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1、中小河流洪水预报系统开发文档中小河流洪水预报系统开发文档版权所有 不得翻印二零一一年二月目录1. 引言 51.1. 主要技术标准 51.2. 术语 51.2.1. 中心站 51.2.2. 遥测站 51.2.3. 警戒水位 51.2.4. 雨量等级 61.2.5. 防洪工程 61.2.6. 水库 61.2.7. 水文测站 61.2.8. 自报式 71.2.9. 查询应答式 71.2.10. 混合式 72. 概要设计 72.1. 任务来源 72.2. 开发环境 72.2.1. 硬件环境 72.2.1.1. 服务器 72.2.1.2. 工作站 82.2.1.3. 通信设备 82.2.1.4. 拓扑图

2、 92.2.2. 软件环境 92.2.2.1. 服务器 92.2.2.2. 工作站 92.3. 需求定义 102.4. 总体方案 112.4.1. 报汛方式 112.4.1.1. 自报 112.4.1.2. 召测 112.4.2. 信息流程 122.4.2.1. 遥测站信息的流程 122.4.2.2. 远程召测和参数控制的流程 122.4.3. 工作体制 132.5. 系统性能要求 142.5.1. 集成性 142.5.2. 开放性 142.5.3. 实时性 142.5.4. 可靠性 152.5.5. 可维修性 152.5.6. 通用性 153. 详细设计 153.1. 功能模块划分 153.

3、1.1. 软件功能模块划分 153.1.2. 通信子模块功能划分 163.2. 功能模块设计 173.2.1. 软件启动模块设计 173.2.2. 通信子模块设计 193.2.2.1. GPRS自报通信流程图 193.2.2.2. GPRS招测通信流程图 203.2.2.3. GSM自报接收流程图 213.2.2.4. GSM召测流程图 223.2.2.5. 北斗卫星自报接收流程图 233.2.2.6. 北斗卫星校时流程图 243.2.3. 解码子模块设计 253.2.4. 数据访问设计 263.2.4.1. 数据查询设计 263.2.4.2. 数据存储设计 273.2.5. 输出模块设计 2

4、83.2.5.1. 屏幕输出设计 283.2.5.2. Excel文件导出设计 293.2.6. 预报模块设计 303.2.7. 软件退出模块设计 313.3. 数据库结构设计 313.3.1. 测站基本属性表设计 313.3.2. 河道水情表设计 353.3.3. 降水量表设计 363.3.4. 降水量统计表设计 363.3.5. 洪水传播时间表 373.3.6. 水文预报发布单位编码表 383.3.7. 降水量预报表 383.3.8. 河道水情预报表 393.4. 通信协议 403.4.1. 帧构成 403.4.2. 功能代码表 411. 引言1.1. 主要技术标准 水文基本术语和符号标准

5、(GB/T50095-98) 水文自动测报系统技术规范(SL 61-2003) 实时雨水情数据库表结构与标识符标准(SL 323-2005) 基础水文数据库表结构与标识符标准(SL 324-2005) 水文资料整编规范(SL247-1999) 水文测报系统技术规约和协议四川省水文行业的四川省水文技术标准及规定(SCSW008-2011)1.2. 术语1.2.1. 中心站主要包括通信设备、通信控制机、中心计算机、电源和网络设备等。主要负责数据接收、处理、交换及应用等要求。1.2.2. 遥测站安装RTU遥测终端机，对现场各水情要素进行采集、存储及发送。1.2.3. 警戒水位警戒水位：汛期江河洪水普

6、遍漫滩，堤防临水达到一定深度，堤防或防洪工程有可能出现险情，要加以警惕戒备的水位。在北方大部分地方成为“保证水位”，就是说能保证防洪工程防护区安全运行的最高洪水位。到达这一水位时，开始进入防汛戒备状态，要密切注意水情、工情、险情的发展变化。“警戒水位”不是天然固有的而是人为设定。1.2.4. 雨量等级小 雨：日降雨量小于10毫米。中 雨：日降雨量1025毫米。大 雨：日降雨量2550毫米。暴 雨：日降雨量50100毫米。特大暴雨：日降雨量200毫米以上。1.2.5. 防洪工程为控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。主要有堤、河道整治工程、分洪工程和水库等。按功能和兴建目的可分为挡、泄（排）

