TCIDA 0009-2021 灌区物联网通信传输标准

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团 体 标 准1水利水电技术标准咨询服务中心微信二维码,扫一扫信息更多、服务更快销售分类:农村水利/信息化

团体标准灌区物联网通信传输标准A1*中国水利水电出版社出版发行北京市海淀区玉渊潭南路1号D座)网址nE@n电话8营销中心)北京科水图书销售有限公司电话3全国各地新华书店和相关出版物销售网点经售清淞永业天津印刷有限公司印刷*m6开本5印张0千字2年4月第1版2年4月第1次印刷书号*6书号定价0元凡购买我社规程,如有缺页、倒页、脱页的,本社营销中心负责调换版权所有·侵权必究

灌区物联网通信传输标准Ta121发布 241实施中国灌区协会 发布中国灌区协会团体标准发布公告1年第3号总第7号)根据中国灌区协会团体标准管理办法》规定,经中国灌区协会第六届理事会第八次会议表决通过,现发布以下标准:序号标准名称标准编号发布日期实施日期1灌区物联网通信传输标准A111现予公告。中国灌区协会1年2月1日Ⅰ鏈 鏈1目 次前言 Ⅴ范围 1规范性引用文件 1术语和定义 2符号和缩略语 3总体要求技术标准

…………………3…………………4系统架构 4设备编码规则 4设备与物联网平台间的通信标准和定义 6设备与物联网平台间业务载荷报文定义 8状态数据类型定义 9附录A资料性) 灌区物联网智能操控示例 2Ⅲ鏈 鏈鏈 鏈1前 言本标准按照0标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本标准的某些内容可能涉及专利。本标准的发布机构不承担识别专利的责任。本标准由中国灌区协会提出并归口。本标准起草单位:京蓝云智物联网技术有限公司、中国农业科学院农田灌溉研究所、中国水利水电科学研究院、阿里巴巴集团、成都微思格科技有限公司。本标准主要起草人:陈植炜、王春香、徐杰、郜鹏、于晓博、薛圆、朱伟光、谷春亮、李益农、张宝忠、魏征、李金山、邓忠。Ⅴ鏈 鏈1范围

灌区物联网通信传输标准本标准规定了灌区物联网的术语、总体要求、系统架构、编码规则、通信标准定义、数据类型定义等内容。本标准适用于灌区物联网信息化管理平台系统及用水调度监测系统。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本标准必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本标准;不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改单)适用于本标准。1标准化工作导则第1部分:标准文件的结构和起草规则8电信设备通用文字符号2信息交换用汉字编码字符集 基本集3数据通信基本型控制规程4数据终端)和数据电路终端设备)之间的接口定义2电气设备用图形符号 第2部分:图形符号8数据元和交换格式 信息交换 日期和时间表示1计算机场地安全要求1低压开关设备和控制设备 总则9计算机信息系统安全保护等级划分准则0信息技术 中文编码字符集7水文仪器术语及符号5水文仪器信号与接口1节水灌溉设备现场验收规程3灌溉渠道系统量水规范2通信名词术语 数据通信 因特网1物联网标识体系 D应用指南9工业物联网 数据采集结构化描述规3自动化仪表工程施工及验收规范5水文基本术语和符号标准8水位观测标准9河流流量测验规范8灌溉与排水工程设计规范3节水灌溉工程技术标准0地下水监测工程技术规范6电力系统实时数据通信应用层协议0水利水电工程通信设计技术规程3农业电子信息产品通用技术条件 农业应用软件产品4农田排水工程技术规范6水利水电工程技术术语1鏈 鏈16水利信息化常用术语8水利信息数据库表结构及标识符编制规范1水利水电工程机电设计技术规范8通信工程电源系统防雷技术规定7z固定无线接入网工程设计规范术语和定义

