CN109186562A - 一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，属于物联网技术领域，包括分散布置的数个水位波浪雷达节点、网关节点以及监控中心节点；解决了现有技术中信号传输的性能差的技术问题，本发明通过多个水位波浪雷达节点中的每台雷达获取水位、波高、波周期、潮位、速度数据，并基于TCP/IP协议，将获取的所述数据通过所述网关节点发送至所述监控中心节点,提高所述雷达数据的传输速度及传输距离，同时提高系统的传输性能。
Description
技术领域
本发明属于物联网技术领域，特别涉及一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统。
背景技术
随着物联网的发展，“物物相息”的理念已经渗透到了各个领域之中，其改变了传统工业的控制测量方式。海浪是最为常见且最为重要的海洋波动现象，它与海洋探索、海洋开发利用等许多重要问题，以及海洋军事技术和海上航行安全等有着十分密切的关系。在海港工程、海上风电工程、水利工程等的设计建造中，波浪要素设计值是最基本最重要的水文要素之一。特殊大的风、浪要素对海工、水利建筑物的载荷影响很大，对于VTS的准确性起着举重轻重的影响。
在水位波浪监测领域，为了实时获取水面波动状况，得到水位、波高、波周期、潮位、速度数据，通常会采用水位波浪雷达。雷达作为海洋环境下首选的测量传感器，在海洋监视中广泛使用。由于一个雷达只能获取水面某一点的数据，速度只能是径向速度，而海底形状、雷达安装点的建筑物都会影响数据的代表性，因此采用阵列雷达多点测量能够充分反映海态。
目前雷达测量水位波浪主要采用发射连续波信号的方式，在单台雷达获取数据后，需要尽快将多个雷达数据融合，才能准确反映海态，这就需要利用较高传输速度的通信方式来解决数据传输问题。现有的雷达采用的信号传输协议多为RS485协议，该类协议的主要缺点是传输速率慢、传输距离短，导致信号传输的性能差。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，解决了现有技术中信号传输的性能差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：包括分散布置的数个水位波浪雷达节点、网关节点以及监控中心节点；
水位波浪雷达节点包括雷达装置和通讯组件，雷达装置用于获取水文数据，水文数据水位数据、波高数据、波周期数据、潮位数据和速度数据，通讯组件用于通过TCP/IP协议将水文数据发送到网关节点；
所有所述水位波浪雷达节点均与网关节点通信，网关节点还与监控中心节点通信；
所述监控中心节点用于依据预先设置的巡检方式，依次获取所有所述水位波浪雷达节点的工作状态，确定水位波浪雷达节点中发生故障的节点；
所述监控中心节点还用于设置水位波浪雷达节点的工作参数，工作参数包括工作方式和启动时间。
优选的，所述雷达装置包括收发机，收发机用于产生连续波，并依据产生的所述连续波，获取雷达回波，从而得到所述水文数据。
优选的，所述雷达装置还包括风速风向仪，风速风向仪用于获取所述雷达节点的环境的风速风向数据，并将获取的所述雷达节点的风速风向数据发送至所述收发机。
优选的，所有所述水位波浪雷达节点通过环形布线方式连接所述网关节点，所述网关节点还与所述监控中心节点相连。
优选的，所述网关节点还通过一个中继节点连接所述监控中心节点，中继节点用于对所述网关节点接收到的所述水文达数据和所述风速风向数据信号进行放大处理后，发送至所述监控中心节点。
优选的，所述监控中心节点用于对发生故障的所述水位波浪雷达节点进行报警，记录报警历史数据，并依据报警历史数据判断发生故障的所述水位波浪雷达节点的健康状况，制定维护周期计划。
本发明所述的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，解决了现有技术中信号传输的性能差的技术问题，本发明通过多个水位波浪雷达节点中的每台雷达获取水位、波高、波周期、潮位、速度数据，并基于TCP/IP协议，将获取的所述数据通过所述网关节点发送至所述监控中心节点,提高所述雷达数据的传输速度及传输距离，同时提高系统的传输性能。
附图说明
图1是本发明的整体构架示意图；
图2是本发明的水位波浪雷达节点的构架示意图；
图3是本发明的工作流程图。
具体实施方式