7、和蓄（滞）几类。1.2.6. 水库水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。水库建成后，可起防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等作水库用。有时天然湖泊也称为水库（天然水库）。水库规模通常按库容大小划分。水库规模类型划分如下：水库类型总库容塘 坝总库容小于10万立米小型水库小（二）型10100万立米小（一）型1001000万立米中 型 水 库1000万立米-1亿立米大型水库大（二）型110亿立米大（一）型大于10亿立米1.2.7. 水文测站测站名称类型代码描述河道水位水文站ZZ观测及搜集河流的水文、气象资料的基层水文机构。包括(水位、流速、流向、波浪、含沙量、水温、冰情、地下水、水质、

8、降水量、蒸发量、气温、湿度、气压和风)水库水文站RR观测及搜集湖泊、水库等水体的水文、气象资料的基层水文机构。包括(水位、流速、流向、波浪、含沙量、水温、冰情、地下水、水质、降水量、蒸发量、气温、湿度、气压和风)雨量站PP观测及搜集雨量信息的基层水文机构1.2.8. 自报式被测要素值发生变化或定时等事件触发，遥测站主动发送数据的工作制式。1.2.9. 查询应答式遥测站响应查询指令发送数据的工作制式。1.2.10. 混合式包含自报式和查询应答式两种遥测方式的工作制式。2. 概要设计2.1. 任务来源为了响应我国水文自动测报系统的发展，统一技术要求，加强系统的规划、设计、施工和运行管理。采用中国水

9、利部颁布的“实时雨水情数据库表结构与标识符标准(SL3232005)”等相关标准和四川省水文行业的四川省水文技术标准及规定(SCSW008-2008)水文测报系统技术规约和协议”，满足中小河流洪水预报系统建设的需求。2.2. 开发环境2.2.1. 硬件环境2.2.1.1. 服务器序号名称要求1CPUIntel（R） CORE（TM）2 ，频率:2200MHz及其以上2内存DDR2，2GB3硬盘SATA 3.0Gb/s硬盘，容量160 GB4显示器19英寸LCD5网卡10/100Base-TX 以太网卡2.2.1.2. 工作站名称要求CPU频率:1.7GHz及其以上内存DDR2，1GB硬盘SAT

10、A 3.0Gb/s硬盘，容量160 GB显示器19英寸LCD网卡10/100BaseTX 以太网卡2.2.1.3. 通信设备名称要求数量卫星终端神州天鸿终端YDD-031GSM终端MC39i1GPRS有线MODEM池DA-56901终端服务器YZ55161三层交换机S3952P-E1路由器AR28-40VPN防火墙M5100-S-L1数据接收机M698012.2.1.4. 拓扑图2.2.2. 软件环境2.2.2.1. 服务器名称要求操作系统WINDOWS 2008 server简体中文版数据库SQL SERVER 2008简体中文版2.2.2.2. 工作站名称要求操作系统Windows XP

11、Professional 简体中文版开发工具Microsoft Visual Basic 6.0 中文版数据库SQL SERVER 2008简体中文版2.3. 需求定义中小河流洪水预报系统分为遥测数据接收处理、遥测系统监控管理和洪水预报几部分。遥测数据接收处理作为后台功能主要负责遥测站数据接收与控制命令的发送，遥测系统监控管理为系统管理人员提供遥测系统监视与控制管理功能，洪水预报根据实测的数据结合基础数据，对降水量进行预报，对河道水情进行预报。遥测数据接收处理应具备以下功能： 接收、解码、存储通过GPRS信道传输的水情和工况信息，并可通过该信道向遥测站发送召测、数据补传、参数设置等控制命令。

12、接收、解码、存储通过GSM信道传输的水情和工况信息，并可通过该信道向遥测站发送召测、数据补传、参数设置等控制命令。 接收、解码、存储通过北斗卫星信道传输的水情和工况信息。 对所有接收的数据带有数据接收到达时的时标，按规定的存储格式以数据库形式和文本文件格式两种方式保存。 中心站可自动或人工向遥测站发送控制命令，修改遥测站的参数设置。 提供完善的运行日志功能，运行日志应提供运行监视、故障处理所需的相关信息。运行日志的输出包括本地日志文件和屏幕输出两种方式。遥测监控管理部分作为系统管理人员对遥测系统监视和控制管理的界面，软件应具备以下功能： 能实时监视遥测站最新的水情数据、工况信息和遥测站的基本参

