基于GPRS网络的浮标水深远程监测系统研究

郭义浩

（长江重庆航道局，重庆401147）

基于GPRS网络的浮标水深远程监测系统研究

郭义浩

（长江重庆航道局，重庆401147）

基于GPRS网络的浮标水深远程监测系统包含一个监控中心和多个现场处理单元。数据经过定时采集、处理后，发送到与之相连的DTU，DTU将数据传输到岸基监控中心。监控中心选用TCP/IP协议接收DTU发送的实时航道水深和坐标数据并显示在地图上。系统的实现可减轻航道管理部门劳动强度，提高工作效率，降低生产成本，提升航道维护质量。

浮标水深;DTU;GPS;GPRS网络

近年来，随着国内外经济的快速发展以及《国务院关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》正式出台，标志着长江黄金水道建设已经上升为国家战略，长江航运迎来了发展的“黄金机遇期”。作为助推长江航运快速发展的长江航道的作用日趋凸显，沿江港航企业对航道依赖和关注更加突出，因此，进一步提高航道尺度动态监测水平，对提高航道维护质量意义重大。

目前，航道部门对航道尺度的监测一是通过定期进行航道测量换算水深；二是检查航标位置是否正确。航标位置通过日常的检查以及航标的遥测遥报系统，基本上可以达到实时监测水平。以目前技术力量，水下测量还难以达到大面积的实时动态监测，通常是对航道进行定期测量和重点加密测量，但都存在一个时间间隔问题，这期间如遇有水位的陡降（洪水期山区河流比较常见）以及航道的淤积变化，尽管可以通过加大探测强度，但仍有可能出现水深不够的风险，威胁航行安全，从而不得不采取加大航道维护水深的富余量措施。根据内河航道河床的特点，一般航道边线较浅，航道中间部分相对较深。如果能对航道边线水深进行实时动态监测，主要对航道边线的航标水深进行探测，则将能够判断航道水深状况，并对航道水深进行预警，便于及时进行航标调整，提高航道维护质量与确保航行安全，同时也有利于降低航道的维护成本。

因此，有必要深入研究并利用GIS、GPS、数据库和传感技术，构建基于GPS/GPRS的航标水深远程实时监测与报警系统，主要实现航标水深及坐标的实时监测与远程传输、水深报警及短信提醒等功能[1]。

1 基于GPRS网络的浮标水深远程监测系统的工作原理及组成

基于GPRS网络的浮标水深远程监测系统主要利用现场处理模块中的DTU将采集到的监测点水深及坐标数据传输到监控中心，监控中心的系统软件循环监听来自监测点的水深和坐标信息，经坐标转换和数据处理后，存放在数据库并在系统软件的电子地图上显示出来。

该系统由一个监控中心和多个现场处理单元组成。每个现场处理单元包含测深仪和远程数据传送设备GPS GPRS DTU，测深仪作为测量水深设备，采集浮标所处位置的水深信息，DTU的GPS模块采集浮标的位置信息。上述数据经过定时采集、处理后送到DTU，发送到与之相连的DTU，DTU将需要发送的数据传输到岸基监控中心。监控中心由PC机及系统软件组成，系统软件利用TCP/IP协议接收DTU发送的数据，这些数据经过处理后，得到水深数据和坐标数据并存入数据库中。由于坐标系的不同，得到的GPS坐标在显示之前需要转换成相应的百度地图坐标，得到百度地图坐标后，将水深数据标注在对应的地图上。系统组成框图如图1所示。

1.1测深仪

测深仪是利用超声波在水中传输时所具有的直线传播、反射性以及传播速度基本恒定等物理特性来测量水深[2]。监控点的水深数据通过安装在监控点的测深仪测得。

本系统采用的无锡海鹰HY1602双频测深仪不仅能够实现水深数据的采集和处理，还集成有打印平台和显示屏幕，将计算机和测深仪融合为一体。该数字测深系统采用一体化内置计算机系统和便携式测量模式，可适用于各种复杂水况下的水深测量工程。该系统中，测深仪作为测深数据采集和处理重要设备，包含主机和换能器两部分。工作时，换能器通过发送和接收声波信号，再将声波信号转换成电能并发送给主机，通过电子线路进行处理从而得到水深[3]。

该测深仪有多种水深输出格式，其中SDH13D格式的数据长度最短，选择其作为默认数据格式，可以减少数据传输的长度，降低运行费用。测深仪测的水深数据以SDH-13D格式通过串口输出到DTU进行发送。

1.2GPS GPRS DTU模块

GPRS的英文全称为General Packet Radio Service，即通用分组无线服务，在现代工业监控领域占据重要地位[4]。

本文采用工业级带GPS的GPRS DTU产品，通过GPRS网络将与DTU相连的设备数据传输到监控中心。DTU的传输模式选择为透明传输，不仅可以将串口数据发送到监控中心的服务器上，与此同时还将DTU所处地的地理位置信息上报至监控中心。DTU安放在浮标上，因此实现了对浮标的定位。

由于在《长江航道数据采集系统信息传输流程及格式技术要求》的定义中，根据本系统需要监测的特点，长江航道内部专用平台选择TCP协议作为传输层协议，故本系统的通信网络传输协议选用TCP协议。

