基于手机短信的水电站施工期水情自动报汛系统研发.pdf

'水利水电技术第47卷2016年第12期基于手机短信的水电站施工期水情自动报汛系统研发陆玉忠，胡宇丰，李匡，徐海卿(中国水利水电科学研究院北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038)摘要：设计了水电站施工期专用短信报汛方案，基于GSM网络的短信业务开发了水电站施工期自动报汛系统。系统按照用户预先配置的手机短信方案，将水情测报系统中的流域水情信息自动编制成定时、振铃回复、预警、预报等报汛短信，通过GSMModem设备直接发送至最终用户的手机。该系统已经在锅浪跷水电站施工期水情服务工作中投入应用，运行稳定、可靠，能满足水电站施工期水情报汛工作的需要。关键词：锅浪跷水电站；施工期；GSM；手机短信；水情报汛doi：10．13928／j．cnki．wrahe．2016．12．004中图分类号：7Ⅳ124文献标识码：A文章编号：1000．0860(2016)12．0019一05Re鸵疵handde、，elopI眦ntofSMS-based卸t伽瞳aticn伽diIIfomati蚰reportingsyst哪forconstnlctionperiodofhydropowerstationLUYuzhong，HUYufeng，UKuang，XUHaiqing(Beijing研HRTechnologyCo．，Ltd．，ChinaInstituteofwaterResources粕dHydropowerResearch，Beijing100038，China)Abstract：AschemeofspecialSMS-basednoodinfoHnationreportingd血ngt|leconstmctionperiodofhydropowerstationisde—signedherein，f南mwhichaSMSofGSMnetwork-basedautomaticnoodinfonnationreponingsystemforconstmctionperiodofhydropowerstationisdeveloped．Inaccordance试ththepre-cordjguredSMSpro铲锄ofu$er，thesystemautomaticallycompilesthenoodiIlfb珊ationf如mthehydrolo西calforecastingsystemoftherelevarltriverbasinintothetiming，rin百ngreply，eadyw锄一ing，forec嬲ting，etc．mobilephonenoodreportingshortmessages，andthendirectlysendtIlemtotllemobilephoneoftlleendusertllroughGsMModemdevice．ThissystemisalreadyputintotIleapplicationtothenoodi证油ationreportingsen，ice丽thstableandreliableoperationfortlleconstmctionofGuolangqiaoHydropowerStation，whichcaIlmeetthedemandfromthenoodinfonIlationreportingduringtIleperiodoft11econstmctionofthehydmpowerstatioILKey啪rds：GuolangqiaoHydropowerStation；constmctionperiod；GSM；mobilephoneshortmessage；noodi山册ationrepor．ting1研究背景在一个流域或区域内，降雨量达到或超过某一量级和强度的临界雨量时，会发生山溪洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害¨。2J。