SL651-2014水文监测RTU解决方案

1、行业背景

1.1 行业背景及背景分析

在水文监测系统建设时，由于河道、湖泊、水库地形复杂、分布的区域广等原因，实现现场监测管理难度很大，如何将监测现场采集到的雨量信息、水位信息、图片等按监测要求传输到监测中心时需要解决的重要问题，水利部SL51-2014《水文监测数据通信规约》规定了水文数据的采集和传输规范，我公司采用NB-IOT(兼容GPRS)技术研发的RTU数据遥测终端，通过了水利部SL51-2014认证，可以实现水文监测的远程数据采集和传输。

实现无人执守及野外条件下监控，要求实现以下功能：

·  水位、雨量支持定时报和召测，如果水位或雨量到了警戒线，有了险情，马上超限报警。

·  采用低功耗设计，特别适用于太阳能供电的监测现场。

·  水情的远端监控，图片抓拍功能，可外接工业照相机，进行图片抓拍

·  通信功能：支持NB-IOT、GPRS通讯方式；支持与多中心进行数据通信；支持实时在线、定时唤醒两种工作模式。

·  采集水位、雨量传感器、流量计的数据；采集水泵或阀门运行状态、设备供电状态和箱门开关状态。

·  支持远程参数设置、程序升级。

·  支持设备本身数据存储，掉电保存

1.2建设目标

建设方案的目标是提供一个包括前端采集和传输一体的RTU设备、支持远程设参数的配置软件、大数据云平台水情监控系统，该系统可实时监测各个监测点河道、水库等的水文数据和图片，前端设备包括工业照相机、雨量计、水位计等。水情信息、图片信息等通过NB-IOT或GPRS无线传输发送；大数据云平台提供设备权限管理、用户权限管理、信息查询统计等功能；参数设置软件提供RTU设备的本地、远程参数修改和远程升级功能。

2.系统架构

2.1体系架构

前端由Lanpu-1802遥测终端RTU和水位计、雨量计、工业照相机组成；遥测终端RTU将水位计或雨量计的监测数据通过NB-IOT或GPRS网络无线传输发送至蓝普大数据监测云平台，监测人员通过pc或手机可以访问云平台查询水情信息和管理设备。如下图所示：

系统从逻辑上主要包括三个部分：水文遥测终端RTU、蓝普大数据监测云平台、设置参数软件。下面分别描述这三部分的功能：

1.水文遥测终端RTU

水文遥测终端RTU采用了基于NB-IOT和SIM800C通信模块设计，以适应不同的传输场合，采用STM32核心处理系统，以嵌入式实时操作系统作为软件支撑平台，主要用于水情遥测，具备数据采集、存储、远程上报，管理功能。设备采用了低功耗设计，具有多路传感器接口、产品支持多种工作模式，包括自报模式、查询应答模式；支持多中心站；大容量数据存储；可以连接各种通信接口的传感器，包括脉冲、4-20mA、0-5V、RS485、RS232等，具体有采集工业相机图片数据，支持抓拍、定时拍照功能；采集水位计和雨量计、流量计、脉冲水表数据；采集设备供电状态和井盖门或箱门开关状态。支持监测参数定时上报、超限自动报警功能，可以监测自身供电电压，耐强电磁干扰，内置看门狗电路，确保设备可以在各种复杂环境下长时间稳定工作，永远在线。

2.大数据云平台

系统采用B/S架构开发，分布式Redis缓存技术，让系统支持海量并发，Web端能适应从IE7到IE9和Firefox、Chrome常用的浏览器，同时支持移动端查看。提供GIS数据资源地图，对区域内所有监测点位的实时数据进行全景展示与数据查询、分析等服务，系统能够接收前端设备上传的各种数据，进行分析处理，保存监测数据、告警等信息至监控中心数据库中，用于水情监测业务系统展示、分析、处理。大数据管理云平台使用包括Spring MVC4.0+, MyBatis, Apache ,BootStrap, WebSocket 等技术，支持多种数据库MySQL, Oracle, sqlserver等。 分层设计：使用分层设计，分为dao，service，Controller，view层，层次清楚，低耦合，高内聚。 安全考虑：严格遵循了web安全的规范，前后台双重验证，参数编码传输，密码md5加密存储，shiro权限验证，从根本上避免了SQL注入，XSS攻击，CSRF攻击等常见的web攻击手段。

设备权限管理

3. 设置参数软件

根设参软件根据用户的需求可以对RTU进行配置，包括IP地址、上报方式、编码数据类型选择、采样时间间隔，定时报间隔、报送阀值、时间设定等，除了通过串口本地设置参数功能外，系统还支持通过GPRS或NB-IOT远程设置参数、产品升级，如下图所示：

 

3.产品特色

3.1 RS485隔离端口

Lanpu-1802RTU提供一路隔离485接口，设计采用了一个3通道隔离器、一个三态差分线路驱动器，一个差分输入接收器和ADI公司的isoPower®DC/DC转换器，它们采用5 V或者3.3 V单电源供电，实现完全集成的信号和电源隔离RS-485解决方案，对RS485输入输出引脚提供±15kv ESD保护，适合负责电磁环境、恶劣气象条件下使用。

3.2 NB-IOT系统

Lanpu-1802型RTU可以选配GPRS或NB-IoT通信系统，NB-IoT覆盖广且深，比GPRS覆盖增强20dB+；可以做到超低功耗，基于AA电池，使用寿命可超过10年；连接用户数量大，综上NB-IoT技术具有的低成本、广覆盖、低功率、大连接等特征。

3.3 优越的扩展性能

各地水文的监控系统存在要求不同，比如使用《水文监测数据通信规约（SL651-2014）》、《水资源监测数据传输规约（SZY206-2016）》之中没有规定的扩展命令，每个地区要求监测的要素也不相同，数据采集设备如：流量计、水位计等也差别也非常大，蓝普遥测终端机可以根据客户要求协议定制系统，大数据云平台可以将其它厂家的RTU系统纳入统一管理之下，可随时察看任何地区，任一地点的实时水情信息。

3.4 集中管理 方便维护

系统采用一个中心平台，采用完善的权限管理系统，权限管理包括人员权限管理和设备权限管理，用户只需一台普通PC登陆web后即可实时观测水情信息，可以通过手机客户端访问设备采集信息。

型  号	LANPU-1802
系统	主处理器	工业级嵌入式微控制器STM32
	操作系统	嵌入式RTOS操作系统
输入参数	DI输入	8路（光耦隔离）
	模拟量输入	4路0-5V或4-20mA（通过拨码开关选择）
串口参数	RS232	2路
	RS485	2路（可以选配一路隔离RS485）
输出信号	4-20mA输出	2路
	继电器输出	8路
数据存储	64M	容量可选
通信方式	NB-IoT
	GPRS
其它	供电	12-24V
	工作温度	-40-85℃
	尺寸	138*80*63mm
	安装方式	导轨式