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1、1 实时防汛信息动态采集、传输、网络处理系统设计与开发1 系统概述1 . 1 引言防汛抗旱工作是关系到国计民生的一件大事，水文情报预报是防汛抗旱的耳目和参谋，是合理调度、利用和保护水资源的科学依据。而雨水情信息的及时与否主要取决于数据的采集、传输以及处理的速度。目前国内雨水情信息采集、传输、处理手段普遍落后， 满足不了日益发展的经济形势。为了解决这个问题， 99年经省科委批准立项开始开发研制实时防汛信息动态采集、传输、网络处理系统。该系统是一个集计算机广域网与局域网交互连接的信息系统，主要用于防汛抗旱部门，将自动采集到的雨水情信息通过专线网络进行自动分检、 传输，实现了一报多发， 服务器在线实
2、时翻译处理的功能，在短时间内形成供各有关网点检索、应用的实时雨、水、旱情等信息。为领导防洪决策提供准确、 及时、科学的图表和数据， 实现了水情信息的自动化采集、传输、处理，是防汛抗旱不可缺少的指挥、决策、管理系统。该系统由报汛数传分系统、实时水情信息传输、转发分系统、水情信息自动处理分系统三大部分组成。1.2 系统的技术特点雨情信息实现了自动采集、传输功能：雨水情采集完全按照水利部水文情报预报拍报办法进行自动编报报汛，也可对特殊水情进行手工录入，然后自动上传至水情分中心，脱离了对民用电报业务的依赖关系，能自动在分中心计算机内形成报汛报文文件和测验报文文件。减少了由于发电报中间环节多而容易出现的
3、错误。水文测站也实现了无人置守报汛。信息传输手段多样化：测站向市地分中心传输报文时，有线电话作为主要通信手段，无线通信作为备用信道，实现了有线无线双保险报汛。信息的自动接收发送功能：通过网络自动接收发送雨水情信息，这些信息是各市、外省、流域机构的报汛电报。信息的自动处理功能：该系统将收到的信息进行实时自动的处理，将处理后信息分类别形成能够用于防汛抗旱的不同数据表，并能根据需要形成各种雨水情报表，可同时在多台工作站上对水情信息进行检索，也可将水情信息放在网站上供省委、省府、省防办、省水利厅以及其他各有关部门实时检索。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
4、- - -第 1 页，共 10 页2 系统的安全性强：当网络内某远程点收、发出现故障时，系统能自动切换到备用信道上。报汛数据存入功能强大的SQL server数据库中，它能管理数据库、备份和恢复数据、管理报警、实现数据复制和数据转换等功能，并可利用动态锁定功能防止用户在查询和更新并发操作时相互间冲突，保障数据的安全。连接方式独特：以 Unixware Server 为系统服务器，用 Cisco路由器相连接，以静态路由方式与局域网Windows 2000 Server、Novell及 CHINP AC 互连，解决了多协议、多平台、多系统的融合问题。2、报汛数传分系统目前国内采用的各种报汛手段存在
5、诸多问题，制约了防汛调度决策工作。我省近 400处报汛站均有程控电话，有线电话网作为报汛的主要信道的现实情况也表明了开发有线传输技术的可行性和实用性。因此，我们进行了广泛深入的调查研究，从防汛工作的要求出发，结合国内实际情况，以满足水利部水文情报预报拍报办法 、 国家防汛指挥系统工程总体设计大纲 的要求为目标，开发研制了DCT-I 型报汛数传仪及TPX-3型数传前置机， 并从确保报汛工作双保险考虑开发研制了无线移动电话备用报汛设备。2.1 报汛数传仪组网方式充分利用电信公网，由数传仪为基本测报设备完成测站数据采集，以水情信息分中心为汇集点，组成星形报汛通信网，并通过电信广域网实时、动态地将汛情