如图1和图3所示的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：包括分散布置的数个水位波浪雷达节点、网关节点以及监控中心节点；
水位波浪雷达节点包括雷达装置和通讯组件，雷达装置用于获取水文数据，水文数据水位数据、波高数据、波周期数据、潮位数据和速度数据，通讯组件用于通过TCP/IP协议将水文数据发送到网关节点；
水位波浪雷达节点包括用于发射和接收雷达信号的天线、用于产生和接收雷达信号的收发机、用于处理雷达信号的处理模块、风速风向仪、用于供电的电源、用于与网卡芯片进行通信的通讯模块、网卡芯片和网络接口；
优选的，所述雷达装置包括收发机，收发机用于产生连续波，并依据产生的所述连续波，获取雷达回波，从而得到所述水文数据。
本实施例采用收发机为用于产生从24GHz连续均匀变化到26GHz的高频雷达波信号的雷达收发机，处理模块为DSP处理器，用于对雷达回波进行FFT处理，从而获得水文数据。
通讯模块包括网卡芯片和基于以太网的网络接口，所述网卡芯片为集成了TCP/IP协议和100/1000M的以太网媒体接入控制器(MAC)和物理接口收发器(PHY)的网卡芯片；所述网络接口为RJ45接口。
所述网卡芯片通过IO口与所述处理模块相连，为了加快读写速度，所述网卡芯片与所述处理模块连接方式采用总线形式，这极大地加快了所述处理模块与所述网卡芯片的通信速度，从而能够提高每个雷达节点与所述网关节点通信的实时性，本实施例采用的网卡芯片为RTL8111。
通讯模块负责将水位波浪雷达节点的数据发送至所述监控中心节点，实现与监控中心节点中部署的上位机通信，本发明通过在水位波浪雷达节点中增加基于TCP/IP协议的以太网通讯组件，能够提高多个水位波浪雷达节点在工作环境下的数据传输速度，便于监控中心节点实时地进行海态分析。
所有所述水位波浪雷达节点均与网关节点通信，网关节点还与监控中心节点通信；
所述监控中心节点用于依据预先设置的巡检方式，依次获取所有所述水位波浪雷达节点的工作状态，确定水位波浪雷达节点中发生故障的节点；
所述监控中心节点还用于设置所述水位波浪雷达节点的工作参数，工作参数包括工作方式和启动时间。
优选的，所述雷达装置还包括风速风向仪，风速风向仪用于获取所述雷达节点的环境的风速风向数据，并将获取的所述雷达节点的风速风向数据发送至所述收发机。
优选的，所有所述水位波浪雷达节点通过环形布线方式连接所述网关节点，所述网关节点还与所述监控中心节点相连。
优选的，所述网关节点还通过一个中继节点连接所述监控中心节点，中继节点用于对所述网关节点接收到的所述水文达数据和所述风速风向数据信号进行放大处理后，发送至所述监控中心节点。
优选的，所述监控中心节点用于对发生故障的所述水位波浪雷达节点进行报警，记录报警历史数据，并依据报警历史数据判断发生故障的所述水位波浪雷达节点的健康状况，制定维护周期计划。
所述监控中心节点对接收到的水位波浪雷达节点的数据进行分析，结合报警历史数据，可以得到每个水位波浪雷达节点各自所照射区域内的水文数据和风速风向数据。
水位波浪雷达节点的数量可以根据实际情况进行确定，例如，水位波浪雷达节点的数量可以为10；所述网关节点作为水位波浪雷达节点与所述监控中心节点进行通信的桥梁；所述监控中心节点包括上位机。
本发明的水文数据和风速风向数据的协议格式为：“头字节+数据字节+尾字节”的结构；
水文数据的头字节包括一个头字节标志位、32个字节的雷达数据和一个字节结束标志位；
风速风向数据的头字节包括一个头字节标志位、8个字节的风速风向数据和一个字节结束标志位。
上位机开机后，首先建立TCP/IP协议的连接，所有水位波浪雷达节点均通过TCP/IP协议建立与上位机之间的通信，然后上位机依次对所有水位波浪雷达节进行工作参数设置，再然后，水位波浪雷达节电依据工作参数进行启动和采集数据，再然后，上位机设置巡检方式，并按照巡检方式依次对水位波浪雷达节点进行巡检并获取其采集的数据；上位机同时设置故障巡检方式，并依照故障巡检方式依次对水位波浪雷达节点进行巡检，查询并记录故障节点。
本实施例在部署N个水位波浪雷达节点时，考虑到所述系统的稳定性，可以采用星型布线方式，将所述网关节点作为中心节点，N个水位波浪雷达节点呈星型分布，整个网络由中心节点执行集中式通信控制管理，各节点间的通信都要通过所述中心节点。
每一个要发送数据的水位波浪雷达节点都将要发送的数据发送至所述中心节点，再由所述中心节点负责将数据送到监控中心节点。
