的數(shù)據(jù)再發(fā)送到監(jiān)測中心，減輕監(jiān)測中心系統(tǒng)的運算壓力。最終，通過比較，采用微軟提供的EVC作為本地程序的開發(fā)工具。

現(xiàn)場GPRS模塊選擇
　　
GPRS通信模塊保證現(xiàn)場通信的穩(wěn)定性和可靠性，該項目選擇臺灣赫立訊的GPRS模塊作為現(xiàn)場的通信終端設(shè)備。該模塊具有如下特點：

　　■ 可靠性強：該模塊設(shè)計科學(xué)，制造工藝精湛，性能穩(wěn)定、可靠，經(jīng)受過廣大用戶不同應(yīng)用環(huán)境的考驗，獲得一致好評。并且通過國際FCC和CE認(rèn)證；
　　■ 系統(tǒng)不當(dāng)機：內(nèi)建Watchdog模塊，保證系統(tǒng)不當(dāng)機。并且具備斷線重?fù)芄δ埽合到y(tǒng)自動檢測通信狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)情況不好，發(fā)生掉線狀況時自動重新?lián)芴枺谧疃痰臅r間內(nèi)恢復(fù)通信；
　　■ 功耗低：該模塊工作功耗是0.27W－0.5W，可大大節(jié)約電能的利用；
　　■ 體積小，便于安裝：減少對機柜寶貴空間的需要；
　　■ 環(huán)境適應(yīng)能力強：可適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用；
　　■ 具備自動休眠功能，并提供多種喚醒功能：事件驅(qū)動、定時喚醒、呼叫喚醒、中心端喚醒；
　　■ 提供遠(yuǎn)程參數(shù)修改功能；
　　■ 提供強大的管理軟件，用戶幾乎不用編程即可使用。

現(xiàn)場傳感器選擇

圖2：OTT 數(shù)字雷達液位傳感器

圖3：05103v 型測風(fēng)裝置

傳感器關(guān)系到監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，并且傳感器屬于易損設(shè)備。在本項目中，考慮現(xiàn)場的的復(fù)雜情況，必須選用可靠、穩(wěn)定、易維護的傳感器。本項因此，采用進口傳感器作為數(shù)據(jù)采集終端。

水位傳感器：本系統(tǒng)選用德國OTT數(shù)字雷達液位傳感器KALESTO，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　■ 測量原理：采用連續(xù)調(diào)頻波；FM: 24.125 GHz;
　　■ 波段：24，125GHZ。
　　■ 輻射角：5°C；
　　■ 供電：10.5～15 VDC；
　　■ 量程：0～30米；
　　■ 精度：1cm;
　　■ 分辨率：1mm;
　　■ 數(shù)字輸出：RS485/9600bit/s；
　　■ 內(nèi)充N2，防雷電；
　　■ 防護等級：IP68；帶繼電保護；
　　■ 工作溫度：-40～+85°C
　　
分速風(fēng)向傳感器：本系統(tǒng)選用美國YOUNG公司生產(chǎn)的05103v型測風(fēng)裝置，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　■ 風(fēng)速: 0-60 m/s
　　■ 最大抗風(fēng): 100 m/s
　　■ 風(fēng)向: 3
　　■ 分速: ±0.3 m/s （0.6 mph）
　　■ 風(fēng)向: ±3 degrees
　　■ 最小臨界值:＊
　　■ 風(fēng)速: 1.0 m/s
　　■ 風(fēng)向: 1.1 m/s
　　■ 供電:8-24 VDC （5 mA @ 12 VDC）
　　■ 工作溫度:-50 to 50° C
　　■ 信號輸出:0-1.00 VDC full scale;0-5.00 VDC optional

現(xiàn)場能源供應(yīng)及防雷
　　
現(xiàn)場具備市電供應(yīng)條件，因此采用市電供應(yīng)。而防雷是現(xiàn)場必不可少的防護措施，由專業(yè)公司提供相關(guān)設(shè)備及施工，本方案不做闡述。

監(jiān)測中心主要軟件服務(wù)器
　　
監(jiān)測中心根據(jù)系統(tǒng)需求，在考慮將來系統(tǒng)可拓展性的基礎(chǔ)上，建制了如下三個軟件服務(wù)器：