窄带物联网)s构建于蜂窝网络,只消耗大约的带宽,可直接部署于M、S或E网络。灌区物联网a在灌区中通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把灌区各类管理对象与互联网相连接进行信息交换和通信以实现对灌区的智能化识别、定位、监控和管理的一种网络。物联网平台m通过标准接口中间件,将不同品牌、类型的物理设备按照相同的逻辑准入,做到统一接入、统一控制和统一管理的云平台。

低功耗广域网)k一种用在物联网例如以电池为电源的感测器可以用低比特率进行长距离通信的无线网络。无线网关y集成了无线局域网接入点功能的网关路由器设备。在灌区物联网中,指与阀门、闸室、泵站组成灌区管理网络并连接到管理平台可汇集设备信息上传至平台接收平台指令下发到对应的控制设备,与平台断开后可接管平台业务执行边缘计算。通用控制器r具备数据采集能力,且拥有更丰富的控制接口,可对闸门、水泵、过滤器、施肥设备、喷灌机等进行控制并拥有、以太等网络接口的智能化设备。机井水泵控制器lr与水泵装置和外部传感器组成控制系统,采集电流、电压电量、水量、水位、水压、流速等信息,识别认证电卡进行收费管理和控制水泵启停。

阀门控制器r与阀门控制装置以及压力流量传感器组成阀门控制系统,实现对管网的压力流量监测以及阀门的启停。远程终端单元)t一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元,它将末端检测仪表和执行机构与远程调控中心的主计算机连接起来,具有远程数据采集、控制和通信功能,能接收主计算机的操作指令,控制末端的执行机构动作。2鏈 鏈1符号和缩略语表1符号和缩略语序号符号和缩略语内 容1I基于拉丁字母的一套电脑编码系统规定了常用符号的二进制数表示方法2BCD二~十进制编码3BSC由M公司提出,是面向字符支持半双工通信的同步通信规程4CDMA1X基于码分多址的蜂窝数字移动通信系统网络分组交换技术5CRC循环冗余码校验6GSMGPRS基于全球移动通信系统的通用无线分组交换技术7DDN利用数字信道传输数据信号的数据传输网8MAS移动通信中的短消息业务9HEX十六进制编码0C集成电路1P互联网协议,即为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议2G全名4位的图像文件格式,是面向连续色调静止图像的一种压缩标准3MODBUSRTU应用于电子控制器上的一种通用协议和工业标准,通过它可以将不同厂商生产的控制设备连成网络进行集中监控4PSTN公用电话交换网5SC数字终端设备和数据电路终端设备间使用串行二进制数据交换的接口标准6S2A2和S2是同义词S2标准全称是平衡电压数字接口电路的电气特性,它定义了接口电路的特性7S5平衡数字多点系统用发生器和接收机的电特性接口标准8SDH一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络9I2基于微处理器的智能化监测传感器串行单一通道数据通信接口协议。在该协议支持下可实现一对多点总线远距离连接和传送0VSAT甚小口径卫星终端站,也称为卫星小数据站小站)1MQTT消息队列遥测传输2NtS对象简谱,是一种轻量级的数据交换格式总体要求灌区物联网系统的设计与建设以及相关设备的生产制造应符合本标准的规定。物联网平台与智能无线网关、通用控制器、智能传感器、阀门控制器之间的接口及数据通信协议应符合数据通信规约。智能无线网关与各类智能传感器、控制器之间的数据传输通信协议应符合报文传输规约。3鏈 鏈1本标准未能详尽的其他灌区物联网数据采集、传输规约宜在本标准规定的框架下扩充。灌区物联网系统涉及的仪器设备产品制造除应符合本标准规定外,还应符合相应国家标准、行业标准的要求。