6、信息进行传输处理， 形成切实可行的报汛组网方案。 数传仪安装在测站，采用自动或人工置数两种方式传输雨、水情信息，前置机安装在水情分中心接收数传仪发送的信息。为确保在电信有线线路出现故障时报汛通信畅通，测站配备无线移动电话，采取人工置数传输方式将雨、水情信息直接发送至水情分中心前置机。2.2 基本设备配置及功能2.2.1 数传仪报汛数传仪适用于水文站、雨量站、水位站或气象台站的信息传输、数据贮存、处理等。报汛数传仪由单片计算机、雨量传感器、固态存贮、实时时钟、液晶显示、键盘、自动拨号模块、自动摘机模块、调制解调模块、避雷模块、直流不间断电源及“看门狗”电路等组成。它以电信公网为主信道实现雨量自计
7、、 存贮、自动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页3 传输。报汛数传仪的功能有：降雨自动采集、自动生成报文、自动拨号报汛、人工置数报汛、固态数据存贮、密级系统设置、直流后备电源、利用公网资源快速建立链路、双重防雷设计、召测识别应答等。2.2.2 数传前置机TPX-3型数传前置机是星形报汛网分中心与所属报汛站DCT-I 型数传仪通信的专用设备。它以单片计算机8031 为核心，扩展两路全双工串行通信接口进行数据接收和发送，把外部数据存储器扩展到128K缓存电传电报内容。本机提供一个具有标准 RS-232C的联机串行通信口
8、与微机的异步通信口相接，在控制软件的支持下，在PC机键盘上向用户提供发报、读报、阅报、发送通道设置等命令操作，在PC机上全屏多窗口显示当前工作状态，实时显示双通道报文和控制器 RAM 的占用量， 并有文件存储、打印等功能，为用户提供了适应传统电报电传机使用习惯， 又充分利用计算机先进技术优势的多功能计算机数据采集和控制处理系统。实现振铃判断、摘机、控制两路调制解调器按照规定的协议进行数据接收和发送，把数传仪发送的数据存储到内部RAM 中。可在计算机关机状态下自动接收报汛站发送的数据，实现无人值守。根据国家防汛指挥系统要求，数传前置机具有接收移动电话置数报汛的功能，为报汛提供了有线无线双重保障。
9、当电话线路或数传仪出现故障时， 可通过移动电话向分中心前置机拔号， 前置机摘机后发出信号音， 可在手机上输入密码后将报文发出。2.2.3计算机计算机是设在分中心与数传前置机配套使用的通用设备，它们之间通过RS-232-C串行口相连。在控制软件的支持下，通过PC机键盘向用户提供发报、收报、上传、读报、阅报、发送通道设置等命令操作。在PC机上全屏多窗口显示当前工作状态，实时显示所属报汛站发送的水情， 具有按水情报、测验报、召测报分类存储及打印等功能。2.2.4雨量计DCT-I 型数传仪的雨量计接口可连接分辨率为0.1 、0.2、 0.5 、1.0mm的翻斗式雨量传感器。在数传仪中，可以根据所选择的
10、雨量计分辨率， 进行相应的设置，使数传仪适应各种分辨率的雨量计。2.3 数传报汛网的评价充分利用高可靠性的公用邮电通信网资源，以报汛数传仪作为基础报汛设精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页4 备，组建以地市水情信息分中心为汇集点的星形报汛通信网， 是实现水情信息快速采集传输，及时为各级防汛部门提供决策依据的有效途径。 目前已在全省推广应用，一处数传仪测点在 5-10 秒内就能将数据发送到分中心，省水情信息中心在 20 分钟内就能收集到全省数传仪的报汛数据，这种信息传输模式与传统报汛方式相比，信息传递时间大大缩短,是适
11、合我国国情实现水情信息快速传输，及时为各级防汛部门提供决策依据的有效措施。3 实时水情信息自动传输、转发分系统3.1 问题提出传统的水情传输都是采用电报的方式， 由基层测站根据各站的报汛任务向各收报单位分别拍发水情电报。 随着社会的不断发展和社会财富的不断积累， 洪水给人民生命财产带来的损失也越来越大， 这对水情信息的采集、传输、处理、分析和预报提出了更高的要求。 另一方面， 当今计算机技术和通信技术的飞速发展，为提高水情信息采集、传输、处理、分析和预报的速度和能力提供了可能。 在这种情况下，我们开发了水情信息传输、转发系统。3.2 系统实现功能、目标实时水情信息传输、 转发系统建设的目标是网