水电站为了增加发电水头、减少淹没耕地及移民费用，一般都建设在山区，因而加强对流域雨水情实时监测以及对重要断面进行洪水预报是保证水电工程施工及人员安全、如期完成的必要胁衙Rao¨∞dndHyd唧Dl‘wE倒∞州吆肋L47ND．，2措施，也越来越得到业主及建设单位的重视，以往大多是通过建立人工观测站，采用人工通过电报或电话报汛的方式来达到目的。随着计算机、通信、网络等科学技术的发展，现在一般都通过建设流域水情自动测报系统来达到目的。水情自动测报系统遥测站雨、收稿日期：2016一05—24作者简介：陆玉忠(1965一)，男，高级工程师。19 陆玉忠，等∥基于手机短信的水电站施工期水情自动报汛系统研发水情信息虽然能及时发送到中心站，但只有中心站水情值班人员能掌握这些信息，而业主及工地施工人员这些最终用户难以直接掌握，需要通过值班人员及时通报才能获取。这种报汛方式一方面水情值班人员的工作比较繁琐、费时，另一方面服务质量容易受人为因素影响，最终用户获得雨、水情信息的时效性、准确性难以保证。四川锅浪跷水电站施工期水情自动测报系统于2016年4月投运，其中研发的水情自动报汛系统可对最终用户实现自动化报汛服务，从流域上野外遥测站自动采集雨、水情数据，到传送至中心站自动处理、存储、统计，再采用手机短信方式自动发布到最终用户，中间过程不需要人工干预，基本实现了无人值守运行。该自动报汛系统的运行不仅能保证最终用户及时掌握流域雨、水情实况信息，还可减少水情自动测报系统运行管理值班的人力资源，有效降低人力成本，提高水电站施工期水情服务的质量。2施工期水情信息需求与自动报汛系统总体方案水电站施工期建设水情自动报汛系统的目标与运行期有所不同，主要是为水电站施工期提供水情服务，保障施工及人员安全；施工期水情信息的最终用户也不一样，主要是业主管理人员及工地施工人员。故本次水情自动报汛系统研发的目标是将施工期水情自动测报系统采集到的流域雨、水情信息，经过数据整理以后能自动、快捷地用最经济、有效、明了的方式报送到每一个用户。系统研发的总体方案为：(1)设计电站施工期报汛方案。水电站施工期水情信息的最终用户较多，包括业主管理人员，施工工地建设单位的生产经理、安全总监及相关部门的主任等，大多不是水文专业人员，显然不能将水情测报系统所有数据都发送到最终用户，需对中心站采集的遥测数据进行整理、分析，根据用户需求编制水电施工期专用报汛方案，研究非水文专业人员可以接受的、最明了的报汛信息呈现形式，确定最合理的报汛频次，用以满足电站施工期防汛最终用户的需求。(2)根据报汛需求及报汛方案，开发报汛自动化软件。软件要求具有通用性，操作界面简捷，如果该软件移用到其他流域自动测报系统或报汛方案需要调整，报汛自动化软件只需在操作界面上编辑改变相关参数即可自动完成，而不需要再修改软件本身。3水情自动报汛通信方式和报汛方案3．1系统报汛通信方式手机短信服务(ShortMessageService，SMS)是一种在蜂窝移动通信系统中被广泛应用的通信功能，短信通过全球移动通信系统(GlobalSystemforMobilecommunications，GsM)网络来传输。以GsM为信道作为数据无线网络是一种很有效的方法，其原理简单，安全保密性高，且不需要组建专用网络和维护网络，加上GsM网络覆盖面广，与传统的通信方式相比，有着其独特的优势∞“j。四川锅浪跷水电站施工期水情自动测报系统的遥测站至中心站都采用双信道(GSM、北斗卫星)通信方式，选用GSM为主信道，北斗卫星为备用信道。另考虑到系统的最终用户一般都有手机，所以选择采用GsM手机短信方式报汛。本次研发选用GSM方式基本上不需要增加成本开销和设备安装，为了不影响水情自动测报系统中心站现有GsMModem设备的数据接收，另外加配了一个移动GSMModem设备，通过串口服务器连接到数据通信服务器，再配合手机SIM卡，专门用于报汛短信发送。3．2基于手机短信的施工期报汛方案3．2．1定时及振铃回复报汛方案报汛方案如下：(1)针对流域内布设的遥测水位站及雨量站所采集到的实时信息以手机短信方式定时主动向用户报汛，格式为：××××年××月××日××时，X站水位盖，(m)，⋯，流域平均雨量(8时一X时)：X(mm)。