摘要：十四五时期为贯彻落实高质量目标任务，各地区水利部门重点针对新时期水文水资源监测工作部署问题进行了重点部署。其中，水利部门水文水资源监测中心必须结合高质量发展理念以及应用新技术内容，坚持守住水文水资源安全监测底线，保障人民群众生命安全与财产安全。针对于此，本文主要结合高质量发展目标，以无线传感器网络技术中的ZigBee技术为研究重点，对新时期水文监测系统设计方法以及系统功能应用问题进行研究与分析，以期可以进一步助推我国水文水资源监测工作可持续开展。

关键词：无线传感器；ZigBee技术；水文监测系统；功能分析

引言：新时期我国各省市地区水利部门针对水文水资源监测重点工作进行了科学部署，明确强调水文水资源监测中心必须坚持贯彻落实党中央及国务院部署决策精神，通过采取超前组织准备以及密切监测预报等系列工作手段，加强对水旱灾害等问题的科学应对，确保防汛以及抗旱等工作取得全面胜利。从客观角度上来讲，水文水资源监测工作落实到位与否，往往会对人民生命财产安全以及经济安全产生重大影响，同时也会对我国生态环境安全以及社会安全等产生重大影响[1]。针对于此，各级水利部门必须深化各自的岗位责任意识，坚持按照新时期水文水资源监测要求以及相关理念，聚焦水文水资源监测工作重难点问题，通过不断补短板、夯基础，提高水文水资源监测能力以及工作效能。其中，管理人员应该积极将新理念以及新技术如无线传感器网络技术引入到水文监测系统构建体系当中，以保证新时期水文水资源监测工作得以高质量开展。

1水文监测系统应用发展及相关分析

传统水文监测系统更加侧重于强调采取人工记录方式以及有线方式实现通信过程。然而因各个水文监测点存在分布广且距离远的特点，再加上部分监测点位置相对偏远，导致在获取水文信息方面可能存在传输效率不高或者干扰问题明显的情况。最重要的是，人工记录方式耗时耗力且容易对监测人员生命财产安全构成威胁，整体效能水平并不是很高。近些年来，为促进我国现代化水利建设事业健康持续发展，政府相关部门主动结合我国水文行业特点，并针对水文监测工作提出了全新的战略部署。明确强调水文监测行业领域应该立足于高质量发展要求，主动利用新技术以及新理念方法对传统水文监测系统存在的短板问题进行及时补齐[1]。

如可以积极利用无线传感器等先进技术手段对传统水文监测系统进行健全完善，实现对水文信息的主动获取与整合分析。其中，基于ZigBee的无线传感器网络技术现出的高功率传输以及低功耗特点相对明显，是新时期水文监测领域予以重点关注与应用的无线传感器网络技术类型。结合当前应用情况来看，基于ZigBee无线传感器网络技术已经发展成为水文监测系统不可或缺的核心技术，进一步增强了传感器节点间数据通信的可靠性与安全性，可行性价值较强。针对于此，本文主要以ZigBee无线传感器网络技术为研究核心，对新时期水文监测系统构建方法以及功能实现问题进行重点研究分析。

2基于ZigBee无线传感器网络技术的水文监测系统功能及总体架构分析

2.1系统功能

水文监测系统在功能应用方面主要以实现对水位、流量、水质、温度等关键水文信息的自动采集与整合分析。其中，基于无线传感器技术的远程水文监测系统可以摆脱传统水文监测系统存在的应用局限问题。如可利用无线传感技术的数据传输速率快、抗干扰能力强的优势，实现对江河湖泊水位信息以及温度信息的动态采集。获取完关键水文监测信息之后，系统会将所采集到的信息定时反馈到远程监控中心当中。由远程监控中心判断当前水文监测信息是否存在异常状况，一旦存在异常状况，远程监控中心可及时报警，并将相关报警信息反馈到管理人员手中。管理人员可根据水文信息状态情况对当前水文，水资源险情进行详细掌握，并及时做出决策[2]。

2.2系统总体结构

水文监测系统在运行应用过程中所面临的监测区域较大且监测点众多，如果单纯采取以往的监测技术进行监测管理，则难以达到预期的监测成效。而通过利用ZigBee技术自组网以及耗能低的优势特点，基本上可以有效克服传统水文监测系统存在的应用薄弱问题。举例而言，水文监测系统可通过利用各种传感器功能对各个监测点的水文信息进行主动采集。经过单片机控制系统处理之后，统一有ZigBee模块无线传输至PC监控中心当中，再经由无线通信网络反馈到使用者手机等终端设备当中。