12、络各节点之间， 按照电报的信息流程实现实时水情电报的相互转发，为了实现目标，系统主要功能如下：（1）网络节点间自动发送、接收电报；（2）本地人工和自动的批量水情信息输入；（3）提供多种不同方式的信息输入能力；（4）多路接收通过网络传送的水情；（5）具有按一定条件通过网络转发水情的能力；（6）水情和程控电报命令的发送功能；（7）接收水情信息量的统计功能；（8）系统接收情况的监视功能；（9）通过网络向有关单位传送规定的水情。通过这些功能的实现，将大大提高报汛速度，同时避免一报多发，大大提高了报汛效率和精度。3.3 基于 Unix的信息传输、转发分系统3.3.1 软件环境由于实时水情传输、 转发分系
13、统集电报接收（通过网络的信息接收） 、处理、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页5 转发于一身，同时为了便于软件开发和系统的运行维护， 系统被划分成若干个小的部分分别在系统内执行， 这就要求操作系统必须能支持多用户和多进程。 为此，选择了在微机上广泛应用的、标准化程度较好的UnixWare系统。3.3.2 入、出口数据结构3.3.2.1 人工水情信息录入人工水情信息的录入，主要用于解决除电报方式外， 通过电话、无线通信等方式收到的水情信息，加入水情转发系统的问题。3.3.2.2 人工、自动批量报文录入在有些情况下，
14、信息的人工录入是在其它微机上完成的， 为了方便用户的使用，特设计和实现了这一接口。3.3.2.3 水情电报的接收水情电报的格式和邮电部门的有关规定一致， 但在信息的编码上， 要求采用ASC码。邮电部门的电报在传送给用户时， 主要采用的是五位编码， 这样在五位码和 ASC之间就必须采用一设备进行转换，目前选用的是CTC- 电传通信转换器。它主要用来进行码制的转换，同时能对接收到的电报进行存储， 在断电的情况下保持接收到的电报不会丢失， 转换器中电报的送出和删除都由计算机命令控制， 计算机也可以通过它将电报送到邮电部门的转报系统中， 发往全国各地。3.3.3 水情传输应用协议这里所说的水情传输应用
15、协议是为了满足用户的特殊需要而规定的进行端到端数据交换的用户协议。 具体的说就是为了网络上进行信息传输而特别编制的一种传输标准， 来支持信息的传输。 本协议所要描述的不是端到端的一次通信全过程，而只对双方传输的内容和内容之间的关系进行描述。 至于通信链路的建立和撤除等不在本协议中进行描述， 但是在建立链路后开始做什么和在什么时候撤除链路，将在本协议中进行描述。协议的具体内容如下：（1）发方在数据链路建立后可立即向接收方发一个数据包；（2）接收方在正确的接收到发方的数据包后，向发方发一确认信号ACK；（3）接收方如接收到的数据包有误，向发方发一出错信号 NAK ；（4）如连续五次不能成功，接收方
16、将首先撤除数据链路；（5）发方如连续五次不能接收到对方肯定的答复， 也将主动地撤除数据链路；（6）数据包的长度大于等于六个字节，对于安装好的系统来讲数据包精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页6 是定长的，实际工作时的长度由安装时确定。（7）数据包的长度为 N（N 大于等于六）个字节；（8）第一到第四个字节用来存放发方的 IP 地址，供接收方进行信息传输合法性的检查，即当接收方如果接收到的数据包内所提供的 IP 地址在本地目标地址表中没有找到，接收方就认为这次信息的传输要求是非法的，从而撤除数据链路终止本次正在进行的数
17、据传输，反之，认为传输请求是合法的，继续进行传输。（9） 第五到第 N-1 个字节用来存放收、发信息， 是真正要传输的内容，当实际要传输的内容大于 N-5 个字节时，传输的内容被分成若干个数据包依次发往接收方，当最后一包不满 N-5 个字节时，其余部分以空格填满。对于一次所要传输的内容小于 N-5 个字节，和上面最后一包不满 N-5 个字节的处理方法相同。（10）第 N 个字节用来存储数据包类型的标志，数据包的类型分为三种，普通包、结束包和末号包，分别用字母 *、#、来表示。普通包的传输表示在它后面还有信息要传输，结束报的传输意味着本次所要传输的信息已全部传完，末号包表示传输的内容是发方通知收
