基于工业路由器水利监控应用解决方案
时间：2016-01-19 来源：本站原创1、行业概述
水利信息化就是充分利用现代信息技术，开发和利用水利信息资源，包括对水利信息进行采集，传输，存储，处理和利用，提高水利资源的应用水平和共享程度，从而全面提高水利建设和水事处理的效率和效能。随着中国水利行业以及船舶运输行业的的迅猛发展，我国河流、运河、水库等区域的相关产业也得到了进一步发展壮大，随着信息化建设步伐的加快，对河流、运河、水库等区域的相关信息化控制以及安全监控系统的步完善，可以实现对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行实时动态监控，以便及时采取预防和相应的抢险措施，保障人民生命财产安全。
水文站是收集水资源信息的基本站点，是水文工作的基础。水文站网持续地对我国江、河、湖、库的地表水、地下水的水量、水质等进行观测，实时收集水文水资源数据，对水资源开发、利用、管理、保护，实现水资源的合理调配，提高水资源利用率和改善水生态等方面具有十分重要的作用。同时，还为防汛防潮的指挥调度提供了及时、准确的决策依据。
建设水文站远程实时监测系统，实现对地上、地下水资源信息的实时监测，对水源地及管理区实施全面视频监控，将现场采集的数据、图像、声音、视频等基础信息实时传送到监控中心，极大地提高测报工作的精确度，改善传统监测的工作质量，实现真正意义的实时水文信息的采集、监控和统一管理。
2、政策背景
水利工程建设的现代化是为国家现代化服务的，因此水利行业现代化首先要满足国家现代化进程中社会对水的各种需求。但是，水资源是有限的，对水资源的开发利用又必须遵循自然规律。
水利工程行业的现代化还表现为能清楚地认识水的基本规律，引导社会对水资源进行合理利用，控制不合理的需求和消费。
中国水利工程现代化是为满足中国现代化对水利的需求。即在保障社会经济、环境、生态安全的前提下，引导和控制各行业的用水需求，对有限的水资源进行合理配置，以满足中国现代化进程中对水资源的总体需求。其基本途径是通过以流域为单元的国土综合整治和强化流域管理，提高流域国土的安全度、舒适度和富裕度
根据前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国水利工程行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析：中国水利工程现代化过程将贯穿21世纪，目标应当是：未来在20年左右时间内使经济发达的大城市周围首先实现水利现代化。
1. 水文信息安全防范要求高，在遇到刮风、暴雨、决口等灾害时，水文信息能够及时传递到相关管理部门，在最短时间内采取相应解决措施。
2. 水文站点在地理位置上分布较广、位置较偏僻，监控点选择时应考虑到摄像机安装地点，要求视野广、无障碍、监控角度大，尽量少设监控点，如无法回避死角，可增加监控点。
3. 一般各个水文站采集的数据需要先汇总到乡水文站，各个乡水文站再将这些信息传回到县水文站。因此，要求乡水文站、县水文站架设的无线设备所提供的带宽较大，满足业务传输的带宽需求，确保无线链路稳定性。
4. 当县水文站与乡水文站距离较远时或中间不可视，存在遮挡的情况下，需要架设中继设备。
5. 水利水文站数据采集监控系统的传输业务一般以数据为主，例如:水位、流量、流速、潮差等。
6. 考虑传输数据的准确性对防汛防潮指挥有重要的作用。
4、应用前景
水文无线监测系统，可在多种环境下运作，抗灾性较好，可确保水文信息采集系统在各种恶劣天气情况下，都能正常运行;安装方便，无需铺设网络电缆，可大量节省投资;具有极强的灵活性和可扩充性，通过在需要监测的地点架设监控摄像设备和无线基站，即可迅速实现系统的拓展，促进逐步全面实现水文信息采集自动化、数字化和网络化。
水利行业中，由于水利对国计民生的重要性，加上电信运营商的基础设施条件和业务选择性推动，有线网络仍是主要传输途径，也是水利部门的首选方式，从以往的项目建设经验看，至少占了七成以上。而无线传输在过去主要是作为水文采集和图片传输的通道，现在也是作为辅助手段来填补难以铺设线路的地域监控需求。
安防系统中采用何种传输方式，一般会结合监控的要求和环境两方面来考虑，对于监控画面要求清晰、实时的点位（比如水库、堤围、渔港、枢纽等），一般采用有线传输，会自建专网或租用运营商的专线资源（至少也有ADSL专线），传输稳定、带宽充足，可以保障监控效果，问题是施工周期长、投入大、维护难度大，目前也基本只有电信运营商才愿意建设。
一些无人值守泵站、河道监测站、水文站位于崇山峻岭深处或荒无人烟之地，或者即便在城区，但有线网络难以到达或者是投资收益比例差距较大，需要考虑无线网络（目前以3G/4G网络为主，也有考虑Wi-Fi的）或点对点传输通道（如微波无线扩频、OFDM、COFDM），优势是架设周期短、成本低，便于安装施工、调试、运行、维护。
（1）有线方式
