梁顯俊，唐海賓

（百色水文中心，廣西 百色 533000）

0 引言

百色市水情遙測系統(tǒng)大部分遙測站都是建設(shè)在深山河谷，有的站點僅能通GPRS 的無線移動通信信號，鋪設(shè)有線線路成本高，在這些站點建設(shè)傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)比較困難，從投資成本、實際應(yīng)用等角度來看也沒有必要對任何水情遙測站都要建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在一些不重要的水情遙測站或是因環(huán)境條件限制無法建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的水情遙測站，可以通過水情遙測終端采集現(xiàn)場照片，然后通過GPRS 移動通信網(wǎng)絡(luò)信道傳到中心站，水情照片拍照監(jiān)測是對原有傳統(tǒng)水情遙測系統(tǒng)功能提升和擴展，利用遙測拍照功能，可以更直觀地實時展現(xiàn)各水情遙測站雨水情實景，也能在一定程度上有效驗證遙測站通過通信信道傳來的自動監(jiān)測的水情數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確性。因此，在遙測水情站安裝串口攝像頭，定時或通過中心站接收系統(tǒng)遠(yuǎn)程召拍，采集拍照實時雨水情情景照片，實現(xiàn)了水情遙測站水情數(shù)據(jù)和照片信息監(jiān)測雙保險。

1 系統(tǒng)組成與信息流程

系統(tǒng)由照片采集點（遙測站）、照片傳輸部分（GPRS通信網(wǎng)絡(luò)）、中心站等3個部分組成。

遙測站主要任務(wù)是根據(jù)設(shè)定的采樣周期采集照片，同時按照設(shè)定的段制（一般1 小時一次）或拍照時間點通過通信信道向中心站報送照片數(shù)據(jù)。遙測站報送照片的通信信道為GPRS。采用遠(yuǎn)程召拍、定時自動拍報的混合工作體制。

中心站的作用是接收各遙測站報送的照片數(shù)據(jù)，按照約定的協(xié)議還原為實際的實時照片，落地后由遙測照片入庫軟件存入到原已經(jīng)建有的實時雨水情數(shù)據(jù)庫，供查詢、分析、預(yù)測預(yù)警等使用，并能實時監(jiān)控水情遙測站的運行情況。

2 水情遙測站拍照相關(guān)設(shè)備選配

遙測站設(shè)備由供電系統(tǒng)、雨量傳感器、水位傳感器和遙測終端機、斷面拍照、站內(nèi)顯示等6部分組成。其中雨量傳感器、水位傳感器、斷面拍照、站內(nèi)顯示等部分，在建設(shè)具體的某個遙測站實例時可以根據(jù)具體需要選配。

如果要配置斷面拍照部分，由于照片拍照時間較長，照片傳輸數(shù)據(jù)量大，傳輸過程時間較長，根據(jù)現(xiàn)場日照實際情況，可以選配40 W太陽能板、65AH蓄電池或功率更大的太陽能板、續(xù)航能力更強的蓄電池。盡量保證在連續(xù)十多天陰天無陽光的情況下能保證系統(tǒng)正常供用電。

斷面拍照由串口攝像頭及其附件組成。串口攝像頭，比較可靠的采集彩色照片分辨率為640×480（VGA）、320×240（QVGA）像素，最大可達(dá)1280×1024 像素。清晰度達(dá)到130 W 像素以上?？梢赃x配具有夜視或無夜視功能的兩種型號串口攝像頭，無夜視功能的型號串口攝像頭的白天拍照照片色彩效果更為逼真。照片存儲為JPEG格式文件。

廣西大學(xué)水利水電研究所研制的GXU-1001型多功能水情遙測終端，該終端于2011年通過國家水文儀器中心檢測合格。該遙測終端與我單位目前使用的其它同類終端相比，明顯優(yōu)勢在于可以控制數(shù)據(jù)報文發(fā)送模塊以休眠或?qū)崟r在線模式工作；可以控制串口攝像頭拍照；可以連接水情遙測站站內(nèi)顯示系統(tǒng)。

