水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約的研究和應(yīng)用

丁 強(qiáng)，王美玲

（1.水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210029）

0 前言

SL427-2008《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》[1]自 2008年發(fā)布以來，在各地水資源管理信息系統(tǒng)的建設(shè)中得到了實(shí)踐驗(yàn)證，取得了良好效果。根據(jù)水利部國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目辦公室的安排，為更好地服務(wù)于國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目用水戶取水、行政區(qū)斷面水文和水功能區(qū)水源地水質(zhì)等信息的采集與管理，對(duì)《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》予以完善和功能擴(kuò)展，結(jié)合與該標(biāo)準(zhǔn)相兼容的《江蘇省水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》[2]等地方標(biāo)準(zhǔn)，形成了 SZY206-2012《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》[3]?！端Y源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》（以下簡稱本標(biāo)準(zhǔn)）適用于國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)，也適用于水文自動(dòng)測(cè)報(bào)等自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，被國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目辦公室規(guī)定在國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目中使用[4-5]。

筆者參加了 SL427-2008《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》和 SZY206-2012《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的編制，并發(fā)表文章《水資源監(jiān)控系統(tǒng)傳輸規(guī)約的應(yīng)用研究》[6]，對(duì)《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》的應(yīng)用要點(diǎn)及需要的約定做了詳細(xì)的論述。本文在《水資源監(jiān)控系統(tǒng)傳輸規(guī)約的應(yīng)用研究》的基礎(chǔ)上，對(duì)《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》做補(bǔ)充說明和論述。

1 對(duì)《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》的完善

SZY206-2012《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》的編制是在 SL427-2008《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》基礎(chǔ)上的擴(kuò)充和完善，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）考慮到水資源監(jiān)測(cè)信息和水文監(jiān)測(cè)的參數(shù)有許多相同之處，擴(kuò)充、完善和覆蓋了水文監(jiān)測(cè)的參數(shù)和要求，本標(biāo)準(zhǔn)可用于水資源監(jiān)控和水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)；

2）為了與水文等測(cè)報(bào)系統(tǒng)站址編碼的兼容，測(cè)站站址編碼方法增加了水文測(cè)站編碼；

3）對(duì)水文測(cè)站編碼以外的測(cè)站編碼，采用行政區(qū)劃碼，取?。▍^(qū)、市）、地（市）和縣（區(qū)）碼，并對(duì)測(cè)站與中繼站編碼范圍作了調(diào)整；

4）對(duì)自報(bào)數(shù)據(jù)的報(bào)文增加了發(fā)生時(shí)間，以便在數(shù)據(jù)接收延誤時(shí)，中心站接收時(shí)可以判斷該數(shù)據(jù)的發(fā)生時(shí)間；

5）水位值擴(kuò)展到了正負(fù)水位，滿足沿海地區(qū)出現(xiàn)的負(fù)水位的需求，與之對(duì)應(yīng)，水位基值也擴(kuò)展到了正負(fù)值；

6）針對(duì)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)出錯(cuò)，增加了存儲(chǔ)補(bǔ)發(fā)功能，補(bǔ)發(fā)的動(dòng)作觸發(fā)可由終端功能自動(dòng)發(fā)生，也可以通過中心站下達(dá)補(bǔ)發(fā)報(bào)文發(fā)生；

7）考慮到水文和水資源對(duì)流量的取值單位不同，流量水量數(shù)據(jù)的采集、傳輸通過與中心站約定編報(bào)和解報(bào)，達(dá)到報(bào)文的兼容和簡潔。

2 具體的補(bǔ)充要求與約定

2.1 站號(hào)規(guī)劃的約定

為適應(yīng)水資源和水文等不同使用范圍的要求，本標(biāo)準(zhǔn)的站號(hào)編制針對(duì)不同站類采用以下2種方法：對(duì)于與水文測(cè)站兼容的測(cè)站，采用8位水文測(cè)站編碼，組成測(cè)站站號(hào)；對(duì)于水文測(cè)站以外的測(cè)站采用行政區(qū)劃碼 + 測(cè)站或中繼站地址組成測(cè)站站號(hào)，例如取用水戶、引退水口等測(cè)站。

考慮到取用水戶、引退水口等水資源測(cè)站數(shù)量的最大可能，該類測(cè)站按照 GB/T2260《中華人民共和國行政區(qū)劃代碼》中的縣級(jí)行政區(qū)劃代碼 + 測(cè)站或中繼站地址，在同個(gè)縣級(jí)行政區(qū)劃內(nèi)非重編號(hào)，便于各縣取用水戶的引退水測(cè)站編碼。測(cè)站地址的編碼可以按照設(shè)站的先后次序編碼，也可以事先由主管單位分配。