有线方式主要有：有线以太网（RJ45线、光纤）、工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）。
有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大，缺点是布线复杂、扩展性差、施
工成本高、灵活性差。
工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）优点是数据传输可靠，设计简单，缺点是
布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。
（2）无线方式
无线方式主要采用移动运营商的无线网络数据接入业务，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及最新的4G LTE网络等。
无线方式的优点是：成本低廉、建设工程周期短、适应性强、扩展性好、维护方便并且扩展容易。
智能水利远程监测系统主要由信息中心、通信网络、水利远程监控点3部分组成。
1、信息中心：信息中心由相应的应用服务器与通信服务器组成，通信服务器用于与各水利远程监控点的通信，应用服务器用于记录各水利远程测控点的相关信息。
2、通信网络：通信网络作为信息中心与各水利远程监控点进行信息交换的枢纽，是整个系统中的核心部分，其工作特点是通信次数频繁，每次的通信传输量不大。考虑到智能水利远程监控系统将来业务的发展和系统的可扩展性，系统采用专线方式接入到3G/4G广域网络中。各终端的信息数据从终端到达3G/4G广域网络后通过专线和智能水利远程监测系统连接，智能水利远程监测系统和3G/4G广域网络之间通过防火墙进行保护。
3、水利远程监控点：水利远程监测点采用3G/4G广域网，所有的信息数据通过3G/4G广域网络进行传输。
方案一：水利系统工业路由器应用拓扑图
1、才茂工业路由器可以提供RJ45/RS232/RS485端子接口等各种接口的设备与各种适配的水文监测传感器连接；
2、工业路由器通过各种无线网络，将各种水文数据无线透明传输到服务器端的系统管理平台。
考虑到水利远程监测系统容量大、监控点多而分散、对信息数据的智能处理分析要求高的特点，采用专线接人和专用APN方案。使用专用的APN有：进行访问权限的控制，比因特网的安全性能提高、可控性提高，网络传输的优先级得到保证等好处。
7、核心产品
才茂3G/4G工业级无线路由器，通过3G/4G网络，将遍布各地的自助服务终端实现安全、稳定、可靠组网，组网规模大、部署距离不受限制、建设工期短，预算初投资小，为跨区域大数据管理提供技术保障。
产品主要功能：
1、 内置3G/4G模块,双模同时在线,自由切换
2、 双模链路备份,支持3G/4G和有线备份
3、 支持VPDN、APN,支持IPSec(支持CA数字证书)、GRE、IPIP、PPTP、L2TP和DHCP Server
4、 支持WEB、CLI、SSH、平台多种参数管理方式,本地、远程、平台固件和补丁升级
5、支持WEB 配置保存和恢复，实现参数的备份和批量设备的快速配置
6、智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线
7、支持TFTP 软件远程升级
8、支持DHCP/DHCPD 功能
产品特色特性：
1、工业级无线模块：采用工业级无线模块，抗干扰强，传输稳定。
2、电磁防护：以太网接口内置1.5KV 电磁隔离防护
3、使用方便简单,上电自动拔号,故障率低
4、采用软硬双看门狗设计,永远在线模式,确保24小时在线运行、自动维护
5、串口ESD 保护：串口RS232 内置15KV ESD 保护。
6、支持M2M云平台设备在线状态管理功能,维护简单、成本小
7、EMC电磁兼容3、4级,适用于对稳定性要求高、干扰较大的环境
8、结束语
水文是水资源开发利用管理与保护、防治水害以及工程建设规划、设计、施工、管理、调度的依据。在大力加强节水、保护水质、实现水资源的可持续利用的前提下，提高现有水资源的管理水平尤为重要。水文站是收集水信息的基本站点，是水文工作的基础。通过水文站持续地对我国江、河、湖、库的地表水、地下水的水量、水质等进行观测，实时收集水资源数据，对水资源开发、利用、管理，保护，实现水资源的合理调配，达到提高水资源的利用率和改善水生态的目标等方面具有十分重要的作用。同时，还可为防汛防潮指挥调度提供了及时、准确的决策依据。
水利信息化就是充分利用现代信息技术，开发和利用水利信息资源，包括对水利信息进行采集，传输，存储，处理和利用，提高水利资源的应用水平和共享程度，从而全面提高水利建设和水事处理的效率和效能。随着中国水利行业以及船舶运输行业的的迅猛发展，我国河流、运河、水库等区域的相关产业也得到了进一步发展壮大，随着信息化建设步伐的加快，对河流、运河、水库等区域的相关信息化控制以及安全监控系统的步完善，可以实现对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行实时动态监控，以便及时采取预防和相应的抢险措施，保障人民生命财产安全。
