[发明专利]基于北斗通信的一体化遥测水位计及北斗报文编码方法

说明书

技术领域

本发明属于水位测量技术领域，具体涉及一种基于北斗通信的一体化遥测水位计，还涉及一种北斗报文的编码方法。

背景技术

目前全国范围内很多水位监测站点还布设在交通条件比较恶劣的偏远地区，其中部分地区还没有覆盖移动信号，因此这些水位监测站自动采集的水位数据无法通过移动网络发送到数据中心。对于管理这些偏远地区水文监测站的用户来说，希望监测站设备能够采用其它的通信方式自动传输数据，并且设备要确保长期稳定可靠，尤其在连续阴雨天不能提供太阳能供电的情况下，设备自身的电源需要能保证至少45天(水文监测规范要求)以上正常工作。

针对布设在无移动信号覆盖的偏远地区的水位监测站，目前获取这些监测站采集的水位数据有以下两种方案：

1)人工定期提取数据

该方案中，水位监测装置中需要设计有非易失性存储器，装置平时按照一定的定时间隔采集水位数据并将数据存储在非易失性存储器中。水文观测员定期到监测站点通过安装在笔记本电脑或PDA中的上位机软件和监测装置通讯，提取存储的水位数据，回来导入数据库进行数据整编和分析工作。

2)监测站配备卫星通信设备

水位监测装置按照一定的时间隔采集水位，并按照一定的数据发送间隔将采集的水位数据通过卫星设备发送至数据中心。目前采用这种方案的监测站的主要由各种分立设备组成，大部分设备一般安装在一个机箱中，各种设备之间在机箱内部通过电缆进行连接。现有技术中此方案的结构框图如图1所示，铅酸蓄电池为其它设备提供工作电源，太阳能电池和太阳能充电器为铅酸蓄电池进行充电，水位计负责将水位物理信号转换为电信号，遥测终端机负责定时从水位计读取电信号并控制卫星终端进行发信，卫星终端和天线负责将遥测终端机传送的数据将数据进行基带调制和功率放大后发送出去。

综上所述，本发明人发现人工定期提取数据的方案数据时效性差，由于这些站点普遍交通不便，一般最短取数的间隔也在一个月，长的可能需要一年。因此这种方案只能应用于水位变化非常平缓的河道站或地下水监测站；对于目前普遍采用的基于北斗卫星传输的方案，监测站的整套装置采用分立式设备集成，一套装置的总重量至少达到30公斤左右，平均体积至少达到0.1m³左右，不方便个人携带。而一些位于偏于地区的水位监测站交通条件极为恶劣，甚至无法通车，设备往往需要靠人工运输，因此在这些地区运输和安装水位监测设备极为困难。即卫星信道传输数据的装置普遍采用分立式设备集成，整套装置体积、重量大，不易运输。因此，急需一种水位计，能够最大限度减小水位监测设备的整体体积和重量，方便设备在恶劣交通条件地区的运输安装。

在水文监测应用中，水位一般需要用绝对海拔高程表示。而目前主流的水位监测设备基于卫星传输的水位数据编码格式一般分为2种：

1)采用标准4字节浮点数格式(IEEE754单精度浮点数格式)表示1个水位数据。使用这种编码的水位数据的数值范围可以很大，当采用这种编码时，可以直接表示水位的绝对海拔高程值。

2)采用2字节整型数表示1个水位数据，单位为cm或者mm。考虑到2字节整型数的表示范围只能是0～65535，因此采用这种格式表示的水位数据一般只能是相对值，需要在数据中心加上监测点的海拔高程后得到水位绝对海拔高程值。

目前在国内用于水文数据传输的卫星主要是北斗，数据传输使用的是北斗的短报文通信方式，按照北斗官方提供的短报文民用版接口协议，短报文开放给用户的最大字节数为98。如果采用第一种水位数据编码格式，一条北斗报文中最多能包含24组水位数据；而采用第二种水位数据格式，一条北斗报文中最多能包含49组水位数据。

在一些水文遥测系统中，用户要求水位的观测频次高，但是发信的频次低，例如在某些水文监测系统中就要求水位每5分钟采集1次，6小时发送1次，在发送时要求包含过去6小时采集的所有水位数据，即72组水位数据。即使水位采用如前所述的2字节整型格式表示，最多一包也只能传输49组水位，必须分成2包才能传输72组数据，导致设备整体功耗和通信费用相比传输1包数据有所增加。因此，急需一种改进数据编码方法，使北斗短报文可以承载更多的水位信息，从而降低水位监测设备的整体功耗和通信费用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于北斗通信的一体化遥测水位计，结构紧凑，设备体积小，方便携带，降低了设备运输难度和费用；还提供了一种北斗报文编码方法，采用差值存储更多的水位数据，同样的数据量可以用更少的北斗报文完成传输，因此可以有效节省设备功耗和通信费用。