水资源管理是当今世界最具发展活力和潜力的产业之一，水资源管理的突出特征是管理范围广泛、监测信息分散。随着计算机和通信技术的不断发展，信息化技术手段日益更新完善。越来越多的国家和地区将信息化手段应用于水资源日常和应急管理当中，建立和完善以供、用、排水实时监测设施为基础、通讯系统为保障、计算机网络系统为依托、决策支持系统为核心的水资源实时监测管理系统，实现对水资源的实时监测、实时调度和实时管理，逐步达到“信息采集自动化、传输网络化、信息资源数字化、管理现代化、决策科学化”的目标，从而提高水资源的管理能力。

一、监测系统现状

据现场勘查调研，安徽省内来安县、凤台县、定远县、蚌埠闸、六安市淠史杭管理局等地已建取水在线监测系统，数据存储于机房存储或PC机。由于已建系统缺乏统一设计，各系统的数据库表设计不同，监测的目标要素各异，数据制式亦不规范，导致所建取水监测数据无法直接共享接入。与对于此类监测系统，此前均采用重建系统或取水计量监测站的方式实现数据的监控。前者是抛弃已有系统，按照国家水资源监控能力建设项目办制定的标准，重新设计数据库库表及系统软件；后者是避开已建系统，重新安装计量及监测设备。两种方案均会导致资源的大量浪费，且新旧系统数据源不一致，统计周期也存在不同，常会出现数据不匹配的现象，严重影响水资源取用水监控项目建设和最严格水资源管理工作的开展。本文针对此类问题提出的基于虚拟仪表的水资源实时监测技术，实现了异构平台间的数据共享互联，解决非标准系统数据共享的技术难题。

二、总体结构

利用计算机软件技术，采用虚拟下位仪表数据采集的方式，将已建平台取水监测数据共享虚拟成普通取水遥测终端RTU的下位仪表采集数据，不仅实现非标准监测系统数据的兼容，且可满足对已有系统的运行状态监控。虚拟下位仪表软件模块安装于已建取水企业监控平台，其与省级中心监控平台通信可通过无线网络或者专网连接方式。若通过无线网连接，则在已建平台处增配GPRS等通信装置，GPRS与已建平台通过串口进行连接、与省级中心监控平台通过消息收发的方式进行通信。若已建平台与省级中心监控平台间已有普通水利专网，则利用该网络实现数据的采集与传输。系统总体结构参见图1所示。

三、关键技术

图1 基于虚拟下位仪表的水资源实时监测系统总体结构图

图2 虚拟下位仪表中间件系统技术路线示意图

基于虚拟下位仪表的水资源实时监测技术核心是对虚拟下位仪表软件的开发，主要有通用协议库的预置、数据抓取流程的控制、虚拟RTU数据的采集以及数据的校验与加密。虚拟下位仪表软件主要运行技术路线见图2所示。

1.通用协议库的预置

虚拟下位仪表软件以取水遥测终端RTU为虚拟对象，按照计量仪表的采集协议进行数据采集、编译、传输。已建平台数据库中存储有不同协议计量设备传输的数据，数据抓取前要进行流量协议的匹配，根据匹配的协议对来报码进行解析，从而锁定查询的取水监测站点数据。故虚拟下位仪表软件需预置流量仪表的通用协议解析库，该通用协议库需囊括已建系列所有涉及的流量仪表协议。

2.数据抓取流程

虚拟下位仪表软件与省级中心监控平台间采用统一编码的命令——“来报码”进行通信，它包括读取数据类别、读取取水监测点的信息、下位仪表协议等，虚拟下位仪表软件按照来报码的指示开展数据抓取工作。

虚拟下位仪表软件实时监听省级中心监控平台发送的来报码，并对来报码进行诊断，若来报码为无效来报码，继续等待省级中心监控平台数据抓取命令；若来报码为合法有效，软件则对来报码中的仪表通信进行匹配工作，匹配成功后则对来报码根据选定的协议进行解析，解析后开展连接数据库、取水点甄别、数据抓取等工作，其中每个环节出现错误均抛弃数据抓取，并将信息反馈至省级中心监控平台。

3.虚拟RTU数据采集

数据抓取后即进行数据标准转换，并将数据按照水资源监测数据传输规约（SZY206-2012）转换成遥测终端RTU数据传输制式，从而实现非标准监测系统数据的RTU虚拟化。

4.数据校验与加密

考虑到水资源取水数据的安全与准确传输，需要在系统软件中对各类数据进行校验和加密。对来报码和预置协议库的数据流均通过IEEE 754标准进行转换和CRC校验。

四、软件功能设计

虚拟下位仪表按照简洁实用的设计原则，在保证数据转换的稳定性、准确性的基础上，将复杂的协议转换算法及数据抓取流程等进行封装，化繁为简，简化软件操作界面，实现人机友好交互。

1.通信串口参数设置

虚拟下位仪表软件运行后，可以自动读取设备可用串口，并对拟选择串口的基本通信参数进行设置，包括串口波特率、校验位、停止位、数据位选择等。

2.数据库封装与设置

虚拟下位仪表系统可兼容主流的Oracle、SQLServer2000、SQLServer2005、MySQL、Access等多种数据库，系统将不同数据库的连接方式进行了封装，用户可根据现场不同情况针对性地选择。

选择数据库类型后，可以进行该数据库的连接参数设置，包括登录该数据库的用户名、密码，带读取的取用水流量信息所在的数据库信息、表信息等。

3.通信协议封装与选择

虚拟下位仪表系统除支持标准的ModBus通讯协议外，还对目前市场上部分厂家自定义协议进行了解析，包括大连海峰、大连铭友、南京亚楠等多种通讯协议，协议可根据系统中涉及的流量仪表协议进行增加或删减。软件对不同协议的解析算法进行封装，用户可直接通过 “工具—通讯协议”选项进行通讯协议的选择。

4.数据监听

基础数据设置后虚拟下位仪表系统即可实时监听上位机发来的数据抓取命令。

五、结语

取水实时监测是最严格水资源管理的必行之路，本文提出的基于虚拟下位仪表的水资源取水实时监测技术已经在安徽省多家取水企业应用多年，未发现有病毒传播或影响企业原系统稳定的情况发生。由于采用物理隔离措施，数据单项传输，可以保证对取用水企业原有系统没有任何干扰，有效解决了不同标准的平台间数据共享互联技术，具有较大的社会和经济效益