引言?

在水文水利領(lǐng)域，及時(shí)、精準(zhǔn)地獲取各類水文數(shù)據(jù)對(duì)水資源管理、防洪減災(zāi)、水利工程調(diào)度等工作意義重大。遙測(cè)終端機(jī)作為關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理等重要任務(wù)，為整個(gè)水文水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。深入了解其使用原理，有助于更好發(fā)揮設(shè)備作用，提升水文水利監(jiān)測(cè)的質(zhì)量與水平。?

一、數(shù)據(jù)采集原理?

（一）傳感器連接與信號(hào)獲取?

遙測(cè)終端機(jī)配備豐富的接口，可與多種水文水利傳感器連接。常見(jiàn)的如水位、雨量、流量、水質(zhì)傳感器等。以水位傳感器為例，壓力式、超聲波式或雷達(dá)式傳感器通過(guò)感應(yīng)水體壓力、聲波反射、電磁波反射，將水位變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。雨量傳感器則將雨滴撞擊產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。終端機(jī)可支持多個(gè) 485 接口，方便連接各類水文水質(zhì)傳感器，像水位、雨量、溫濕度、流速、流量、風(fēng)速風(fēng)向、閘位、電池電壓等數(shù)據(jù)都能精準(zhǔn)采集，特殊傳感器也可按需定制 。?

（二）模擬信號(hào)數(shù)字化?

傳感器輸出的多為模擬信號(hào)，遙測(cè)終端機(jī)內(nèi)置高性能工業(yè)級(jí) 32 位通信處理器，集成模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模塊，能快速將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)。比如，將水位傳感器輸出的 0 - 5V 模擬電壓信號(hào)，按設(shè)定分辨率轉(zhuǎn)化為 0 - 4095 的數(shù)字量，便于終端機(jī)后續(xù)處理與傳輸。?

二、數(shù)據(jù)處理原理?

（一）數(shù)據(jù)校準(zhǔn)與糾錯(cuò)?

受傳感器誤差、環(huán)境干擾等因素影響，采集的數(shù)據(jù)可能存在偏差。終端機(jī)利用內(nèi)部算法，結(jié)合預(yù)設(shè)校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。以水位數(shù)據(jù)為例，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)水位點(diǎn)對(duì)采集數(shù)據(jù)線性校準(zhǔn)，提升準(zhǔn)確性。同時(shí)，通過(guò)奇偶校驗(yàn)、CRC 等糾錯(cuò)算法，檢測(cè)、糾正傳輸中出錯(cuò)的數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)完整性與可靠性。?

（二）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與緩存?

終端機(jī)自帶 FLASH 存儲(chǔ)，并支持最高 256GB 容量的 TF 卡作為海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)永久存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，掉電數(shù)據(jù)不丟失。采集處理后的數(shù)據(jù)先存入本地緩存，既防止傳輸時(shí)因網(wǎng)絡(luò)故障丟失數(shù)據(jù)，又能按設(shè)定時(shí)間間隔或觸發(fā)條件批量傳輸，提高傳輸效率與穩(wěn)定性，如每小時(shí)整點(diǎn)將緩存數(shù)據(jù)打包上傳至數(shù)據(jù)中心。?

三、數(shù)據(jù)傳輸原理?

（一）通信模塊選擇與連接?

該終端機(jī)通信功能強(qiáng)大，支持 GPRS、4G、短消息、衛(wèi)星、433、以太網(wǎng)等多種通信方式。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，優(yōu)先選用 GPRS/4G 模塊與運(yùn)營(yíng)商基站連接傳輸數(shù)據(jù)；偏遠(yuǎn)或信號(hào)差區(qū)域，采用衛(wèi)星通信模塊通過(guò)衛(wèi)星鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)；短距離、低功耗場(chǎng)景則可使用 433 通信進(jìn)行局域組網(wǎng)。?

（二）數(shù)據(jù)打包與協(xié)議轉(zhuǎn)換?