3基于ZigBee无线传感器网络技术的水文监测系统硬件设计方法

3.1信息采集模块设计

信息采集模块设计基本上可以视为水文监测系统硬件设计的核心内容。一般来说，水文信息主要包括水位、水质、雨量以及温度等重要信息内容。为加强对上述水文信息的自动获取与整合分析，研究人员可以将无线传感器技术如ZigBee技术融入到远程水文监测系统应用领域当中。与传统水文监测系统不同，基于无线传感器网络技术的水文监测系统所表现出的可扩展性功能比较明显。操作人员可根据实际需求对信息采集模块进行适当改变，以完成对不同水文信息的主动采集[3]。

3.1.1温度采集模块设计

温度采集模块可通过利用数字温度传感器实现对水文监测领域速度信息的主动获取。根据温度数据反馈情况，对当前监测区域水文状态是否存在异常问题进行及时判断。

3.1.2水位采集模块设计

关于水位采集模块设计优化问题的研究与分析，可通过利用投入式静压水位传感器设备实现对水位变化信息数据动态采集与合理分析。与其他传感器类型不同，投入式静压水位传感器设备所表现出的轻便性以及灵敏度较高，可以为水位采集模块安全运行提供良好的性能保障。在应用原理上，当被测压力直接作用于压力传感器膜片位置时，膜片会产生细微形变，此时传感器会产生电压信号。当电压信号经过放大器放大处理之后，可实现电压电流的转换，最终以标准信号形式输出，方便设计人员获取水位信息数据。

3.1.3 pH值采集模块设计

pH值采集模块设计需要利用pH传感器对传感器所采集到的信息数据进行主动获取与深度分析。客观来讲，不同pH值在传感器输出电压表现方面存在差异。因此设计人员可根据电压变化规律对相应pH值进行主动获取。

3.2 ZigBee模块设计

关于ZigBee模块设计优化问题的研究与分析，建议设计人员可以优先采用性能良好且可靠程度较高的CC2530模块进行应用设计。在具体设计过程中，设计人员可以集成无线通信模块、单片机以及ADC，增强单片机与无线通信模块运行过程的安全性与可靠性。与此同时，所选用的CC2530模块功耗较低且操作方便，设计人员只需要提前掌握单片机串口传输方式，就可以高效使用ZigBee无线组网技术[4]。

3.3 GPRS通讯模块设计

GPRS通讯模块需要通过利用GPRS网络实现对水文数据的远程传输与主动处理。其中，在无线模块的选用上，建议设计人员可以优先选择语音功能良好以及数据服务业务良好的无线模块进行配置使用。在具体使用过程中，当监测区域中的某一传感器节点采集的数据明显超过限定数值时，水文监测系统会通过对比分析其临近节点数据情况，对当前传感器节点所采集的数据是否超过警戒值进行判断分析。一旦超过警戒值，系统会将警报信息反馈到手机用户当中。如果相邻节点所采集的数据处于正常波动范围内，设计人员可以将此节点视为异常节点，并通过重点标记，后续采取人工检查方式排查异常节点问题。结合应用反馈情况来看，通过利用此种方式，基本上可以最大限度避免警报信息误报问题出现。

4基于ZigBee无线传感器网络技术的水文监测系统软件设计方法

关于水文监测系统软件设计方法的实现分析，设计人员需要重点围绕系统主程序设计、数据传输设计以及GPRS软件设计等重要内容进行统筹部署。其中，对于系统主程序设计优化问题而言，设计人员需要以ZigBee协议栈为基础进行规划设计。在无线网络拓扑结构的选用上，可优先采取树形结构设计方法。与此同时，中心节点可通过CC2530芯片实现无线收发通信过程。

除此之外，在数据传输设计方面，建议设计人员可采取“数据传输指令+数据长度+目标地址+数据”的方式实现点对点数据传输过程。需要注意的是，在GPRS软件设计优化方面，设计人员应该考虑GPRS通信以流量计费。也就是说，只有系统出现报警信息之后，才可以利用GPRS模块的短信通讯功能将报警信息反馈到用户手中[5]。