　　■ 系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器。該服務(wù)器承擔(dān)系統(tǒng)應(yīng)用層面的所有功能。主要包括：數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析、報表、WEB發(fā)布、數(shù)據(jù)上報、系統(tǒng)維護等功能模塊?？紤]到將來系統(tǒng)的拓展，系統(tǒng)功能的拓展，采用VB.NET開發(fā)；
　　■ SQL-server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。主要用于遙測數(shù)據(jù)的存儲；
　　■ iPush Server通信服務(wù)器。該軟件由臺灣艾揚科技開發(fā)，并已在臺灣及國外環(huán)境監(jiān)測、智能交通等項目中得到了廣泛的應(yīng)用。主要承擔(dān)現(xiàn)場設(shè)備與監(jiān)測中心的通信、數(shù)據(jù)同步分發(fā)、通信端口設(shè)定等功能。
　　
通過該軟件可以使系統(tǒng)具備如下特點：

　　■ 實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的主動上報。只需設(shè)定現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)上報的條件，當(dāng)上報時間或數(shù)據(jù)變動范圍等條件滿足系統(tǒng)設(shè)定要求時，系統(tǒng)對滿足條件的數(shù)據(jù)進行主動上報，將數(shù)據(jù)主動發(fā)送到監(jiān)測中心，減輕監(jiān)測中心工作量。并且，發(fā)送條件可以隨時通過監(jiān)測中心的軟件進行遠(yuǎn)程更新；
　　■ 保證數(shù)據(jù)在GPRS和internet傳遞過程中的安全性。該功能的核心是提供數(shù)據(jù)加密與提供數(shù)據(jù)保證送達功能，克服在GPRS和internet環(huán)境中經(jīng)常發(fā)生的數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)竊取等問題；
　　■ 科學(xué)的規(guī)劃現(xiàn)場設(shè)備與監(jiān)測中心的通信通路，處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要性等級，滿足上百點監(jiān)測設(shè)備同時上報數(shù)據(jù)的需要。亦可保證系統(tǒng)同時、同步與現(xiàn)場設(shè)備進行通信，進行現(xiàn)場程序更新、系統(tǒng)對時等操作。通過此功能，為將來系統(tǒng)的拓展預(yù)留了足夠的空間；
　　■ 實現(xiàn)監(jiān)測中心與監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備間的雙向通信。克服GPRS網(wǎng)絡(luò)等動態(tài)IP網(wǎng)絡(luò)與固定IP間雙向通信困難的問題，使監(jiān)測中心可以方便的了解監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)，并可隨時向下發(fā)送命令或更新現(xiàn)場設(shè)備上的應(yīng)用程序。