例如，江蘇省南京市玄武區(qū)某個(gè)測(cè)站的站號(hào)編碼：玄武區(qū)編號(hào)是 320102，該區(qū)內(nèi)第1個(gè)測(cè)站的編號(hào)為 320102000001。

與水文測(cè)站兼容的測(cè)站站號(hào)編制均應(yīng)根據(jù)SL502-2010《水文測(cè)站代碼編制導(dǎo)則》的規(guī)定[7]，在預(yù)先統(tǒng)一編制測(cè)站編碼的基礎(chǔ)上，逐一引用，例如行政區(qū)斷面水文、水功能區(qū)水源地水質(zhì)等測(cè)站。

不管采用哪種方法編碼，測(cè)站站址在中心站的測(cè)站對(duì)應(yīng)表上應(yīng)一一正確對(duì)應(yīng)。

2.2 工作狀態(tài)的約定

系統(tǒng)的工作模式有自報(bào)、應(yīng)答、兼容和調(diào)試/維修4種狀態(tài)[8]。在應(yīng)答和兼容狀態(tài)時(shí)，工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可以通過“設(shè)置遙測(cè)終端的工作模式”的報(bào)文實(shí)現(xiàn)；在自報(bào)狀態(tài)時(shí)，可以通過終端自報(bào)的確認(rèn)幀報(bào)文實(shí)現(xiàn)工作模式的轉(zhuǎn)換。

終端的調(diào)試/維修是用來檢修和測(cè)試終端正常工作的功能的，應(yīng)該完全反映終端平常工作的各種功能，不應(yīng)添加額外的附加物。調(diào)試/維修狀態(tài)結(jié)束后，中心站要對(duì)一些底值進(jìn)行處理，所以由中心站設(shè)置終端和終止調(diào)試/維修狀態(tài)比較合理。

2.3 流量水量處理的約定

水文的流量單位為 m3/s，水資源的流量單位為m3/h，水量的單位為 m3，規(guī)約中水文和水資源的流量、水量數(shù)據(jù)在傳輸過程中被混編在1個(gè)報(bào)文中傳輸。

按照傳感器序號(hào)排列的處理約定，水文和水資源的流量、水量傳感器的排列可以連續(xù)混排，每個(gè)傳感器的參數(shù)均有1個(gè)序號(hào)，中心站有其對(duì)應(yīng)表。在報(bào)文中，這些傳感器參數(shù)按照序號(hào)依次排列，每組數(shù)據(jù)格式相同，到中心站后根據(jù)對(duì)應(yīng)表判別，取出不同的傳感器數(shù)據(jù)，并按照位置和功能進(jìn)行處理。

2.4 雨量參數(shù)查詢的約定

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定雨量值為3字節(jié)，取值范圍為 0～99999.9，單位為 mm，主要是指稱重式、浮子式雨量計(jì)等每次測(cè)量輸出數(shù)據(jù)時(shí)的取值范圍。如果采用的雨量儀表是翻斗式雨量計(jì)，則取值范圍為 0～999999（循環(huán)計(jì)數(shù)累計(jì)值），單位為每斗的分辨力。數(shù)據(jù)域最后4個(gè)字節(jié)是終端報(bào)警和終端狀態(tài)。

無論使用哪種雨量計(jì)，報(bào)文的格式相同，由中心站根據(jù)測(cè)站使用的雨量計(jì)類別的約定來處理。

2.5 存儲(chǔ)補(bǔ)發(fā)功能的約定

終端發(fā)送數(shù)據(jù)需要中心站給予回信，如果3次發(fā)送均無回信，則判斷此數(shù)據(jù)發(fā)送出錯(cuò)，應(yīng)該在內(nèi)存暫存以備再次發(fā)給中心站。終端需要存儲(chǔ)多少條出錯(cuò)報(bào)文，屬終端功能，需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定。

在通信條件改善后，出錯(cuò)數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)可以由中心站召測(cè)某一時(shí)間段的出錯(cuò)內(nèi)存數(shù)據(jù)，也可以主動(dòng)發(fā)給中心站。

2.6 參數(shù)啟報(bào)閾值和固態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間段間隔的約定

利用本標(biāo)準(zhǔn)可以設(shè)置遙測(cè)終端檢測(cè)參數(shù)啟報(bào)閾值，可設(shè)置13種參數(shù)的啟報(bào)閾值和固態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間段間隔。但是目前只規(guī)定了雨量的啟報(bào)閾值和雨量、水位的固態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間段間隔，如果還需要設(shè)置其他參數(shù)的固態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間段間隔，可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)按照?qǐng)?bào)文格式添加。