(2)枯期或水位变化缓慢时，每日8时、20时主动报汛2次；主汛期每日8时、14时、20时主动报汛3次。(3)授权用户随时可拨打电话(GSMModem设备配的SIM卡电话号)，通过振铃以后，自动回复实时报汛短信(格式与定时报汛短信格式一致)。(4)洪水期或水位变化急剧期，视工程建设需要，可增加主动报汛次数。3。2．2水情预警报汛方案当流域各遥测站雨、水情达到预先设置的预警值时，应及时向用户发送水情预警短信。3．2．2。1水位(或流量)预警当流域中某一水位站的水位(或流量)值超过某几个设定的预警值时，主动发送水位(或流量)预警短水利水电技术第47卷2016年第12期 信，每个遥测水位站至少可预先设置五级预警上限水位(或流量)，以区分不同的洪水等级。按照《水文情报预报规范》(GB／T22482—2008)，一至五级参考设置如下：一级预警值为小洪水，是指水文要素重现期小于5年的洪水；二级预警值为中洪水，是指水文要素重现期5—20年的洪水；三级预警值为大洪水，是指水文要素重现期20～50年的洪水；四级预警值为特大洪水量级之一，是指水文要素重现期大于手工编制报汛短信[巫垂垂互]50～100年的洪水；五级预警值为特大洪水量级之二，是指水文要素重现期大于100年的洪水。例如水位预警手机短信格式为：××××年××月××日××时××分，x站实时水位为x。(m)大于第戈级预警值蜀(m)13．2．2。2雨量预警当流域中某一雨量测站的日累计雨量(当日8时至当前时间的降雨量)超过某几个设定的警戒值时，主动发送雨量预警短信。各雨量测站日累计降雨量至少可预先设置五级预警上限值。按照气象部门规定的暴雨量级划分标准，一至五级的参考设置如下：一级预警值为大雨(25mm)；二级预警值为暴雨(50mm)；三级预警值为大暴雨量级之一(100mm)；四级预警值为大暴雨量级之二(150mm)；五级预警值为特大暴雨(250mm)。雨量预警短信格式为：××××年××月×x日××时××分，x站日雨量为墨(mm)大于第戈级预警值X，(mm)13．2．3洪水预报报汛方案值班人员应密切关注和掌握流域实时水雨情和本地区中短期天气预报，当流域发生较大降雨、洪水时，应采用水情自动测报系统采集到的实时雨水情资料，结合当地公开的气象信息、电站初步设计阶段水文资料等，针对坝址洪水过程进行预报，包括施工期堰前(坝前)水位。并将预报结果及时发送到最终用户。预报短信格式为：××××年x×月×x日××时预报x站未来1至n小时的流量(m3／s)：x，，x：，⋯，X。；水位(m)：xl，x2，⋯，X。。预报发布后，若天气和水文情势发生变化或预报水情与实测水情有较大偏差时，应及时做好修正预报，并向最终用户发送修正的洪水预报短信(与预报水利水电技术第47卷2016年第12期陆玉忠，等∥基于手机短信的水电站施工期水情自动报汛系统研发水情自动测报系统数据采集系统综合数据库≯“7z霉移动公网霉々个＼、，毳銎后台自动发送报汛短信后台自动编制报汛短信图1水情自动报汛软件功能结构短信格式一致)。4水情自动报汛系统功能研发与应用4。1系统软件功能开发锅浪跷水电站施工期水情自动测报系统中心站服务器操作系统选用windowsserver2012，工作站操作系统选用windows7专业版，数据库平台系统选型为sQLServer2012。水情自动报汛系统软件功能开发在水情自动测报中心站网络平台上进行，以水情自动测报数据库为基础，增加必要的数据表用于数据交换及存储。系统应用软件采用VB．net开发，后台自动运行软件部署在通信服务器，客户端应用软件安装在工作站，其软件功能结构如图1所示。4．1．1后台自动运行软件后台自动运行软件除配备了状态监视，发送记录查询、事务日志等辅助功能外(如图2)，还有以下主要功能：(1)自动整理报汛数据。将水情报汛可能需要的数据预先设计并规定好指标编号及其名称，随着遥测数据的不断采集，需要对数据自动处理分类，加上指标编号保存到数据库的报汛数据专用表，以便于短信编制时能快速读取，主要包括流域雨、水情(各测站及其各时段长水位、流量、雨量、水势)、气象站信息(温度、湿度、气压)、洪水预报结果等。