3 照片采集與傳輸

水情遙測站遙測終端通過操控串口攝像頭采集到的1張照片，并暫存在內(nèi)部存儲器內(nèi)。1張照片大小一般為幾十個kB，不可能通過GPRS 無線移動網(wǎng)絡(luò)以一個數(shù)據(jù)包發(fā)送完成，遙測終端要根據(jù)照片字節(jié)大小拆分為若干個子數(shù)據(jù)包，然后與中心站接收系統(tǒng)建立TCP 通信鏈接后由遙測終端按順序?qū)⒄掌訑?shù)據(jù)包通過通信模塊發(fā)送到中心站。以西林縣花貢水文站斷面拍照為例，2019年10月17日11 時 48 分采集照片分辨率為 320×240 像素時，1 張照片為25.7kB，拆分為23個子數(shù)據(jù)包；2019年10月17日 11 時 50 分采集照片分辨率為 640×480 像素時，1張照片為84.9 kB，拆分為82個子數(shù)據(jù)包。

在水情遙測終端與中心站接收系統(tǒng)發(fā)送接收照片子數(shù)據(jù)包過程中每發(fā)送一個照片子數(shù)據(jù)包前，要先通信進(jìn)行測試，在確保通信鏈路正常情況下才進(jìn)行發(fā)送和接收工作，以保證發(fā)送和接收質(zhì)量。

4 中心站照片接收和處理

中心站照片接收系統(tǒng)主要由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、接收服務(wù)器、接收和處理系列軟件等組成。

4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要包括水情遙測站基本信息庫和實時雨水情數(shù)據(jù)庫?；拘畔焓且訟ccess 形式建立，存儲接收系統(tǒng)正常運行所必要的站名、遙測站編號、測站編碼、報汛基面等參數(shù)，各遙測站詳細(xì)的水位、雨量、電壓、固態(tài)存儲器狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

實時雨水情數(shù)據(jù)庫是以2011年發(fā)布的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符》（SL323-2011）為實時數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)，并利用水利部下發(fā)的相應(yīng)建庫腳本文件建立了SQL Server2000支持的實時雨水情表結(jié)構(gòu)，包括《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符》（SL323-2001）規(guī)定的所有表結(jié)構(gòu)。

4.2 接收服務(wù)器端口映射

接收系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)端口接收各水情遙測站發(fā)來的照片子數(shù)據(jù)包，所以接收服務(wù)器要接入互聯(lián)網(wǎng)，最好配置有1 個公網(wǎng)IP 地址和相應(yīng)TCP 的NAT端口映射。如果接收的水情拍照遙測站數(shù)少，且因經(jīng)費有限而沒有租用公網(wǎng)固定的IP地址，僅僅只是購置可以上網(wǎng)的動態(tài)IP 地址的普通寬帶，可以在nat123 官網(wǎng)下載nat123 端口映射工具，在接收服務(wù)器上安裝后進(jìn)行注冊賬號，用賬號登錄后進(jìn)行添加映射，選擇“其它（非網(wǎng)站）”應(yīng)用類型，填寫自己需要訪問的內(nèi)網(wǎng)端口和外網(wǎng)端口，確認(rèn)保存后可通過外網(wǎng)域名和相應(yīng)端口訪問內(nèi)網(wǎng)的端口。利用nat123這一功能也能接收水情遙測站的遙測拍照照片，本人曾將nat123 的端口映射方法用在某個具體的小型水情遙測系統(tǒng)上，用于接收實時遙測雨水情數(shù)據(jù)和拍照照片。

圖1 遙測信息接收軟件界面

4.3 接收和處理系列軟件

接收和處理系列軟件主要有遙測信息接收軟件、遙測照片入庫軟件、本地拍照軟件、遙測照片查詢軟件。

4.3.1 遙測信息接收軟件

遙測信息接收軟件既可以接收雨水情遙測數(shù)據(jù)也可以接收遙測照片，界面如圖1所示。

通過接收軟件，可以隨時對各個有拍照功能的水情遙測站下達(dá)拍照指令，讓遙測站實時拍照后將照片發(fā)送回來，達(dá)到實時遠(yuǎn)程召拍的功能。一個水情遙測站按數(shù)據(jù)分包方式發(fā)來的每個照片子數(shù)據(jù)包按照協(xié)議規(guī)定，既有照片數(shù)據(jù)開始、結(jié)束標(biāo)志，又有該遙測站編號，因此當(dāng)多個遙測站傳來照片子數(shù)據(jù)包時，接收軟件會根據(jù)接收到的遙測站編號，自動將照片子數(shù)據(jù)包分別按遙測站編號歸類，按順序拼合還原形成各遙測站遙測拍照照片，決不會出現(xiàn)這個遙測站照片子數(shù)據(jù)包亂串拼到另一個遙測站的照片數(shù)據(jù)總包的錯誤現(xiàn)象。