2.7 通信信道的切換及報(bào)文的自動(dòng)拆分功能

測(cè)站的通信信道一般有主備2種信道，正常時(shí)使用主信道通信，主信道出故障時(shí)，終端應(yīng)該自動(dòng)切換到備用信道通信；主信道恢復(fù)正常時(shí)，切回主信道通信。

無論是主信道還是備用信道，當(dāng)所發(fā)報(bào)文字節(jié)數(shù)大于該通道所允許的字節(jié)數(shù)時(shí)，應(yīng)該自動(dòng)拆分，將此報(bào)文拆分為若干幀，中心站接收后需要拼接。

由于水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往設(shè)置在人類活動(dòng)地區(qū)，主信道常用 GPRS，CDMA 等，沒有拆分報(bào)文的要求；備用信道常用短信、北斗衛(wèi)星等，此時(shí)可能需要拆分報(bào)文。

發(fā)送圖片時(shí)需要用到拆分報(bào)文功能。

2.8 控制功能的使用

標(biāo)準(zhǔn)中具有水泵、定值等控制功能。

水泵控制是對(duì)水泵的開和關(guān)的控制，可以通過指令遙控水泵的開啟和關(guān)停。在地下水井抽水時(shí)，水位不能低于抽水口，否則應(yīng)該關(guān)停水泵；輸水管壓力超出正常值時(shí)，為防止輸水管爆裂，應(yīng)關(guān)停水泵。

定值控制是對(duì)取水的控制，一般用于定量供水取水用戶的取水水泵或閥門的控制。應(yīng)該在保證安全的前提下使用。

2.9 CRC 校驗(yàn)算法

CRC 是一種標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)算法——循環(huán)冗余校驗(yàn)，可以從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中查到。這里給出算法、編程范例及實(shí)例。

幀校驗(yàn) CS 是控制域、地址域、鏈路用戶數(shù)據(jù)（應(yīng)用層）的字節(jié)的 CRC 校驗(yàn)，生成多項(xiàng)式：X7+X6+X5+X2+ 1。

CRC 檢錯(cuò)借助于多項(xiàng)式除法，余數(shù)為校驗(yàn)字段。除法沒有數(shù)學(xué)上的含義，采用計(jì)算機(jī)的模二除法，即，除數(shù)和被除數(shù)做異或運(yùn)算。進(jìn)行異或運(yùn)算時(shí)除數(shù)和被除數(shù)最高位對(duì)齊，按位異或（數(shù)據(jù)左移，多項(xiàng)式右移），多項(xiàng)式值為 E5（16進(jìn)制），生成1個(gè)字節(jié)校驗(yàn)碼。

算法（c# 語言）如下：

多項(xiàng)式值為E5，被校驗(yàn)值左移

校驗(yàn)示例：

被校驗(yàn)字節(jié)串：3165430C00408F01，CRC 值為07H。

3 結(jié)語

SZY206-2012《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》的編制與修訂參照 IEC 相關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn)，與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，與國內(nèi)不同領(lǐng)域有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)兼容。涵蓋了水資源、水文基本參數(shù)，符合數(shù)據(jù)精度的要求。適應(yīng)自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自動(dòng)、智能和快速的特點(diǎn)，兼容水資源及水文數(shù)據(jù)采集在方法、時(shí)間和指標(biāo)上的要求。充分發(fā)揮測(cè)站終端與中心站在功能上的合理分工和有效結(jié)合，共同解決數(shù)據(jù)監(jiān)控和傳輸任務(wù)。期望SZY206-2012《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》不僅在國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)中發(fā)揮作用，也能在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)等自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)中發(fā)揮作用。

[1] 中華人民共和國水利部.SL427-2008水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約[S].北京：中國水利水電出版社，2008：1-37.

[2] 江蘇省水利廳.江蘇省水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約[S].南京：江蘇省水利廳，2012: 1-50.

[3] 國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目辦公室.SZY206-2012水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約[S].北京：國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目辦公室，2012: 1-62.

[4] 中華人民共和國水利部、財(cái)政部.國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施方案（2012—2014年）（水資源[2012]411號(hào)）[S].北京：中華人民共和國水利部，2012: 1-3.

[5] 中華人民共和國水利部、財(cái)政部.國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目管理辦法（水資源[2012]412號(hào)）[S].北京：中華人民共和國水利部，2012: 1-3.

[6] 丁強(qiáng)，祝明.水資源監(jiān)控系統(tǒng)傳輸規(guī)約的應(yīng)用研究[J].水利信息化，2011（5）: 40-43.

[7] 中華人民共和國水利部.SL502-2010水文測(cè)站代碼編制導(dǎo)則[S].北京：中國水利水電出版社，2010: 2-11.

[8] 中華人民共和國水利部.SL61-2003水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003: 2-57.