13、数。 能实时监视接收工作站的运行工况（包括通信信道状态、通信端口状态）。 对遥测系统出现的各种异常提供报警功能包括： 遥测站数据未按指定时间到达； 水情数据和工况数据异常； 遥测站信道异常； 接收工作站通信端口、MODEM池和终端服务器异常； 对报警信息提供屏幕闪烁、语音提示等报警方式。 对遥测站的参数配置进行统一管理，使分中心保存的测站配置信息与遥测站一致。洪水预报部分根据接收到的实时数据结合相应的经验数据和基础数据，进行相应测站或区域的降水量预报，对河道水情预报，主要包括： 降水量预报:预报区域代码、发生时间、预报降水量、预报降水历时、预报降雨趋势、预报水情发生日、发布时间、发布单位代码、

14、根据时间； 河道水情预报:测站编码、发生时间、预报水位、预报流量、水势、河水特征码、发布时间、发布单位代码、根据站、根据时间、前期影响雨量、流域平均降水量、预报类别；2.4. 总体方案2.4.1. 报汛方式2.4.1.1. 自报 雨量：以定时方式发送。当无雨时，每日以基本段次D1发送，D11，且每日8：00必需报，必需报“平安信号”。当时段雨量达到某阈值时，按段次D2发送。D2D1，且段次必需符合水文报汛段次规定（下同）。加报阈值为1-99毫米，可任意设定。 水位：以定时方式发送。设置Z1、Z2、Z3三个水位级标准，且Z1Z2Z3，当水位ZZ1时，按照基本段次D1发送；当Z1ZZ2时， 按照段

15、次D2发送；当Z2ZZ3时， 按照段次D3发送； 当Z Z3时， 按照段次D4发送.且每日8：00必需报。D4D3D2D1，且段次必需符合水文报汛段次规定。加报阈值设置到cm，可任意设定。 流量：根据水情拍报任务，采用人工置数的方式，在任意时间发送。2.4.1.2. 召测实现召测的过程是：分中心中小河流洪水预报系统通过在线信道远程向遥测站数据采集器发送召测指令，数据采集器根据指令类型完成信息的采集和读取，遥测站向分中心发回召测数据，从而完成整个召测工作过程。2.4.2. 信息流程2.4.2.1. 遥测站信息的流程遥测站为信息采集源，目标地址为相应的分中心。按照传输信道的不同采用不同的流程，各自

16、的流程是：a、GPRS信道：遥测站（GPRS网络）分中心。一般情况下，GPRS信道的上一次传输失败不影响下一次继续使用该信道传输的尝试。GPRS功能的实现条件是：遥测站已具有用于数据传输的GPRS信道b、“北斗”卫星信道：遥测站（“北斗”卫星）分中心（采用两跳传输，即遥测站卫星分中心）。说明：遥测RTU启动卫星终端，当锁定卫星并通讯状态正常后遥测站发出数据，收到卫星终端返回的确认回执（非水情中心回执）后通讯结束。如遥测RTU启动卫星终端较长时间（如1分钟）通讯状态仍然不正常，或连续数次发送均收不到卫星终端返回的确认回执则本次卫星通讯失败，设备转入备用信道（如果有）工作。与GPRS信道相似，上一

17、次传输失败不影响下一次继续使用该信道传输的尝试。C、短信信道：遥测站GSM网络分中心。说明：遥测站将自报信息发送给中分中心SIM号码，短信到达GSM服务器，GSM服务器将短信息发送给分中心SIM卡2.4.2.2. 远程召测和参数控制的流程a、GPRS信道：分中心（发起）（GPRS网络）遥测站（应答）（GPRS网络）分中心。b、GSM短信信道：分中心（发起）GSM网络遥测站（应答）GSM网络分中心。说明：中心站首先通过短信发送平台向遥测站发出召测或控制短信，遥测站收到信息后记录下该信息原发SIM号码，并对收到的指令进行分析，对合法召测形成应答编码后发回原发SIM号码。遥测站对于召测格式明显不合法

