漁洞水庫水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級改造

孫虹琳

(云南昭通漁洞水庫管理局 657000)

漁洞水庫水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級改造

孫虹琳

(云南昭通漁洞水庫管理局 657000)

水情監(jiān)測系統(tǒng)是水庫運行管理、防洪調(diào)度的基礎(chǔ)。從安全的角度出發(fā)，許多水庫都進(jìn)行了水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級改造，本文以漁洞水庫水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級改造為例進(jìn)行探討。

水情監(jiān)測系統(tǒng) 升級改造 遙測終端 GPRS SMS

1 概述

水情監(jiān)測系統(tǒng)是水庫運行管理、防洪調(diào)度的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲及處理等方式來完成對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的雨量、水位等水情信息的實時數(shù)據(jù)采集處理。通過對采集數(shù)據(jù)的分析處理，可以有效預(yù)防洪水災(zāi)害、合理利用水資源，帶來較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。水情監(jiān)測系統(tǒng)的基本構(gòu)成元素是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控。以前由人工采集、電話報數(shù)的方式存在收集信息數(shù)量少、傳遞處理慢等弊端;后來的自動無線傳輸有了很大的改善，但運行維護(hù)成本大，存在系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況。隨著通訊技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，水情監(jiān)測系統(tǒng)中的這些重要環(huán)節(jié)都有了更好的解決途徑，使地理環(huán)境等因素帶來的影響已達(dá)到可忽略的程度。近年來隨著各種自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，以及國家對水利工程的投資不斷增加，許多水庫從安全的角度出發(fā)，都進(jìn)行了水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級改造。下面以漁洞水庫水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級改造為例進(jìn)行探討，以資和同行進(jìn)行交流學(xué)習(xí)。

2 工程系統(tǒng)概況

2.1 工程系統(tǒng)概況

漁洞水庫樞紐工程是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，滿足城鎮(zhèn)生活用水，結(jié)合發(fā)電、下游梯級電站補水及防洪等綜合利用的大(2)型水利骨干工程。水庫總庫容為3.64億m3，壩址以上控制流域面積709km2。水庫的水情監(jiān)測系統(tǒng)從建成至今已有10多年的歷史，該系統(tǒng)由1個中心站、1個中繼站和8個遙測站組成，應(yīng)用傳感器、超短波通訊、遙測遙控技術(shù)和計算機(jī)實現(xiàn)水雨情信息自動數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理入庫等。各遙測站的設(shè)備由遙測數(shù)傳儀、電臺、天線、饋線、蓄電池、太陽能電池以及水位計、雨量計、避雷器等組成。

2.2 水情監(jiān)測系統(tǒng)存在問題

2.2.1 遙測站問題

a．各測站故障率上升，維護(hù)量增加，并且備品配件廠家均不再生產(chǎn)，造成部分站點失效，影響系統(tǒng)的正常運行。

b．有少量遙測站點會發(fā)生雷擊。

c．中繼站出現(xiàn)故障時，除壩上外其他數(shù)據(jù)都接收不了。

2.2.2 信息處理系統(tǒng)問題

壩上雨量報數(shù)在發(fā)生閃電或開燈時會出現(xiàn)增加的情況。

3 改造方案的確定

根據(jù)存在問題，從以下幾方面對項目進(jìn)行考慮和選擇。

3.1 通訊方式

通訊方式的選擇決定了其他一些功能的選擇，因此首先要進(jìn)行比較。在通訊方式上有兩種不同形式：?超短波通訊;?利用移動通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。通過比較，決定采用移動通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)信息傳輸。理由如下：

a．傳輸速度快，安全穩(wěn)定性高，費用低廉。

b．現(xiàn)場設(shè)備減少，出故障環(huán)節(jié)也減少。

c．不用再考慮防雷問題，減少了裝設(shè)接地線、避雷器、避雷針及對這些設(shè)備除銹防銹等維護(hù)工作。

d．可以不再設(shè)中繼站，精簡了系統(tǒng)構(gòu)成。

e．在參數(shù)設(shè)置上可以實現(xiàn)不到現(xiàn)場、用手機(jī)進(jìn)行設(shè)置的方式。

移動通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)現(xiàn)在普及使用中的有三種：3G、CDMA、GSM。3G系統(tǒng)處于推廣使用期，在費用上與CDMA、GSM相比高一些，從經(jīng)濟(jì)適用性上考慮，不予選擇;CDMA在該地區(qū)組網(wǎng)覆蓋面上較GSM小，且在偏僻地方還有未裝設(shè)機(jī)站，比較后選擇GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。GSM網(wǎng)絡(luò)中包含有GPRS業(yè)務(wù)和SMS業(yè)務(wù)，GPRS是一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的通用分組無線業(yè)務(wù)，其通信信道是共享的，僅在有數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r候才產(chǎn)生流量;SMS業(yè)務(wù)即GSM手機(jī)短信業(yè)務(wù)。在GPRS業(yè)務(wù)上，移動公司推出的流量包月套餐費用相當(dāng)?shù)土?，完全滿足小流量、低頻度的水情采集系統(tǒng)使用要求。SMS具有覆蓋面廣、在線保持、自動傳送、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，也完全滿足使用要求。但SMS按短信的條數(shù)來計費，以140字節(jié)為每條短信的最大長度，與GPRS包流量比較，在枯水時期費用不算太高，但在汛期就有很大提高，所以選擇使用GPRS信道傳輸方式。整個水情監(jiān)測系統(tǒng)的組成見圖1。