在系统中，选用MD-610G作为无线数据传输模块，MD-610G是一款工业级DTU，内部集成了GPS模块和GPRS模块。MD-610G提供2种接口，水深及坐标数据可以通过RS232和DTU相连接。

1.3地图调用

本系统属于小型地理信息系统，使用范围主要用于航道内部生产管理，航标位置在地图上的显示主要是示意。从资金和人才方面考虑，在研发初期选择百度地图API作为电子江图显示平台进行构建。百度地图API是一套由百度公司提供的应用程序接口，本系统是C/S架构系统，在winform程序中加入webBrowser控件，调用百度地图接口，通过与之关联的类实现winform和百度地图之间的交互。百度地图API提供了各种函数和控件，开发者只需要调用相关函数即可构建一个功能丰富的地图应用。百度地图API包含多种对航道维护和管理提供辅助帮助的公共服务资源信息[5]。通过分析，百度地图API完全能满足该系统研发初期需要。

1.4监控中心系统

监控中心系统是本系统中最重要的部分，主要有监控中心数据库服务器软件、监控中心管理软件以及相应的硬件设备组成。监控中心数据库服务器软件主要对船载终端连接和接收数据，并对现场处理模块发送来的信息进行处理，存入相应的数据库表中。监控中心管理软件实现航道水深实时显示、航道水深历史记录、浮标基本信息查询、各种航道资源信息的管理。

图1系统总体框架图Fig.1System block diagram

图2该航段浮标实时水深、坐标数据Fig.2Real⁃time water depth,coordinate and static parameters of a buoy

表1坐标信息系统显示数据与人工实测数据对比Tab.1Comparison between manual measured data and display data in the coordinate

2 系统运行情况

基于GPRS网络的浮标水深远程监测系统目前已在长江三峡库区回水变动河段某桥区航段试运行。该系统主要实现了以下功能：（1）浮标水深及坐标的实时监测与远程传输；（2）水深报警及短信提醒；（3）该航段内相关静态知识库查询，主要包括该航段配布浮标的标位静态参数（如标位名称、岸别、航道里程、航标类型、设标水位、灯质、图片资料等）以及该航段内的航道特征、浅滩礁石、整治建筑物、桥梁等基本资料；（4）报表输出等。

图2为该航段浮标实时水深、坐标数据及某座浮标静态参数显示界面。左栏实时显示浮标水深及坐标信息，右侧地图界面显示浮标实时位置，点击浮标还可以查询浮标相关静态信息及某座浮标静态参数显示界面。由表1和表2可见，该系统水深监测精度完全满足航道生产的辅助作用要求。

从运行情况看，系统操作简单、界面简洁、管理方便，在线运行性能稳定、数据准确、传输及时、报警可靠。系统还具有良好的兼容性和拓展性，为进一步应用推广预留了硬软件接口。从使用情况看，该系统的实现对减轻航道维护管理部门劳动强度、提高工作效率、降低生产成本、进一步提升航道维护质量和安全性有较大的促进。

表2水深信息系统显示数据与人工实测数据对比Tab.2Comparison between manual measured data and display data in the water depth information system

3 结论

基于GPRS网络的浮标水深远程监测系统的实现，对长江航道航标水深动态监测和通航尺度掌控有积极的现实意义。受研发周期和成本限制，本系统仅选择了3 km航道进行试点，下一步将进一步研究与数字航道系统相结合，解决接口，进一步丰富现有数字航道系统功能。

［1］张勋,许文海,唐文彦,等.浅海航道水深实时监测方法研究［J］.仪器仪表学报,2006,27（6）:361-363. ZHANG X,XU W H,TANG W Y,et al.Research on real⁃time method to monitor the water depth in the channel of shallow sea［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument,2006,27（6）:361-363.

［2］李苏阳.航道水深监测系统中数据处理的关键技术研究［D］.大连:大连海事大学,2008.

［3］无锡海鹰加科公司.HY1602双频测深仪技术使用说明书［R］.无锡:无锡海鹰加科公司,2010.

［4］蔡锐丹,许少云.GSM/GPRS通信在配电自动化系统中的应用［J］.电子设计应用,2004（3）:66-70.

［5］杜传明.百度地图API在小型地理信息系统中的应用［J］.测绘与空间地理信息,2011,34（2）:152-156. DU C M.Application of BaiDu Map API in Small Geographic Information System［J］.Geomatics&Spatial Information Technolo⁃gy,2011,34（2）:152-156.

Research on remote monitoring system of water depth based on GPRS

GUO Yi⁃hao
（Changjiang Chongqing Waterway Bureau,Chongqing 401147,China）

Buoy depth remote monitoring system GPRS network includes a monitoring center and a plurality of processing units based on the scene.After timing acquisition and processing,the data will be sent to the DTU con⁃nected,and DTU will send the data to the shore base monitoring center.The monitoring center can use TCP/IP pro⁃tocol to receive the real⁃time channel depth and coordinate data from DTU and display them on the map.The imple⁃mentation of this system can reduce the labor intensity of channel management,improve work efficiency,reduce pro⁃duction costs and improve the quality of waterway manage.

buoy depth;DTU;GPS;GPRS network

P237

A

1005-8443（2015）04-0366-03

2015-04-01；

2015-05-12

郭义浩（1963-），男，湖北省天门人，高级工程师，主要从事航道与通航管理工作。

Biography：GUO Yi⁃hao（1963-），male，senior engineer.