技术标准系统架构ƒ+¾-#AGF0……p¾fl¾API1* 5¾±G/4G/3G/²G ƒ+¾-#AGF0……p¾fl¾API1* 5¾±G/4G/3G/²G NB–IoT fisAN¾RTUfl¢s +.Ls……A¾+.Lfiª"L……图1系统架构图设备编码规则灌区物联网中,所有智能设备编码,应全局唯一,遵从设备编码规则。设备编码共8位,由品类码4位、供应商D编码4位、设备D编码0位)组成,其中设备D编码0位由年2位、周2位、设备D编码6位)组成。详见表~表。表2设备品类码编码规则类别序号设备名称品类码4位)控制设备1机井水泵控制器12水量计量采集控制器23智能无线网关34阀门控制器45平移喷灌机自动化控制器06卷盘式喷灌机自动化控制器17中心支轴喷灌机自动化控制器28温室中央控制器39闸门控制器00通用控制器01其他类型控制设备9保留)4鏈 鏈1表2设备品类码编码规则续)类别序号设备名称品类码4位)采集传感器2多要素气象站134层墒情仪,探测深度为m244层墒情仪,探测深度为,同时可监测土壤盐分354层墒情仪,探测深度为,同时可监测地表液位466层墒情仪,探测深度为m576层墒情仪,探测深度为,同时可监测土壤盐分686层墒情仪,探测深度为,同时可监测地表液位790层墒情仪,探测深度为m800层墒情仪,探测深度为,同时可监测土壤盐分910层墒情仪,探测深度为,同时可监测地表液位02压力流量计13远传压力表24投入式液位计35超声波液位计46磁致伸缩液位计57浮子液位计68管段式流量计09卡片式流量计10插入式流量计21外夹式流量计32多普勒明渠流量计43闸位计54雨量计65其他类型传感器9保留)施肥机6全自动施肥机17其他类型施肥机9保留)闸门8单控闸门19测控一体化闸门20其他类型闸门9保留)阀门1电磁阀/电动球阀12减压电磁阀23双头电磁阀/电动球阀34双头减压电磁阀45其他类型阀门9保留)过滤器6自动反冲洗过滤器151表3供应商D编码规则序号位数内 容14位供应商编码,由特定组织统一分配表4设备D编码规则序号位数内 容12位生产年,如,代表9年;如,代表0年22位生产周,代表第几周,范围436位设备,范围9设备与物联网平台间的通信标准和定义设备与物联网平台之间的通信方式宜采用:;B;以太、N等具备P通信能力的方式。对不具备与物联网平台直接通信能力的设备,如传感器、阀门等,可通过网关来中转,此类设备与网关之间的通信方式不限,同时不在此标准中定义。与物联网平台直接通信的设备具有如下特性:属性:设备的功能模型之一,一般用于描述设备运行时的状态,如环境监测设备所读取的环境温度等,属性支持和两种请求方式,应用系统可发起对属性的读取或设置请求。服务:设备的功能模型之一,设备可被外部调用的能力或者方法,可设置输入参数或输出参数。相比属性,服务可用一条指令实现更复杂的业务逻辑,如执行某项特定的任务。事件:设备的功能模型之一,设备运行时的事件事件一般包含需要被外部感知和处理的通知消息,可包含多个输出参数。如某项任务完成的信息设备发生故障报警时的问题等事件可被订阅和推送。设备与物联网平台通信的前提是在物联网云端已创建产品和对应设备,获取设备证书-e和相关的概念如下:产品:产品相当于一类设备的集合,同一产品下的设备具有相同的功能。设备证书:由e和t组成,唯一标识设备的身份信息,用于物联网平台和设备之间的鉴权和通信,需要妥善保管。:设备所属产品的,即物联网平台为产品颁发的全局唯一标识符。:设备在产品内的唯一标识符e与设备所属产品的y组合,作为设备标识,用来与物联网平台进行连接认证和通信。:物联网平台为设备颁发的设备密钥,和e成对使用,用于认证和通信加密。设备影子:是一个N文档,用于存储设备或者应用的当前状态信息。每个设备都会在云端有唯一的设备影子对应,无论设备有没有连接到,都可以使用设备影子通过获取或者设置设备的状态。设备与物联网平台通信的协议采用T协议,输入与输出均采用T9推荐的N格式,区分大小写。具体要求如下:固定报头)应符合表5的要求。61表5固定报头要求t765432101控制报文的类型请参见表用于指定控制报文类型的标志位5剩余长度,最大4个字节控制报文要求应符合表