接收到遙測拍照照片暫存在接收軟件安裝目錄的“JPEG”子目錄下，文件名格式為：站名_測站編碼_JPEG_拍照時間.jpeg。例如：花貢_80707130_JPEG_20191017115044.jpeg，表示是站名為花貢，測站編碼為 80707130，拍照時間為 2019年 10月 17日11時50分44秒，照片保存為JPEG格式文件。遙測拍照到的彩色照片相應(yīng)效果見圖2所示。

圖2 花貢水文站水情遙測拍照照片效果

4.3.2 遙測照片入庫軟件

遙測信息接收軟件，對于雨水情數(shù)據(jù)是按水利部頒布的國家水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水情信息編碼》（SL330-2011）編寫成標(biāo)準(zhǔn)碼，落地存儲后由水利部信息中心下發(fā)的水情信息譯碼軟件通過ODBC數(shù)據(jù)源譯入實時雨水情數(shù)據(jù)庫，但這個水情信息譯碼軟件因發(fā)行早，沒有遙測照片解譯入庫功能，因此，只能自行編寫專門的遙測照片入庫軟件。該軟件也是通過ODBC數(shù)據(jù)源將遙測照片存入實時雨水情數(shù)據(jù)庫。由于國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符》（SL323-2011）沒有相應(yīng)的遙測照片數(shù)據(jù)表，本系統(tǒng)在實時雨水情數(shù)據(jù)庫增加了遙測照片數(shù)據(jù)表ST_Photo_R，結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 遙測照片數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

遙測照片入庫軟件第一次運行時，首先檢測所連接的實時雨水情數(shù)據(jù)庫內(nèi)是否有遙測照片數(shù)據(jù)表，如果沒有則自動創(chuàng)建，然后將有關(guān)遙測照片存入實時雨水情數(shù)據(jù)庫，遙測照片入庫軟件界面如圖3所示。

圖3 遙測照片入庫軟件界面

4.3.3 本地拍照軟件

在水情遙測站現(xiàn)場，可以將安裝了本地拍照軟件的電腦通過數(shù)據(jù)線將電腦RS232 接口與GXU-1001 型水情遙測終端的專用于本地數(shù)據(jù)采集的RS232接口相連接，運行本地拍照軟件，在遙測終端上通過按鍵在顯示屏上執(zhí)行本地拍照操作，本地拍照軟件將遙測終端發(fā)來的照片子數(shù)據(jù)包接收并合成相應(yīng)的實時照片并在界面上顯示。本地拍照軟件主要用于斷面照片現(xiàn)場采集和安裝時調(diào)試串口攝像頭位置、方向。

圖4 遙測照片查詢界面

4.3.4 遙測照片查詢軟件

我單位開發(fā)的水情自動監(jiān)控系統(tǒng)軟件，不僅可以查詢實時雨水情數(shù)據(jù)庫里的雨水情信息，還可以查詢遙測照片信息，查詢界面見圖4所示。

瀏覽遙測照片時，在瀏覽窗口的最左邊方框里，其上部為報汛等級選擇框，根據(jù)需要，對所需要查詢的報汛等級站類前打“√”；其下部為縣（區(qū)）行政區(qū)域選擇框，根據(jù)需要，對所需要查詢的縣（區(qū)）行政區(qū)域前打“√”。并設(shè)定查詢?yōu)g覽的開始時間和結(jié)束時間。選擇點擊某個遙測站名，如果這個遙測站在設(shè)定的開始至結(jié)束時間內(nèi)有遙測照片入庫時，右邊的斷面相片窗下方的照片導(dǎo)視條框內(nèi)從左到右按拍照時間降序列出設(shè)定時間內(nèi)的照片微縮圖，點擊“←”或“→”按鈕，從左到右或從右到左按時間降序或升序在相片窗上大幅顯示遙測照片。點擊放大鏡按鈕時，可以放大相片窗上遙測照片；點擊縮小鏡按鈕時，可以縮小相片窗上遙測照片；點擊“○”按鈕時，可以使相片窗上遙測照片還原為實際大小進(jìn)行顯示。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)自2012年開發(fā)以來，逐年地完善。2012年開始用于百色市重要中型水庫的水情遙測站，后來不斷擴大，逐步推廣應(yīng)用于百色市基本水文站、威后水電站水情遙測站，實踐證明，本系統(tǒng)運行結(jié)果達(dá)到預(yù)期目的，有效地服務(wù)于百色市水文測報和防汛抗旱工作。