(2)自动编制报汛短信。系统需要自动编制的短信主要有定时报汛短信、振铃回复报汛短信、预警短信、洪水预报短信等。这些短信编制与发送受控于用户预先制定的报汛短信方案。具体如下：定时报汛短信方案应包括方案编号、方案名称、查询代码、发送时间、方案编制内容(主要有时间、前缀修饰语、指标名称、后缀修饰符、数据显示格式、⋯⋯)，以及} 陆玉忠，等∥基于手机短信的水电站施工期水情自动报汛系统研发图2后台自动运行软件主界面短信接收人员及号码等。振铃回复报汛短信则是由授权用户通过拨打电话，短信模块收到振铃提示后再根据相应的短信方案自动编制报汛短信；预警短信主要是由于各测站所测到的数据超过某一预先设置的预警值后自动编制相应的预警报汛短信，还可针对系统进程、中心站网络、遥测站系统等问题编制报警短信，一般发送给系统值班管理人员；洪水预报短信是值班人员利用自动测报系统做出洪水预报后，可直接编制成预报报汛短信，短信编制完成后加上编号，如果短信较长则需自动拆分成多个(短信一次可传输的数据量不能多于140个字节)，保存到数据缓冲区中，等待自动发送模块进行发送处理。(3)自动发送报汛短信。该软件模块不断监视待发缓冲区中待发送短信记录，一旦发现待发记录，立即传送到短信自动发送软件，通过串口服务器由GSMModem设备发出，并读取收到的回复短信记录，以判断是否发送成功，再形成完整的短信发送情况记录，存人数据库短信发送记录表，供值班管理人员查询。GSMModem为串行设备，在接收和发送短信时需要解决好串行设备与并行任务的并发问题，该软件开发使用缓存技术实现了并行任务的排队。4．1．2客户端应用软件客户端应用软件如下：(1)用户电话号管理。用于添加、修改、删除用户的姓名、手机号码、固定电话号码、职务等信息。对已保存的电话号码进行分组管理，短信方案制定时可以挑选不同的组群来设计发送方案。(2)报汛短信方案制定及修改。提供简捷操作界面用于对各类短信方案进行定制及修改，用户只需简单操作培训，基本上点击鼠标选择配置就可达到目的。表1是锅浪跷水电站施工期报汛短信方案制定应用的几个代表性(定时、预警、振铃、手动)实例，方案内容中“【】”内为指标名称，在自动编制时只需从数据库读取相应时间的数据替代即可生成手机短信。(3)手工编制报汛短信。提供一个灵活的短信人工编辑界面，用户可以自己输入短信内容，也可选择已有的短信定制方案及时间，执行“读取短信”功能自动生成相应的短信，在这基础上再修改或增加内容。主要用于编制发送一些人工预报、纠错、通知等短信，在操作人员编辑确认后，再选择发送到相关人员。(4)短信发送记录查询。通过这一用户操作界面可以全面查询已经发送短信的记录，可选择或设置各种查询条件，例如发送方式有自动、手动、振铃回复、报警等，发送结果成功、不成功及等待发送，发送的人员、群组，发送的时间范围等。4．2系统软件应用锅浪跷水电站施工期水情自动测报系统于2016表1锅浪跷水电站施工期报汛短信方案制定应用实例短信方案名称发送方式发送频率发送时间方案内容发送到群组yyyy年MM月dd日HH时，昂洲河水位【昂洲河水位值】(m)，长河01(锅浪跷电站)08点报汛自动每天8时X分坝水位【长河坝水位值】(m)，导流洞进口水位【导流洞进口水位值】02(中水科技)(m)，流域雨量【流域雨量日累加值】(mm)。03(水电七局)yyyy—MM—ddHH：mm昂洲河水位为【昂洲河水位】(m)，大于第01(锅浪跷电站)昂洲河水位报警报警每天02(中水科技)【几级】级警戒值【警戒值】(m)103(水电七局)yyyy—MM—ddHH：mm【测站名称】日雨量为【日雨量】(mm)，大01(锅浪跷电站)测站日降雨报警报警每天02(中水科技)于第【几级】级警戒值【警戒值】(mm)!03(水电七局)yy)，y年MM月dd日HH时，昂洲河水位【昂洲河水位值】(m)，长河01(锅浪跷电站)振铃回复短信振铃每天坝水位【长河坝水位值】(m)，导流洞进口水位【导流洞进口水位值】02(中水科技)(m)，流域雨量【流域雨量日累加值】(一)。