表6控制报文要求名字值报文流动方向描 述d0禁止保留CONNECT1t-re连接T平台CONNACK2r-tT平台确认连接结果H3双向发布消息PUBACK4双向1消息发布收到确认PUBREC5双向T不支持PUBREL6双向T不支持PUBCOMP7双向T不支持E8t-re订阅T平台cSUBACK9r-tT平台确认订阅结果E0t-re取消订阅T平台cUNSUBACK1r-tT平台确认取消订阅结果Q2t-re发送心跳请求到T平台P3r-tT平台响应e心跳T4t-re断开T平台连接d5禁止保留消息内容参数要求应符合表。表7消息内容参数要求参数说 明n此标志指定连接是否是持久性的。0为持久会话1消息不会丢失1为非持久会话,清理离线消息d客户端标识符e代理的身份验证和授权凭证d代理的身份验证和授权凭证e心跳时间T平台约定心跳范围sd由设备三元组,,)按照规则生成,具体规则见表。71表8d生成规则参数规则说明d,,":表示客户端4字符内。其中||内为扩展参数。:安全模式2为S加密3为非加密。:签名算法类型。:当前时间毫秒值eydn_c)n_c为d中的d算法类型。为如下拼接字符串$e$$}$"完成设备证书的生成后,应自定义物模型和T通信的,使用默认物模型即可。每台设备的c各不相同,通过y和e的组合来区分。设备与物联网平台的通信完全通过T的c来完成。设备端c定义应符合表9的要求。表9设备端c定义要求c类型备注dh设备向T推送设备端配置dh设备向T推送设备状态th设备向T上报任务状态th设备向T上报事件状态eh设备向T推送设备影子ee设备从T获取设备影子te设备从T获取状态更新te设备从T获取配置qh设备向T发送时间同步请求pe设备从T获取时间同步信息ye设备暂停最近的计划ye设备恢复最近暂停的计划ye设备取消最近的计划th设备向T推送告警设备与物联网平台间业务载荷报文定义本章定义通信的业务数据协议报文,即为T里面的载荷数据。载荷数据采用N格式,定义包括、输入参数、输出参数。下面对各种业务数据协议进行定义。注表示为注释。添加计划8>添加计划用于编排多任务d1>输入参数{{动作指令必填项,可用值开启关闭等待) 可用值需要操作的设备D数组结束条件可选项未指定时如果本计划中有其他动作指令当其他指令结束时本动作结束)可用值计时状态条件)/*为 时条件值设为计时的时长单位为秒)当

E ,

( /

( / /,当e为E,e

条件值设为条件表达式

deEEE代表当状态条件符合时完成任务'e',多个任务间是否可并行进行e代表并行。可选项默认代表不并行),计划执行时刻的时间戳可选项与不能同时配置未配置时并且未指定时间代表立即执行)可选项未指定时代表计划只执行一次可用值计次按天重复按周重复/*当e

时

设为执行次数, 当e为Y时e设为格式为-$间隔天数可不设值无值或为0时代表每天执行代表每天执行任务的时间例如02代表每天2点0分0秒开始每次任务间隔两天( 当e为K时e设为6代表周一至周日多天之间用英文逗号分隔/e格式代表每周几的执行时间执行任务例如0代表每周一周二的2点0分0秒开始'e',可选项。有效期未指定时代表长期有效开始时间格式为s截止时间格式为s,可选项触发此任务的刷卡用户D}>输出{91成功标记计划,可用于取消计划子任务1子任务N依次对应请求中各子任务用于后续对子任务进行操作例如暂停取消等失败时才有值}查询计划y>输入参数:{}>输出{。