18、方系统的工作状态，即当前发送信息的最后编号。3.3.4 控制机制水情传输系统，是一个多进程协同工作的系统， 因此，进程运行的调度和进程对文件存取的控制是相当重要的。3.3.4.1 进程运行的调度在UNIX 系统中，进程的运行都是由系统分时来运行的。 为了使每个软件具有相对的独立性， 提高系统的运行效率， 设计每个进程的运行是在系统中定时来完成的，当该程序完成规定的运行任务后，将调一个sleep函数休眠一段时间，到定时完成时再去做规定的工作。3.3.4.2 文件存取的控制为了保证数据在进程之间传输的安全，设计采用文件的方式进行数据交换。在使用文件进行交换过程中， 务必要解决好文件存取的控制问题，
19、 从而保证数据在传输过程中，即不发生丢失，也不发生重复发送。为此，设计使每个文件的写与读取各只有一个程序， 一个程序负责写入信息， 另一程序从中读取信息和负责在处理完成后清掉文件中的信息。 对于上面的设计如果没有一个有效的控制， 在分时系统中数据的安全是没有保障的。一种方案采用文件访问互锁的办法来解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页7 决，但不同节点之间可能会形成一个死循环， 使传输系统在不出任何错误的情况下，停止传输工作，随着网络的扩展和传输节点的增加， 产生死循环的可能性越大。为了解决这一问题， 一是采用信号灯
20、控制文件的存取， 一是每个进行交换的文件由一个变成一对， 相当于两个动态的缓冲区， 其中的一个文件用来接收输入程序的写入，当程序需要写入信息时，写入程序如遇文件不能打开， 就死等到文件能打开为止，将信息写入。读出程序在遇到文件不能打开时， 认为和没有信息要处理一样对待， 如文件能打开，读出程序立即将文件中的信息拷贝到另一个文件中，然后再慢慢处理。这样就解决了死锁的问题。3.4 基于 Windows的报文传输、转发分系统3.4.1问题提出在水情信息传输的实际应用中，市地水情分中心很少采用 Unix 操作系统，大部分采用 Windows 98/95或 Windows NT、Windows 2000
21、操作系统，为此开发了基于 Windows的报文传输、转发分系统。3.4.2 系统的工作原理根据我省的实际情况，有一部分报文只需要向中央发送而不需要也不能够让省中心接收，这样就需要对这一部分报文进行特别处理。 为此，我们在该系统中加了这个功能，系统自动识别只需向中央发送的报文， 在报文前加标识符后，与其它报文一起发往省水情中心， 省中心将加标识符的报文只分发到向中央发送的文件中，而不进入落地文件。3.4.3 系统的功能系统主要功能如下：（1）网络节点间自动发送、接收电报；（2）本地人工、自动批量水情信息输入；（3）接收通过网络传送的水情；（4）通过网络向有关单位传送规定的水情；4、水情信息自动处
22、理分系统4.1 问题提出随着计算机技术的飞速发展，基于 Windows环境下编写应用软件已成为可能， 原来的手工抄报、 译报，人工计算各种报表、 点绘雨情图等各项繁琐的工作，由于速度慢、出错率高、浪费大量人力等缺点， 已远远不能满足国民经济高速发精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页8 展的需要，而以前采用的 Foxpro数据库也由于不便于管理操作，已越来越不能达到应用要求。水情信息自动采集传输处理系统很好地解决了这个问题。4.2 系统的结构水情信息处理系统包括以下几个部分：实时水情译电入库、人工录入报文、水情信息的检
23、索、各类水情报表处理、雨量等值线图的生成、水情数据库的维护。4.3 系统环境本系统是采用VB6 编程，可在Windows 98/95、Windows NT、Windows2000平台上运行。采用 SQL server 7.0 构建网络数据库。4.4 系统的主要功能4.4.1 电报处理（1）水情报文处理入库系统完全按照部颁水文情报预报拍报办法要求对报汛电报进行实时处理，并将处理后的报汛数据分门别类地放于日雨、水库水情、水位水情、闸坝水情、段雨、墒情、河道水情等SQL server数据库表中。（4）修改错报系统在处理水情报文过程中将错误报文放到错报数据表中，人工修改错报功能用来提供一个人工干预的手
