基于ZigBee技術的水文水利監(jiān)測無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡

一、應用需求

我國對于江河水文的監(jiān)測非常重視，在原有的水文監(jiān)測點的基礎上，各地的水文監(jiān)測站紛紛建立了一些無人值守的水文檢測點，以監(jiān)測更廣的水文和水利情況，包括水流速度、水面高度、水質(zhì)、流量、潮位、降水量等參數(shù)。

二、監(jiān)測系統(tǒng)概述

一套由水文遙測系統(tǒng)和計算機通信網(wǎng)絡組成的水文計算機防汛檢測系統(tǒng)，可以通過設立在各個水文監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集單元和無線傳送及網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)將各監(jiān)測點搜集的水文信息及時傳送到水利局或防汛指揮部，供防汛調(diào)度決策使用。

系統(tǒng)組成：

水文與防汛監(jiān)測系統(tǒng)由流域管理中心、分中心(各縣市)監(jiān)測站、現(xiàn)場水文遙測單元構成一套三級網(wǎng)絡。系統(tǒng)的建成，將改善水文信息的收集、傳遞和處理手段，縮短數(shù)據(jù)收集和預報作業(yè)所需的時間，提高信息收集和傳遞的可靠性，提高流域防汛信息處理能力。
　　流域管理中心通過計算機局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與各地分中心監(jiān)測站之間進行數(shù)據(jù)傳輸，每隔一段時間對各分中心監(jiān)測站的數(shù)據(jù)進行收集，并主要為以下應用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)：
·防汛信息收集處理系統(tǒng)
·汛情監(jiān)視系統(tǒng)
·防汛會商顯示系統(tǒng)
·信息查詢系統(tǒng)
·氣象服務系統(tǒng)
·洪水預報調(diào)度系統(tǒng)
·災情評估系統(tǒng)等

通信網(wǎng)絡：

分中心監(jiān)測站由一臺微機或幾臺微機構成的局域網(wǎng)作為水文監(jiān)測工作站，通過ZIGBEE無線方式，能在很短的時間內(nèi)完成一次轄區(qū)范圍內(nèi)各監(jiān)測站的掃描，監(jiān)測水文遙測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并能判斷各設備是否正常工作，可方便擴充，并能實現(xiàn)狀態(tài)采集和遙控輸出。分中心流域管理中心通過有線方式或GPRS通信模式接受流域中心管理，與各水文遙測單元(HTU)以無線ZIGBEE方式通信，除可正常采集數(shù)據(jù)外，還可對各監(jiān)測單元進行遠程組態(tài)配置，修改設定。

　　各水文遙測單元根據(jù)防汛水文監(jiān)測要求，安裝在河流、水庫的指定地點，以野外無人值守方式工作，配備一臺數(shù)據(jù)采集單元、無線電臺、和雨量計、水位計、風向風速計等水文監(jiān)測儀表，本站可保留六個月以上數(shù)據(jù)，通過ZIGBEE無線通訊可受上級監(jiān)測站(分中心)的控制，任意設定測試時段，校準機時上下一致，系統(tǒng)供電具有雙電源系統(tǒng)和蓄電池以及太陽能電池，停電時太陽能電池自動供電，確保正常有效工作。對山區(qū)和距離較遠的監(jiān)測點，還有遙測中繼站，能接受并轉發(fā)信號，亦由太陽能電池供電，保持長期可靠運行。

系統(tǒng)特點：

1、建立一個綜合水文監(jiān)測系統(tǒng)，每隔一段時間就可對全流域的水文信息進行一次收集，及時準確地掌握流域水文情況。　　

2、在汛期，對各地的雨量和水位的漲落趨勢進行準確定位，為防汛決策提供了可靠的資料和依據(jù)，使有關部門能及時采取對策，化解險情。　　

3、系統(tǒng)采用模塊化結構，可方便擴充，且具有遠程診斷功能，安裝維護方便。 將遠端采集點的數(shù)據(jù)實時、可靠地發(fā)送到各級監(jiān)控中心。并接收各級監(jiān)控中心的控制指令。隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯(lián)網(wǎng)，我們采用zigbee技術和GPRS/CDMA技術結合，可以為水文水利系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸通信提供很好的解決方案。
四、Zigbee技術特點

通信可靠

系統(tǒng)采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，保證信息傳輸?shù)目煽啃裕?/P>

網(wǎng)絡的自組織、自愈能力強

zigbee的自組織功能：無需人工干預，網(wǎng)絡節(jié)點能感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網(wǎng)絡；

zigbee自愈功能：增加、刪除或移動節(jié)點，節(jié)點發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡都能夠自我修復無需人工干預，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。

成本低廉

設備的復雜程度低，且Zigbee協(xié)議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本；Zigbee的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。

網(wǎng)絡容量大

一個ZigBee網(wǎng)絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在200多個ZigBee網(wǎng)絡。