水文站是收集水资源信息的基本站点，是水文工作的基础。水文站网持续地对我国江、河、湖、库的地表水、地下水的水量、水质等进行观测，实时收集水文水资源数据，对水资源开发、利用、管理、保护，实现水资源的合理调配，提高水资源利用率和改善水生态等方面具有十分重要的作用。同时，还为防汛防潮的指挥调度提供了及时、准确的决策依据。
建设水文站远程实时监测系统，实现对地上、地下水资源信息的实时监测，对水源地及管理区实施全面视频监控，将现场采集的数据、图像、声音、视频等基础信息实时传送到监控中心，极大地提高测报工作的精确度，改善传统监测的工作质量，实现真正意义的实时水文信息的采集、监控和统一管理。
2、政策背景
水利工程建设的现代化是为国家现代化服务的，因此水利行业现代化首先要满足国家现代化进程中社会对水的各种需求。但是，水资源是有限的，对水资源的开发利用又必须遵循自然规律。
水利工程行业的现代化还表现为能清楚地认识水的基本规律，引导社会对水资源进行合理利用，控制不合理的需求和消费。
中国水利工程现代化是为满足中国现代化对水利的需求。即在保障社会经济、环境、生态安全的前提下，引导和控制各行业的用水需求，对有限的水资源进行合理配置，以满足中国现代化进程中对水资源的总体需求。其基本途径是通过以流域为单元的国土综合整治和强化流域管理，提高流域国土的安全度、舒适度和富裕度
根据前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国水利工程行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析：中国水利工程现代化过程将贯穿21世纪，目标应当是：未来在20年左右时间内使经济发达的大城市周围首先实现水利现代化。
我国水利观念上的落后应通过宣传和教育来弥补，对水利技术的落后要通过发展水利科技和增加水利投入来解决，而对管理体制上的落后必须通过有力的体制改革和法制建设来解决。
1. 水文信息安全防范要求高，在遇到刮风、暴雨、决口等灾害时，水文信息能够及时传递到相关管理部门，在最短时间内采取相应解决措施。
2. 水文站点在地理位置上分布较广、位置较偏僻，监控点选择时应考虑到摄像机安装地点，要求视野广、无障碍、监控角度大，尽量少设监控点，如无法回避死角，可增加监控点。
3. 一般各个水文站采集的数据需要先汇总到乡水文站，各个乡水文站再将这些信息传回到县水文站。因此，要求乡水文站、县水文站架设的无线设备所提供的带宽较大，满足业务传输的带宽需求，确保无线链路稳定性。
4. 当县水文站与乡水文站距离较远时或中间不可视，存在遮挡的情况下，需要架设中继设备。
5. 水利水文站数据采集监控系统的传输业务一般以数据为主，例如:水位、流量、流速、潮差等。
6. 考虑传输数据的准确性对防汛防潮指挥有重要的作用。
4、应用前景
水文无线监测系统，可在多种环境下运作，抗灾性较好，可确保水文信息采集系统在各种恶劣天气情况下，都能正常运行;安装方便，无需铺设网络电缆，可大量节省投资;具有极强的灵活性和可扩充性，通过在需要监测的地点架设监控摄像设备和无线基站，即可迅速实现系统的拓展，促进逐步全面实现水文信息采集自动化、数字化和网络化。
智通水利远程监控系统旨在建立一个基于3G/4G广域网、GIS平台的智能水利远程监控系统，加快水利管理信息化建设进程。整个项目充分体现系统集成的思想，网络符合总体规划及长远发展。系统设计在一个较高的起点上充分保证系统的可伸缩性和可扩展性，具备相当的通信、计算机和网络设备的信息容量及处理能力，并有一定的超前性，软硬件预留接口，便于维护、升级和扩展，以适应将来整个系统发展的要求。
水利行业中，由于水利对国计民生的重要性，加上电信运营商的基础设施条件和业务选择性推动，有线网络仍是主要传输途径，也是水利部门的首选方式，从以往的项目建设经验看，至少占了七成以上。而无线传输在过去主要是作为水文采集和图片传输的通道，现在也是作为辅助手段来填补难以铺设线路的地域监控需求。
安防系统中采用何种传输方式，一般会结合监控的要求和环境两方面来考虑，对于监控画面要求清晰、实时的点位（比如水库、堤围、渔港、枢纽等），一般采用有线传输，会自建专网或租用运营商的专线资源（至少也有ADSL专线），传输稳定、带宽充足，可以保障监控效果，问题是施工周期长、投入大、维护难度大，目前也基本只有电信运营商才愿意建设。
一些无人值守泵站、河道监测站、水文站位于崇山峻岭深处或荒无人烟之地，或者即便在城区，但有线网络难以到达或者是投资收益比例差距较大，需要考虑无线网络（目前以3G/4G网络为主，也有考虑Wi-Fi的）或点对点传输通道（如微波无线扩频、OFDM、COFDM），优势是架设周期短、成本低，便于安装施工、调试、运行、维护。