计划'成功标记失败时才有值成功时才有值取值范围为-}

准备未开始运行中已取消E取消计划l>输入参数{}>输出{}暂停计划

计划'成功标记失败时才有值暂停计划正在执行的或最近一个即将执行的计划周期)y>输入参数{}输出{0

计划'成功标记失败时才有值}恢复计划恢复计划正在执行的或最近一个即将执行的计划周期)y输入参数{

1}输出{}取消计划

计划'成功标记失败时才有值正在执行的或最近一个即将执行的计划周期)y输入参数{}输出{}暂停子任务

计划'成功标记失败时才有值e输入参数{}输出{}恢复子任务

子任务'成功标记失败时才有值e输入参数{11}输出{}取消子任务

子任务'成功标记失败时才有值l输入参数{}>输出{}追加子任务

子任务'成功标记失败时才有值d输入参数{计划,任务详情动作指令必填项可用值开启关闭等待)可用值需要操作的设备D数组。,结束条件可选项未指定时如果本计划中有其他动作指令当其他指令结束时本动作结束)可用值计时状态条件)/*当 时条件值设为计时的时长单位为秒)e为E ,

( /

( / /,

当e为E

条件值设为条件表达式

deEEE代表当状态条件符合时完成任务',e',多个任务间是否可并行进行e代表并行。可选项默认代表不并行)可选参数 指定在哪个子任务之前执行如果未设置则默认追加到尾部2}输出{}召测状态

成功标记任务成功时有值失败时才有值

1h输入参数{代表召测所有项}输出{}

,/可选参数用于指定召测项不指定时,可选参数用于指定回调地址成功标记失败时才有值同步阻塞召测状态c输入参数{代表召测所有项}输出{}查询状态

,/可选参数用于指定召测项不指定时可选参数指定超时时间单位秒成功标记成功时才有值项目项目1与输入参数一致,失败时才有值t>输入参数31{}输出{

'成功标记,/成功时才有值$状态名称$",/成功时并且有异常时才有值, , 状态名称取值范围为e中的状态项,dy):

状态值,e$ '发生时的时间戳,,} 失败时才有值查询历史状态*查询历史状态t>输入参数{结束时间}>输出{}

,-Md/开始时间-Md可选项未指定时默认查询到最新状态成功标记,/成功时才有值时间升序排序$状态名称$",失败时才有值操控设备状态操控设备状态l>输入参数{,,/状态名和设备上报状态中的状态名一致4}>输出{}订阅状态

{阀门序号x$状态值]成功标记失败时才有值

1e>输入参数{有项}>输出{}

取值L或d/可选参数用于指定订阅项不指定时代表订阅所可选参数用于指定订阅的回调地址成功标记成功时才有用于取消订阅失败时才有值取消订阅*取消订阅b>输入参数{}输出{}状态通知

'成功标记失败时才有值当有订阅的设备状态发生变化时主动通知应用服务器通知内容如下:{51

设备d编号{

状态值, $状态名"" "/有异常时才有值, ,取值范围为e中的状态项,dy)$,,}

发生时的时间戳,取消事件订阅e输入参数{}输出{}事件订阅

'成功标记失败时才有值e>输入参数{取值L或d事件类型事件类型/可选参数用于指定事件类型,不指定时代表订阅所有事件}输出{}告警设置

可选参数用于指定订阅的回调地址未指定时通知e成功标记成功时才有用于取消订阅失败时才有值同级别覆盖设置)y输入参数61{,{告警级别1最高告警参数告警条件≤≥)阈值( ) 动作停机上报Y增加上报频率}输出{}

可多个组合,.设置的告警条件通知回调地址'成功标记失失败时才有值告警条件查询m>输入参数{}输出{( )

设备d设备D告警级别1最高告警参数告警条件≤≥)阈值动作停机上报Y增加上报频率,.