18、的信息不予应答。（注：无合法的站号码或站号码在查询编码中的位置正确对均判断为“召测格式明显不合法”）c、“北斗”卫星信道:不召测。2.4.3. 工作体制 系统工作体制为定时自报、加报和召测兼容的方式。 自报时系统具有下行“确认”机制。 水情信息的采集、存储、发送段次可以设置（采集段次存储段次发送段次），并且规定，段次均以北京时间8：00为起算时刻。并在任何情况下，遥测站在8：00都要完成水情数据的采集、存储以及发送操作。 对所有遥测站，整点时除采集雨水情信息外，还要采集工况信息，并存储在数据控制器中，需要时发送。 雨量采用固定间隔为5分钟的段次采集，有雨即存，正点按增量阈值自报的工作方式。正点

19、时检查雨量值，增量超过阈值（可设置）启动一次发送，发送包的内容包括当前雨量累计值和一小时各存储时段内所有雨量信息，否则不发送。每日8：00，无论有无新的雨量均应存储雨量标识。平安信号每间隔12或24小时（可编程）发送一次。为了避免与雨量定时自报发送相冲突，可设置平安信号发送时刻。 水位按设定要求进行采集（最小间隔为5分钟），按阈值(可设置)定时发送。每次发送时应将本次采集水位和上次发送后的所有水位数据一并发送。 对于有水位要素的站，发送的数据包中包括水情信息和工况信息，可不发送“平安信号”。 分中心具有发送控制指令的功能。既可获得遥测站当前水雨情信息（包括指定时间段内的历史数据），也可获得当前

20、工况信息（包括指定时间段内的历史工况数据）。 洪水预报数据均可由人工干预。2.5. 系统性能要求2.5.1. 集成性各种软件和硬件设备，应当满足将各个分离设备、功能和信息等集成到相互关联、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，需要解决各类设备、子系统之间的接口、协议、系统平台、应用软件等相关的一切面向集成的问题。使系统达到低成本、高效率、性能优化、可扩充和可维护。水情分中心接收遥测站点的水情信息的设备及应用软件、计算机网络的设备及软件设置和决策支持系统的设备及对应的应用软件等进行集成。2.5.2. 开放性各种软件和硬件设备应支持广泛的开放管理标准，应能够随着网络性能及安全需求的变化而变化，

21、要容易适应、容易修改。系统平台是一个开放平台系统，容易移植和扩展的系统。系统内部的数据传输和信息交换，系统联网与外部进行的信息交换，应按软硬件设备的模块化、接口标准化的原则进行设计和配置，满足通用化要求。在提供数据采集器等数据处理设备时要充分考虑水文要素采集项目的扩充，对各种信道的兼容性，以及信道的灵活组网。要满足信道的变化增减，水文站点（系统）的扩充、扩容，具备一定的前瞻性。2.5.3. 实时性遥测站发送数据到中心站收到数据的平均延时为2分钟；能在10分钟内自动完成分中心所辖站点的全部水雨情信息采集、传输和处理转发流程；2.5.4. 可靠性报汛信道采用双信道互为备份并实现自动切换。2.5.5

22、. 可维修性各种硬件设备均应具有方便的可维修性。2.5.6. 通用性软硬件应具有通用性，便于维修互换。3. 详细设计3.1. 功能模块划分3.1.1. 软件功能模块划分 通信子模块：通过GPRS、GSM、北斗终端等通信设备与RTU进行通信； 解码子模块：负责将接收到的数据按照通迅协议进行解码； 存储子模块：负责与数据库进行数据访问及存储； 自报监视模块：负责对实时自报信息进行监视并通过屏幕（含报警）输出； 雨量监视模块：负责对实时雨量信息进行监视并通过屏幕（含报警）输出； 水位监视模块：负责对实时水位信息进行监视并通过屏幕（含报警）输出； 工况监视模块：负责对实时工况信息进行监视并通过屏幕（含

23、报警）输出； 系统设置管理模块：负责对系统参数、RTU参数的管理（含增加、修改、删除） 洪水预报参数管理：负责对洪水预报的基础数据和经验数据进行管理（含增加、修改、删除） 洪水预报：负责对预报数据进行发布及查询 信息检索查询：负责对所有水情信息进行查询显示及Excel报表导出。3.1.2. 通信子模块功能划分3.2. 功能模块设计3.2.1. 软件启动模块设计3.2.2. 通信子模块设计本模块通过通信信道(GPRS、GSM、北斗卫星等)完成中心站与遥测站的数据通信，实现数据接收、召测及下位机参数设置等，具体设计详见以下流程图。3.2.2.1. GPRS自报通信流程图接收RTU数据自报时，按此流