例如，所述网关节点为集线器；每个水位波浪雷达节点通过RJ45接口与所述集线器进行相连，所述集线器另一端走一路总线与监控中心节点相连。这样，对于任意水位波浪雷达节点的访问控制方法简单，访问协议也比较简单，而且在一个水位波浪雷达节点出现故障时，网关节点可以对线路进行逐一隔离以进行故障检测和定位，单个连接点的故障只会影响一个水位波浪雷达节点，不会影响全网的水位波浪雷达节点。
考虑到海港码头水位波浪雷达节点的安装位置比较分散的特点，本发明也可以采用环形布线方式。其特点是在监控中心设一个中央节点，所述中央节点为网关节点，每个水位波浪雷达节点通过环形布线方式连接所述中央节点，这样走线最短。
本实施例的所述中继节点可以为中继器，所述中继节点的数量根据水位波浪雷达节点到监控中心节点的实际距离而定，中继节点对传输的数据进行放大处理，以提高数据传输的可靠性。
本实施例的所述监控中心节点依据预先设置的巡检方式，依次获取水位波浪雷达节点中的数据和风速风向数据；同时，监控中心节点还以巡检的方式对水位波浪雷达节点依次进行故障巡检，发现并记录故障的水位波浪雷达节点：判断水位波浪雷达节点不工作或者获取的数据失真：当雷达节点不工作时，该水位波浪雷达节点无法获取数据，就需要跳过该水位波浪雷达节点，避免无效的巡检，即，无法获取数据的水位波浪雷达节点将会在本轮故障巡检结束后从巡检程序中被剔除；当水位波浪雷达节点获取的数据失真时，在上位机中，可以根据未发生故障的水位波浪雷达节点获取的数据进行补偿，让水位波浪信息不至于因为1个或几个水位波浪雷达节点的故障而出现较大的波动。
本发明所述的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，解决了现有技术中信号传输的性能差的技术问题，本发明通过多个水位波浪雷达节点中的每台雷达获取水位、波高、波周期、潮位、速度数据，并基于TCP/IP协议，将获取的所述数据通过所述网关节点发送至所述监控中心节点,提高所述雷达数据的传输速度及传输距离，同时提高系统的传输性能。
Claims (6)
1.一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：包括分散布置的数个水位波浪雷达节点、网关节点以及监控中心节点；
水位波浪雷达节点包括雷达装置和通讯组件，雷达装置用于获取水文数据，水文数据水位数据、波高数据、波周期数据、潮位数据和速度数据，通讯组件用于通过TCP/IP协议将水文数据发送到网关节点；
所有所述水位波浪雷达节点均与网关节点通信，网关节点还与监控中心节点通信；
所述监控中心节点用于依据预先设置的巡检方式，依次获取所有所述水位波浪雷达节点的工作状态，确定水位波浪雷达节点中发生故障的节点；
所述监控中心节点还用于设置水位波浪雷达节点的工作参数，工作参数包括工作方式和启动时间。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：所述雷达装置包括收发机，收发机用于产生连续波，并依据产生的所述连续波，获取雷达回波，从而得到所述水文数据。
3.如权利要求2所述的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：所述雷达装置还包括风速风向仪，风速风向仪用于获取所述雷达节点的环境的风速风向数据，并将获取的所述雷达节点的风速风向数据发送至所述收发机。
4.如权利要求3所述的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：所有所述水位波浪雷达节点通过环形布线方式连接所述网关节点，所述网关节点还与所述监控中心节点相连。
5.如权利要求4所述的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：所述网关节点还通过一个中继节点连接所述监控中心节点，中继节点用于对所述网关节点接收到的所述水文达数据和所述风速风向数据信号进行放大处理后，发送至所述监控中心节点。
6.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的水位波浪雷达监测系统，其特征在于：所述监控中心节点用于对发生故障的所述水位波浪雷达节点进行报警，记录报警历史数据，并依据报警历史数据判断发生故障的所述水位波浪雷达节点的健康状况，制定维护周期计划。
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