5基于无线传感器网络的水文监测系统功能应用及实践分析

5.1实现洪水调配与水位采集

区别于传统监测技术，监测人员可利用无线传感器网络技术优势如抗干扰能力强、实时性特点，完成对不同时段以及不同环境下水位变化以及流量变化情况的监测分析。在监测分析过程中，无线传感器网络系统可结合水位变化数据以及流量变化数据等，重点筛出关键数据。由监测人员详细分析之后利用相关软件绘制水位曲线，根据水位曲线变化情况掌握洪水推进速度以及蓄洪区淹没状态，结合实际情况及时下达防洪决策。

在水位采集与分析方面，监测人员可利用无线传感器网络技术智能化以及自动化应用优势实现对水文水资源监测工作的高质量落实。在具体落实过程中，监测人员可利用无线传感器网络系统获取相关水位数据。并利用无线传感器网络系统实时传输功能完成对各点水位数据的收集分析，期间，监测人员可在监测中心利用计算机系统完成对大量水位数据的精准获取。结合水位数据情况，对当前监测领域是否存在洪涝灾害等问题进行研判分析[6]。

5.2完成水质监测与流量测验过程

水质监测基本上可以视为水文水资源监测中心予以重点落实的工作任务。其中，为确保水质监测工作得以高质量开展，监测人员必须及时转变传统管理理念以及技术应用理念，主动将无线传感器网络技术优势应用于水质监测工作当中。举例而言，监测人员可利用无线传感器网络技术完成对河道、湖泊等重点监测区域环境数据的自动化采集与整合分析。获取到采集样点坐标之后，监测人员需要对水源带污染情况进行全过程监控管理。

根据管理反馈情况，科学制作动态监控图。此时监测人员可根据动态监控图情况，对当前水域水质以及污染情况进行重点研究与分析。一旦发现存在水质污染问题，必须及时响应，利用相关应对措施加以处理。除此之外，在流量测验分析方面，监测人员可以利用无线传感器网络技术优势对传统测验短板问题进行及时补齐，进一步增强监测数据的精准性效果。

5.3注重洪涝灾害评估问题

洪涝灾害始终是水文水资源监测管理的重难点内容，结合我国大量洪水调查研究表现，我国主要河流大洪水在时空特点表现上多呈现出阶段性以及重复性特点，严重威胁人民群众生命财产安全以及社会经济安全。近些年来，为加强对洪涝灾害问题的科学评估与应对处理，水利部门水文水资源监测中心在监测管理以及评估分析过程中，通过科学利用无线传感器网络技术以及相关系统模式实现对洪水淹没面积以及作用范围的定位分析。根据分析数据结果，科学研判当前洪涝灾害危害程度。在此基础上，监测人员也可以适当引入遥感技术，通过实现遥感技术与无线传感器网络技术的融合应用进一步加强对洪涝灾害等关键数据的获取分析。

6结论

面对新时期水文水资源监测工作新职责以及新要求，各地区水文水资源监测中心必须主动立足于现阶段水文水资源监测工作存在短板问题以及发展趋势，对新时期水文监测系统运行体系以及新技术应用问题进行全面改进与优化调整，充分缓解水文水资源监测工作面临的主要压力。其中，相关研究人员可以重点针对水文监测系统升级优化问题进行统筹部署，如可以借助基于大功率ZigBee的无线传感器网络健全完善水文监测系统体系，实现高质量水质监测与管理过程。

除此之外，在今后的发展过程中，研究人员还可以将新技术以及新理念方法融入到水文水资源监测工作当中，全面增强水文水资源监测工作效能。

参考文献：

[1]董文斌.基于LoRa的线性无线传感器网络监测系统[D].东北农业大学，2021.

[2]陆波，易茂艳.基于ZigBee技术的自动化水文监测系统的设计与开发[J].吉林水利，2019（12）：6-9.

[3]程瑞修.ZigBee和GPRS技术在水文监测系统中的应用[J].工程建设与设计，2018（04）：135-136.

[4]刘芯.无线传感器网络在远程水文信息监测中的应用研究[D].新疆大学，2011.

[5]李黎.基于无线传感器网络的档案综合管理系统在水文资料管理上的应用[J].河南水利与南水北调，2019，48（06）：32-33.