24、程实现。3.2.2.2. GPRS招测通信流程图对RTU进行数据召测和修改RTU参数时，按此流程实现。3.2.2.3. GSM自报接收流程图3.2.2.4. GSM召测流程图3.2.2.5. 北斗卫星自报接收流程图3.2.2.6. 北斗卫星校时流程图3.2.3. 解码子模块设计3.2.4. 数据访问设计3.2.4.1. 数据查询设计3.2.4.2. 数据存储设计数据库记录增加、修改均使用此设计。3.2.5. 输出模块设计3.2.5.1. 屏幕输出设计3.2.5.2. Excel文件导出设计3.2.6. 预报模块设计3.2.7. 软件退出模块设计3.3. 数据库结构设计3.3.1. 测站基本属性

25、表设计 表名: ST_STBPRP_B 测站基本属性表表结构序号字段名标识符类型及长度有无空值计量单位主键索引序号1测站编码STCDC(8)无Y12测站名称 STNMC(30)3河流名称 RVNMC(30)4水系名称HNNMC(30)5流域名称BSNMC(30)6经度LGTDC(7)()、( )、()7纬度LTTDC(6)()、( )、()8站址STLCC(30)9行政区划码ADDVCDC(6)10修正基值MDBZN(6,2)M11修正参数MDPRN(4,2)12基面名称DTMNMC(16)13基面高程DTMELN(7,3)m14站类STTPC(2)15拍报段次DFRTMSN(2)16拍报项目

26、FRITMC(32)17报汛等级FRGRDC(1)18始报年月BGFRYMC(6)19截报年月EDFRYMC(6)20 管理机构ADMAUTH C(10) 无21测站岸别STBKC(1)22集水面积DRNAN(7)Km223拼音码PHCDC(6) 字段说明 测站编码：全国统一编制的，用于标识某一水文测站的唯一字符编码。测站编码是由数字和大写英文字母组成的8位字符串。 测站名称：测站编码所代表水文测站的中文名称。 河流名称：水文测站测报雨水情所属河流的中文名称。 水系名称：水文测站测报雨水情所属水系的中文名称。 流域名称：水文测站测报雨水情所属流域的中文名称。 经度：测站代表点所在地理位置的东经

27、度。编码格式为：DDDMMSS。 说明：DDD 为三位数字，表示度，若数值不满三位，前面加0 补齐；MM 为两位数字，表示分，若数值不满两位，前面加0 补齐；SS 为两位数字，表示秒，若数值不满两位，前面加0 补齐。 纬度：测站代表点所在地理位置的北纬度。编码格式为：DDMMSS； 说明：DD 为两位数字，表示度，若数值不满两位，前面加0 补齐；MM 为两位数字，表示分，若数值不满两位，前面加0 补齐；SS 为两位数字，表示秒，若数值不满两位，前面加0 补齐。 站址：测站代表点所在地县级以下的地址。 行政区划码：测站代表点所在地的行政区划代码。行政区划代码编码按GB2260-1995 执行。

28、修正基值：测站所报相对水位的基面高程的基准值，用来将报汛的相对水位转换成基面高程。受原拍报编码方法报汛的限制,水位只能报两位整数,为了将相对水位转换成水位的基面高程，特设修正基值和修正参数来转换相对水位为基面高程。 修正参数：确定将相对水位根据修正基值修正到基面高程的公式的参数。 基面名称：水文测站观测水位或地下水位时所采用的基面高程系的名称。除特别注明以外，数据库中存储的关于某一水文测站的所有高程、水位数值均是相对于该水文测站基面的。 基面高程：水文测站观测水位或地下水位时所采用基面高程系的基准面与该水文站所在流域的基准高程系基准面的高差。 站类：标识水文测站类型的两位字母代码。水文测站类型代码由两位大写英文字组成，第一位固定不变，表示大的水文测站类型，第二位根据情况可以扩展，表示大的水文测站类型的细分，如果没有细分的情况下，重复第一位。大的水文测站类型目前分为8种。水文测站类型及其代码如下： 气象站 MM 蒸发站 BB 堰闸水文站 DD 潮位站 TT 泵站 DP 墒情站 SS 雨量站 PP 河道水位水文站 ZZ 水库水文站 RR 地下水站 ZG 分洪水位站 ZB 拍报段次：指水文测站汛期每日常规