圖1 GPRS通訊傳輸方式水情監(jiān)測系統(tǒng)

在一切設(shè)備都準(zhǔn)備好，等待GPRS模塊調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)了一個問題：我們的寬帶網(wǎng)絡(luò)因使用的是鄉(xiāng)上的交換設(shè)備，條件沒有城市里的好，掉線的幾率很大，發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的幾率也就相應(yīng)增大。若要數(shù)據(jù)不丟失，就需要一個固定的IP地址，使數(shù)據(jù)得以保存。而開通一個固定IP地址價格不菲，分配到水庫所需要的測站數(shù)上，價格太高。因此使用GPRS通訊方式的方案不可行。經(jīng)和合作單位研討，一個解決方案：即GPRS通訊和SMS通訊都使用，把SMS作為GPRS的備用使用。寬帶掉線的時候，自動改為SMS通訊方式。這樣就可以保證數(shù)據(jù)不會在傳輸時發(fā)生丟失了。只是費用有所提高，多了一個轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。經(jīng)考慮，最后改為用GSM手機(jī)短信方式。相應(yīng)水情監(jiān)測系統(tǒng)的組成見圖2。

圖2 GSM通訊傳輸方式水情監(jiān)測系統(tǒng)

3.2 遙測站

遙測站由遙測數(shù)傳儀、通訊系統(tǒng)、電源以及水位計、雨量計、避雷器等組成。遙測數(shù)傳儀是遙測站的心臟，它要滿足水情信息的自動采集、收集功能。在選擇了通訊方式的基礎(chǔ)上，我們選擇的遙測終端機(jī)既可以在現(xiàn)場設(shè)置各種參數(shù)和顯示各種參數(shù)，也可通過手機(jī)進(jìn)行設(shè)置各種參數(shù)，既適合無人值守的水位雨量站使用，也適合有洪水預(yù)報任務(wù)的水位雨量站使用。采用大容量非易失存儲模塊，可存儲水位或雨量數(shù)據(jù)，單參數(shù)可存儲900天，能長期反復(fù)使用。遙測終端內(nèi)還裝設(shè)了一個手機(jī)卡，滿足SMS短消息的發(fā)送。整個遙測終端和蓄電池安裝在一個防銹防水的柜子里，通過穿線孔與外部的雨量計、水位計以及太陽能電池板連接，就形成了一個完整的遙測站。

3.3 信息系統(tǒng)

壩上的雨量報數(shù)，在原水情系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生閃電或開燈時就報來雨量的情況。這個雨量筒就安裝在信息分中心樓頂，電臺放在分中心室內(nèi)。為解決這個問題，進(jìn)行過多種嘗試：例如改變雨量筒的位置、移動電臺位置等，可是都沒有杜絕這種現(xiàn)象的發(fā)生。在這次改造中，在連接線上我們?nèi)渴褂闷帘涡阅芨玫碾娎|，希望能消除這種現(xiàn)象。

4 改造的實施

SMS模塊調(diào)試完成后，對各個測站進(jìn)行了升級改造。安裝很方便，基本是在現(xiàn)場打眼固定就可以了。只有一個很偏僻的地方信號不太好，在各接頭處保證接觸良好，降低損耗，也不影響正常使用。經(jīng)調(diào)試安裝后，整個水情監(jiān)測系統(tǒng)運行效果良好。壩上的雨量報數(shù)在開燈時沒有再出現(xiàn)來報情況，因季節(jié)原因，還沒有碰到過閃電。不知是因為屏蔽電纜的作用還是通訊方式的改變解決了這個問題，這個問題有待專業(yè)人士進(jìn)一步去研究。但有一個值得注意的問題是：在與移動公司接洽時一定要保證不出現(xiàn)欠費停機(jī)的情況，否則數(shù)據(jù)又要丟失了，雖然很簡單，但很重要。

5 心得體會

經(jīng)過此次水情系統(tǒng)的升級改造，深深感受到了科技發(fā)展推動生產(chǎn)力發(fā)展的真理所在。有了新技術(shù)的支持，我國水利系統(tǒng)的數(shù)字化一定可以實現(xiàn)。但目前水庫存在多種體制，對于收支兩條線、走事業(yè)單位體制的水庫來說，水庫的改造費用完全由當(dāng)?shù)卣鉀Q，在經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，政府的財力有限，資金很難落實。在國家下決心加大水利投資的情況下，各省水利部門是否也可以根據(jù)不同地方的經(jīng)濟(jì)情況對重要水庫的配套設(shè)施升級改造傾斜一些資金呢?畢竟許多水庫都是當(dāng)?shù)氐纳€，水庫的安全有保障了，當(dāng)?shù)氐纳鐣?、?jīng)濟(jì)也才能安全發(fā)展。