可多个组合告警条件}删除告警条件e输入参数71{}输出{}

设备d告警级别1最高成功标记失失败时才有值设备告警状态查询y输入参数{}>输出{(

设备可选不传则查询所有设备d查询起始时间选传d查询结束时间选传分页条件第几页必传分页条件每页多少条必传数据总数分页条件第几页分页条件每页多少条[{,级别告警时间完成的动作停机上报增加上报频率)告警值阈值告警参数告警条件≤≥),}参数配置

].e>输入参数8{设备d

1{

$配置项内容'} 配置项名称}>输出{}参数读取

成功标记失失败时才有值t输入参数{设备d为空代表所有] 配置项名称'}输出{

成功标记失败时才有值{} }

配置项内容'状态数据类型定义灌区物联网数据字段类型及长度按8的规定执行。水情状态数据定义见表。表0水情状态数据定义序号数据名称字段名称类型及长度说明1水温m)℃2水压e)a3水位v)m4水深p)m5瞬时流量e)s6累积水量m)m37供水时间e)n91水质状态数据定义见表。表1水质状态数据定义序号数据名称字段名称类型及长度说明1值pH)—2全盐量t)L3含沙量CS)L4氯化物l)L5硫化物S)L6汞及其化合物Hg)L7镉及其化合物Cd)L8砷及其化合物As)L9六价铬及其化合物6)L0铅及其化合物b)L1铜及其化合物Cu)L2CODCOD)L3BODBOD)L土壤状态数据定义见表。表2土壤状态数据定义序号数据名称字段名称类型及长度说明1含水率_e)测量土壤墒情2电导率y)测量土壤盐分3酸碱度H)—4张力n)测量土壤水势5土壤温度m)℃6位置信息cVC北斗7土壤容重y)3环境状态数据定义见表。表3环境状态数据定义序号数据名称字段名称类型及长度说明1空气温度m)℃2空气湿度m)—3大气压力e)a4风向rVC—5风速d)s6降雨量l)mm7光照度e)x01表3环境状态数据定义续)序号数据名称字段名称类型及长度说明8太阳辐射y)29累计太阳辐射量n)20蒸发量n)mm1二氧化碳浓度l)62二氧化硫浓度l)63位置信息nVC北斗灌溉状态数据定义见表。表4灌溉状态数据定义序号数据名称字段名称类型及长度说明1水阀状态F布尔类型开启/关闭2水泵状态F布尔类型开启/关闭,存储水泵状态3闸门开度g)004电表读数y)—5电表底值e)—6水泵开关l布尔类型开启/关闭,存储下发指令7闸门运行r布尔类型上/下8闸门停止p布尔类型—9阀门开关e布尔类型开/关设备状态数据定义见表。表5设备状态数据定义序号数据名称字段名称类型及长度说明1C卡状态dVC刷卡成功/刷卡识别/运行中2网关信号强度IVC单位m3信号强度IVC单位m4网关电池电压yVC—5电池电压yVC—6软件版本nVC—7时间戳pVC—11通用控制接口示例

附 录A资料性)灌区物联网智能操控示例通用控制接口是总结各类控制设备的公共功能所制定的接口包括设备召测设备状态查询、设备订阅与取消订阅等。召测状态h输入参数{,}'返回{}e查询状态t输入参数{}"返回{",{",{,,],}设备订阅e输入参数{}"21返回{,}"取消订阅b输入参数{}"返回{}e明渠测控接口示例明渠测控接口,主要包括明渠闸门控制接口上升控制、下降控制、开度控制、停止控制、闸门状态查询、闸门状态订阅等。闸门状态查询t输入参数}返回{,,{{,,,,,",,,,{,,31,,,,,,}0}}闸门上升l输入参数{,"}"返回{}e闸门下降l输入参数{,"}"返回{}e闸门停止l输入参数{,}"41返回{}e闸门开度控制l输入参数{,,{: ,""]"}返回{}e闸门设置上报时间间隔l输入参数{,,{]"}返回{}