傳輸前，終端機(jī)按通信協(xié)議將緩存數(shù)據(jù)打包。如采用 TCP/IP 協(xié)議時(shí)，把水文數(shù)據(jù)封裝成 IP 數(shù)據(jù)包，添加源 IP、目的 IP、端口號(hào)等頭部信息。同時(shí)，為確保不同系統(tǒng)兼容，可將內(nèi)部自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換為符合《SL651 - 2014 水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信規(guī)約》的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，便于數(shù)據(jù)中心準(zhǔn)確接收處理。支持主備信道切換，以及 GPRS 短信同時(shí)上報(bào)（短信內(nèi)容格式可定制），具備斷網(wǎng)續(xù)傳功能，可自動(dòng)或手動(dòng)補(bǔ)傳數(shù)據(jù)。?

四、遠(yuǎn)程控制與管理原理?

（一）指令接收與解析?

數(shù)據(jù)中心可向終端機(jī)發(fā)送指令，通過(guò)通信鏈路傳輸，由通信模塊接收，再經(jīng)微處理器解析。指令涵蓋數(shù)據(jù)采集頻率調(diào)整、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、設(shè)備重啟等。如數(shù)據(jù)中心發(fā)現(xiàn)某監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位數(shù)據(jù)變化異常，可發(fā)送指令將采集頻率從 10 分鐘一次調(diào)為 5 分鐘一次。?

（二）狀態(tài)反饋與響應(yīng)?

終端機(jī)執(zhí)行指令后，向數(shù)據(jù)中心反饋設(shè)備狀態(tài)。設(shè)置參數(shù)后，回傳新參數(shù)及設(shè)置結(jié)果。還會(huì)定期上報(bào)運(yùn)行狀態(tài)，包括電量、通信信號(hào)強(qiáng)度、存儲(chǔ)容量等，便于數(shù)據(jù)中心監(jiān)控設(shè)備，預(yù)警、處理潛在故障。支持遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程升級(jí)、遠(yuǎn)程重啟、遠(yuǎn)程維護(hù)功能，也可現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手機(jī)無(wú)線連接設(shè)備，利用小程序或 WEB 配置設(shè)備、查看狀態(tài)。?

五、其他特性?

（一）低功耗與寬電壓設(shè)計(jì)?

終端機(jī)具備超低功耗特性，靜態(tài)電流＜1MA（12V），待機(jī)工作電流＜10MA（12V），支持實(shí)時(shí)在線以及定時(shí)喚醒等工作方式，有效節(jié)省能源。采用寬電壓設(shè)計(jì)，DC6 - 30V 均可正常工作，且具備反接保護(hù)和短路保護(hù)功能，保障設(shè)備在復(fù)雜電力環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。?

（二）防雷與顯示設(shè)計(jì)?

所有輸入輸出端口采用抗雷擊設(shè)計(jì)，可省卻外置防雷保護(hù)模塊，降低設(shè)備遭雷擊損壞風(fēng)險(xiǎn)。配備 4.3 寸、480*272 分辨率電容觸摸屏，方便現(xiàn)場(chǎng)操作與數(shù)據(jù)查看。同時(shí)支持本地 USB 以及 WIFI 配置、數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出 。?

（三）圖片抓拍與視頻功能?

支持 2 個(gè)工業(yè)相機(jī)抓拍上傳，便于直觀獲取現(xiàn)場(chǎng)情況。還具備 2 路視頻字符疊加功能，可將關(guān)鍵數(shù)據(jù)疊加在視頻畫(huà)面上。配套上位機(jī)軟件，能設(shè)置渠道、管道、河道斷面等相關(guān)參數(shù)，支持 3 個(gè)中心站，實(shí)現(xiàn) “一包多投” 功能。此外，設(shè)備符合《SL180 - 2015 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備遙測(cè)終端機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足水文水利監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)規(guī)范要求。?

六、結(jié)語(yǔ)?

遙測(cè)終端機(jī)憑借數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸及遠(yuǎn)程控制等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)水文數(shù)據(jù)的高效、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)管理。其原理涵蓋從傳感器信號(hào)獲取到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互的各個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)緊密協(xié)作。隨著科技進(jìn)步，遙測(cè)終端機(jī)性能與功能不斷提升，未來(lái)將在水文水利事業(yè)中發(fā)揮更重要作用，為水資源科學(xué)管理、合理利用提供有力技術(shù)支撐。?