（1）有线方式
有线方式主要有：有线以太网（RJ45线、光纤）、工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）。
有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大，缺点是布线复杂、扩展性差、施
工成本高、灵活性差。
工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）优点是数据传输可靠，设计简单，缺点是
布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。
（2）无线方式
无线方式主要采用移动运营商的无线网络数据接入业务，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及最新的4G LTE网络等。
无线方式的优点是：成本低廉、建设工程周期短、适应性强、扩展性好、维护方便并且扩展容易。
基于此，利用2G/3G/4G无线数据传输技术，基于服务端应用宽带有线网络提供固定IP或者动态IP（可用域名绑定）以及端口号，将这些服务端参数设置在才茂通信无线传输终端工业路由器上，利用它能够自动解析域名地址，连接到服务端的充电桩管理平台，可以为水利行业提供实时的数据采集、传输、发布、远程管理与控制、实现远程无线数据传输的完美解决方案。
智能水利远程监测系统主要由信息中心、通信网络、水利远程监控点3部分组成。
1、信息中心：信息中心由相应的应用服务器与通信服务器组成，通信服务器用于与各水利远程监控点的通信，应用服务器用于记录各水利远程测控点的相关信息。
2、通信网络：通信网络作为信息中心与各水利远程监控点进行信息交换的枢纽，是整个系统中的核心部分，其工作特点是通信次数频繁，每次的通信传输量不大。考虑到智能水利远程监控系统将来业务的发展和系统的可扩展性，系统采用专线方式接入到3G/4G广域网络中。各终端的信息数据从终端到达3G/4G广域网络后通过专线和智能水利远程监测系统连接，智能水利远程监测系统和3G/4G广域网络之间通过防火墙进行保护。
3、水利远程监控点：水利远程监测点采用3G/4G广域网，所有的信息数据通过3G/4G广域网络进行传输。
方案一：水利系统工业路由器应用拓扑图
方案二：水利系统工业路由器+WIFI应用拓扑图
1、才茂工业路由器可以提供RJ45/RS232/RS485端子接口等各种接口的设备与各种适配的水文监测传感器连接；
2、工业路由器通过各种无线网络，将各种水文数据无线透明传输到服务器端的系统管理平台。
考虑到水利远程监测系统容量大、监控点多而分散、对信息数据的智能处理分析要求高的特点，采用专线接人和专用APN方案。使用专用的APN有：进行访问权限的控制，比因特网的安全性能提高、可控性提高，网络传输的优先级得到保证等好处。
7、核心产品
才茂3G/4G工业级无线路由器，通过3G/4G网络，将遍布各地的自助服务终端实现安全、稳定、可靠组网，组网规模大、部署距离不受限制、建设工期短，预算初投资小，为跨区域大数据管理提供技术保障。
产品主要功能：
1、 内置3G/4G模块,双模同时在线,自由切换
2、 双模链路备份,支持3G/4G和有线备份
3、 支持VPDN、APN,支持IPSec(支持CA数字证书)、GRE、IPIP、PPTP、L2TP和DHCP Server
4、 支持WEB、CLI、SSH、平台多种参数管理方式,本地、远程、平台固件和补丁升级
5、支持WEB 配置保存和恢复，实现参数的备份和批量设备的快速配置
6、智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线
7、支持TFTP 软件远程升级
8、支持DHCP/DHCPD 功能
产品特色特性：
1、工业级无线模块：采用工业级无线模块，抗干扰强，传输稳定。
2、电磁防护：以太网接口内置1.5KV 电磁隔离防护
3、使用方便简单,上电自动拔号,故障率低
4、采用软硬双看门狗设计,永远在线模式,确保24小时在线运行、自动维护
5、串口ESD 保护：串口RS232 内置15KV ESD 保护。
6、支持M2M云平台设备在线状态管理功能,维护简单、成本小
7、EMC电磁兼容3、4级,适用于对稳定性要求高、干扰较大的环境
8、结束语
水文是水资源开发利用管理与保护、防治水害以及工程建设规划、设计、施工、管理、调度的依据。在大力加强节水、保护水质、实现水资源的可持续利用的前提下，提高现有水资源的管理水平尤为重要。水文站是收集水信息的基本站点，是水文工作的基础。通过水文站持续地对我国江、河、湖、库的地表水、地下水的水量、水质等进行观测，实时收集水资源数据，对水资源开发、利用、管理，保护，实现水资源的合理调配，达到提高水资源的利用率和改善水生态的目标等方面具有十分重要的作用。同时，还可为防汛防潮指挥调度提供了及时、准确的决策依据。