24、段， 让用户实现对错误报文的修改和处理， 修改后的报文再经过水情译电处理后入库。4.4.2 报表处理报表处理主要有雨量报表及水情报表处理两大部分。能够处理日常需要的各种雨、水、墒情报表。4.4.3 情报检索情报检索包括：电报原文检索、时段雨量检索、日月雨量检索、河道水情检索、闸坝水情检索、水位水情检索、水库水情检索、墒情检索等部分。4.4.4 雨量等值线图绘制雨量等值线图制作模块可以计算各雨量站任意时段内的雨量值，汛期雨量计算时采用汛期站的雨量， 而计算非汛期雨量时采用常年站雨量， 跨汛期、非汛期计算时只采用常年站雨量值， 这样就避免了计算非汛期雨量而汛期站雨量不全的缺陷，确保了雨情图雨量计算
25、的合理性、 准确性。然后系统自动绘制雨量等值线图或者绘制雨量等值面图。 该系统的部分功能属于国内首次实现， 主要功能如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页9 （1）系统根据雨量等值线图自动生成等值面图，雨量等值面图可随等值线的变化而调整变化。（2）为了使绘制的雨量等值线图更加合理、美观，该程序里增加了人工修改功能，可以对已绘制的雨量等值线图进行修线、断线、删除、改值等操作。（3）可以将已绘制好的雨量等值线图保存到数据库中，以便以后需要时对历史等值线图进行查询和打印输出。（4）可以在屏幕显示时，将雨量等值线图进行局
26、部放大或缩小，以满足局部雨量查询的需要。 也可以将雨情图在屏幕上进行随意移动， 以方便人工浏览雨情图。（5）可以将形成的雨量等值线图上网，供各级领导在网上查询。（6）可以根据需要计算县、市雨量平均值以及全省雨量平均值，并将其形成附表附在雨量等值线图上。（7）实现了对站点以及城镇进行管理及按需要在屏幕上显示或打印输出。4.4.5 系统维护功能数据维护是指对 SQL数据库中数据的正确性、合理性进行维护，主要包括：追加数据、删除数据、修改数据、过滤数据等功能。5、系统应用的社会效益、经济效益分析本系统 1999年在我省开始陆续投入运行，到目前为止，已在各市全面推广应用。代替人工观测雨水情，取消民用电
27、报报汛，减少了中间环节，降低了差错率。报汛数传仪具有固态存贮功能， 替代国外进口的固态存贮器， 达到资料整编的需要。并先后实现了同国家防总、各相关流域机构、河南防办、江苏防办、河北防办、天津防办及各市水文局等单位的信息互传， 与上述各单位实现了水情信息共享。服务器在线实时翻译、处理水情信息，实时发布到省府、水利厅及省防办，省府、水利厅及防指等各级领导都能检索到实时的防汛数据， 为防洪决策提供了可靠的决策依据，赢得了防洪抢险的时间。水情信息自动处理系统的应用， 改变了水情工作人员传统的工作方式。 原来要十几人人工点图、 出雨水情表， 现在一人在几分钟内即可完成各种图表的输出，大大提高了速度，节约
28、了时间，同时计算无差错，精确度高。该系统投入运行以来， 节约了大量的人力物力， 在历次的防汛抗洪工作中发挥了巨大作用，产生了巨大的经济效益与社会效益。 特别是在“2001.8”东平湖精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页10 大暴雨洪水期间， 我们根据本系统提供的及时、 准确的水情信息做出了入湖洪水过程预报以及退水过程预报， 结果实际出现值与预报值基本符合， 为各级领导提供了可靠、及时的调度依据。省委书记吴官正、省长李春亭以及省水利厅厅长都对我们的工作做出了高度的评价。总之，该系统的推广应用为我省的防汛抗旱乃至国民经济的发展具有积极的推动作用，对社会的安定团结也有重要作用， 因而该系统产生的经济效益和社会效益是巨大的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页