系統(tǒng)工作流程
　　
每個現(xiàn)場監(jiān)測站點需要監(jiān)測影響海潮變化的三個參數(shù)：潮位、風(fēng)速、風(fēng)向。系統(tǒng)通過OTT的數(shù)字雷達液位傳感器采集潮位參數(shù)。該傳感器通過RS- 485口與wincon8331主機連接，wincon8331通過EVC編寫的通信程序按照該公司提供的通信協(xié)議讀取該傳感器采集到的潮位值。系統(tǒng)通過 YOUNG公司生產(chǎn)的05103v型測風(fēng)裝置監(jiān)測現(xiàn)場的風(fēng)速和風(fēng)向參數(shù)，由于該裝置提供兩路0-5V的電壓輸出，故通過在wincon8331上插入泓格公司的I-8017H并行模擬量采集模塊采集該裝置輸出的電壓值，再通過YOUNG公司提供的電壓\參數(shù)比對表換算出風(fēng)速和風(fēng)向參數(shù)。
　　
Wincon8331通過RS-232口與赫立訊的GPRS模塊連接，通過內(nèi)部的撥號程序撥入internet。由于Wincon8331提供一個10/100M網(wǎng)絡(luò)接口，將來在系統(tǒng)拓展的時候，將采用wincon8331的網(wǎng)口與GPRS路由器連接的方式來接入internet，并由GPRS路由器來保證網(wǎng)絡(luò)的暢通，讓wincon8331更專注與數(shù)據(jù)采集與運算。
　　
在普通工況下監(jiān)測站點需要wincon8331每5分鐘從前端傳感器采集一次數(shù)據(jù)，并按時間順序存儲在wincon8331的CF卡上。在完成存儲工作后，利用iPush?Server提供的現(xiàn)場API函數(shù)主動將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測中心的iPush?Server，并由該API完成數(shù)據(jù)傳遞過程中的數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)保證送達、數(shù)據(jù)等級設(shè)置等工作，以保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。iPush?Server接收到來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)后，主動將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到 SQL-server數(shù)據(jù)庫、主應(yīng)用程序和PDA上，保證所有應(yīng)用程序得到的數(shù)據(jù)是同步、同樣的數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)不同步的現(xiàn)象發(fā)生。
　　
在汛期或者其它要求情況下，wincon8331需要每30秒從前端傳感器采集一次數(shù)據(jù)（OTT的數(shù)字雷達液位傳感器采集一次數(shù)據(jù)需要約30 秒），采集頻率的改變通過監(jiān)測中心遠(yuǎn)程更新現(xiàn)場的監(jiān)測程序來完成。并且，這個過程由iPush? Server提供的動態(tài)IP尋址、數(shù)據(jù)同步廣播機制和數(shù)據(jù)保證送達機制來保障，以此來保證數(shù)據(jù)的完整性和雙向的數(shù)據(jù)通信。這樣，所有站點的程序更新和對時可以通過一次操作來完成，并且即使出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)條件不好的狀態(tài)，操作人員也不需要進行重復(fù)操作，系統(tǒng)會利用保證送達機制自動處理，大大降低操作人員的工作量。

圖4：潮位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

監(jiān)測中心的實時監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)由iPush?Server直接主動提供，并且保證和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)更新同步，也不需要訪問數(shù)據(jù)庫來得到數(shù)據(jù)。只有進行報表、歷史分析等功能時才需要訪問數(shù)據(jù)庫。通過這樣的訪問機制大大降低了數(shù)據(jù)庫的工作壓力，保證了系統(tǒng)的流暢運行，在將來系統(tǒng)拓展時這個優(yōu)點將更加突出。
　　
監(jiān)測現(xiàn)場的監(jiān)測、通信程序都是采用EVC編寫，該語言支持圖形化界面。這樣當(dāng)有工作人員需要到現(xiàn)場進行辦公時，只需攜帶便攜式顯示器通過連接 wincon8331的VGA端口就可以了解現(xiàn)場的監(jiān)測狀態(tài)、查詢本地的歷史數(shù)據(jù)，或者通過CF讀卡器讀取wincon8331保存的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的特點及帶來的效益
　　
數(shù)據(jù)采集、本地數(shù)據(jù)存儲和遠(yuǎn)程通信是遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的核心功能。本系統(tǒng)的本地設(shè)備單元、本地通信單元和系統(tǒng)通信單元均采用市場上技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)品，并通過泓格科技的有效整合保證了系統(tǒng)在這些方面的創(chuàng)新和技術(shù)領(lǐng)先，讓系統(tǒng)具備了一些獨一無二的特點，比如說本地運算體系、主動性數(shù)據(jù)交換體系、遠(yuǎn)程同步程序更新體系等等，這些特點是其它類似系統(tǒng)無法比擬的。

圖5：系統(tǒng)軟件通信結(jié)構(gòu)

特別值得一提的是系統(tǒng)采用分散式運算體系。由wincon8331在現(xiàn)場完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)存儲、本地顯示、數(shù)據(jù)通信等功能，并采用主動上報的方式與監(jiān)測中心進行通信，大大降低了監(jiān)測中心服務(wù)器運算和通信的負(fù)擔(dān)。讓中心服務(wù)器可集中進行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)報表等復(fù)雜工作，降低了監(jiān)測中心對硬件服務(wù)器的要求。真正做到了現(xiàn)場、中心各司其責(zé)、獨立運做。這樣一方面加快了系統(tǒng)建設(shè)的速度、簡化了實施過程，也順應(yīng)了業(yè)界提倡的分布運算、集中監(jiān)控的潮流。