03(水电七局)yyyy年MM月dd日HH时预报导流洞进口未来l一3小时流量(m3／s)：01(锅浪跷电站)【预见期第1小时预报流量】，【预见期第2小时预报流量】，【预见期第预报报汛短信手动02(中水科技)3小时预报流量】；水位(m)：【预见期第1小时预报水位】，【预见期第03(水电七局)2小时预报水位】，【预见期第3小时预报水位】。水利水电技术第47卷2016年第12期 年4月投运，系统在流域布设4个雨量站(蚂蝗坝、状元坪、柏木河、白茶坪)，3个水位加雨量站(昂洲河、长河坝，导流洞进口)。该系统野外遥测站采集并向中心站发送的雨、水情数据分为定时自报、阀值增量自报、招测响应报，并自动存储到中心站系统综合数据库。系统中集成了本次研发的水情自动报汛系统，在系统工作站安装了自动报汛客户端应用软件，主要用于用户电话号管理、报汛短信方案制定及修改、手工编制报汛短信、短信发送记录查询等工作。在系统服务器部署后台报汛自动运行软件，主要负责自动整理报汛数据、编制报汛短信、发送报汛短信。从系统软件的运行情况看，自动报汛客户端应用软件功能比较全面，能满足用户对系统运行、管理的实际需要；后台报汛自动运行软件长时间运行稳定、可靠，实现了对遥测数据的自动整理、报汛短信的自动编制与发送。该系统可通过发送定时报汛短信、振铃回复报汛短信、预警报汛短信、预报报汛短信等对所有的最终用户实现自动化报汛服务。从试运行实际情况来看，水情施工期自动报汛系统开发集成到水情测报系统，使得施工期水情测报系统从流域上遥测站自动采集雨、水情数据，到传送至中心站自动处理、存储、统计，再整理后采用手机短信方式自动发布到最终用户，中间过程不需要人工干预，基本实现了无人值守运行，进一步提高了整个系统运行的自动化程度及其提供水情服务的质量。5结语水电站施工期水情自动报汛系统选用最方便、经济、有效的GsM通信方式，通过设计施工期专用的陆玉忠，等∥基于手机短信的水电站施工期水情自动报汛系统研发手机短信报汛方案、开发系统应用软件实现了水电站施工期自动报汛服务，系统利用预先制定的短信方案将流域水情信息自动编制成定时、振铃回复、预警、预报等报汛短信，直接发送至最终用户的手机，不受人为因素影响，最终用户获取雨、水情信息的时效性、准确性得到了保证。设计的报汛短信采用文字与数据相结合的形式，简捷明了，最终用户即使不是水文专业，不用培训也能看懂。系统具有通用性，为用户提供了报汛短信方案制定及修改的简捷界面，不用修改软件就可对短信编制的内容、定时发送频次、测站雨量及水位(或流量)预警值、接收人员等随时进行调整，满足水电站施工期水情服务的需要。该系统已经在锅浪跷水电站施工期水情服务工作中投入应用，从实际的应用情况来看，系统运行稳定、可靠、实用，自动化程度较高，效果良好，达到了预期的研发目标。参考文献：[1]张志彤．山洪灾害预防措施与成效[J]．水利水电技术，2016，47(1)：1—5，11．[2]刘媛媛，胡昌伟，张红萍，等．资料匮乏地区山洪临界雨量确定方法[J]．水利水电技术，2014，45(8)：15—17．[3]陈新国，操文健，卞俊杰．手机短信在水文测站报汛中的应用[J]．水利水电快报，2008，29(12)：15-17．[4]scottB．Guthery，MaryJcmnin著，田敏，黄翊等译．移动应用开发短信业务和sIM卡开发包[M]．北京：人民邮电出版社，2003(9)．[5]刘威，冯金巧，卢国栋．交通信息短信发布系统研发[J]．交通信息与安全，2叭O，28(1)：43—46．[6]林宇洪，景瑞，景林．森林防火手机短信平台的设计与实现[J]．珏南林学院学报，2009，29(4)：59—62．(责任编辑陈小敏)户台国波封二：重庆新世纪电气有限公司封三：安徽水韵环保科技有限公司封底：中国电建十一局郑州科研设计有限公司前插一：唐山汇中仪表股份有限公司前插二一三：甘肃大禹节水集团股份有限公司前插四：无锡金帆钻凿设备股份有限公司水利水电技术第47卷2016年第12期前插五：中国煤炭科工集团西安研究院有限公司前插六：四川省飞翔测绘设备有限公司前插七：上海久鼎绿化混凝土有限公司目次页：《水利水电技术》杂志协办单位暗158：北京新世纪大禹防水工程有限公司23'