大慶地區(qū)防洪工程水位遙測系統(tǒng)建設設想

1 工程簡介

大慶地區(qū)防洪工程位于松嫩平原嫩左地區(qū)中部，北起雙陽河，南抵松花江，東至明水、青岡縣城以東的分水嶺，西至大慶“八三”管堤。包括安肇新河和肇蘭新河。安肇新河由王花泡、北二十里泡、中內泡、七才泡、老江身泡、庫里泡等滯洪區(qū)，108.1 km的河道及明青截流溝組成，工程跨經齊齊哈爾、大慶、安達、青岡、明水、林甸、依安、肇州、肇源等市縣的一部分或大部分地區(qū); 肇蘭新河由青肯泡滯洪區(qū)、污水庫和93 km的河道以及10.7 km新開挖段組成，工程跨經肇東、呼蘭等地。

2 水文自動測報系統(tǒng)的現(xiàn)狀

大慶地區(qū)防洪工程自動測報系統(tǒng)主要包括明青坡地水文自動測報系統(tǒng)和大慶地區(qū)防洪工程主要滯洪區(qū)雨量遙測系統(tǒng)。

2.1 明青坡地水文自動測報系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是監(jiān)測、采集明青坡地來水的遙測雨量自動測報系統(tǒng)。明青坡地水文自動測報系統(tǒng)由1 處中心站、2 處中繼站和21 處遙測雨量站組成。站點分布詳見圖1。

2.2 大慶地區(qū)防洪工程主要滯洪區(qū)雨量遙測系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要是監(jiān)測大慶地區(qū)防洪工程主要滯洪區(qū)的雨情。同明青坡地水文自動測報系統(tǒng)使用同一個中心站。還包括2個中繼站和5個雨量站。

目前，大慶地區(qū)防洪工程水文自動測報系統(tǒng)主要是雨量監(jiān)測系統(tǒng)，缺少水位監(jiān)測系統(tǒng)。建設水位遙測系統(tǒng)，可極大的提高水情系統(tǒng)采集傳輸?shù)臅r效性，處防汛領導小組據(jù)此可以及時做出預測、預報和預警，并報告上級防汛部門，為防汛指揮、科學調度提供可靠決策信息，在抗洪減災中將發(fā)揮重要作用。因此，建設水位遙測系統(tǒng)是十分必要的。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)圖

3 水位遙測系統(tǒng)的總體設計

根據(jù)現(xiàn)有的實際情況，水位遙測系統(tǒng)采用VHF、GSM 和衛(wèi)星混合傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，是一個集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉發(fā)、數(shù)據(jù)處理、資料整編于一體的綜合性的水雨情遙測系統(tǒng)。利用已建公網作為主備傳輸信道，有效地利用了公共資源，避免了重復建設。在設計中要充分考慮兩種信道的傳輸特性，具體設計方案如下:

3.1 系統(tǒng)的通信體制

超短波傳輸為主通信方式，GSM 信道的短信傳輸為備用通信方式，總的通信方式為自報、限時增量加報、查詢－應答的混合通信體制。

3.2 遙測數(shù)據(jù)的實時性

水情遙測系統(tǒng)是為防汛和水文部門服務的，這就要求系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理快速而準確。

系統(tǒng)中采用VHF/GSM 混合傳輸?shù)姆绞?。如果RTU 發(fā)出信息后在規(guī)定時間內未收到中心確認信息，則會切換到GSM 信道進行數(shù)據(jù)傳輸，正常情況下短消息傳輸延遲一般為幾秒鐘，遙測數(shù)據(jù)可以立即傳輸?shù)椒种行?，從而保證了數(shù)據(jù)通信的實時性。

3.3 系統(tǒng)的時鐘同步

遙測站的時鐘是保證其正常運行的基礎。水文數(shù)據(jù)資料整編、遙測數(shù)據(jù)的定時報送都要求系統(tǒng)的時鐘具有一致性。對于超短波系統(tǒng)，時鐘同步的意義還在于可以有效地避開碰撞問題。

3.4 固態(tài)存儲數(shù)據(jù)的多重保護機制

固態(tài)存儲功能是遙測終端必備的重要功能，其數(shù)據(jù)的準確性、可靠性直接影響到水文資料整編的結果。

3.5 系統(tǒng)可靠性設計

忽視系統(tǒng)可靠性設計，將會導致系統(tǒng)功能不穩(wěn)定、設備損壞，乃至系統(tǒng)癱瘓的嚴重后果。采取的具體措施如下:

3.5.1 RTU 應設計可靠

1) 電路設計:終端電路設計時應考慮浪涌抑制，電源濾波，信號濾波，信號保護，掉電保護，所有接口電路的防雷保護等多種手段來提高硬件的可靠性。

2) 終端軟件設計: 采用了實時多任務管理機制、看門狗技術以及自檢、軟件陷阱等保護措施，良好的軟件流程也為系統(tǒng)的可靠性增加了籌碼。

3) 電路板:終端主板和接口板都由專業(yè)廠家進行流水焊接和檢驗;

4) 采取了掉電保護措施，不但節(jié)省了功耗，而且有利于系統(tǒng)的抗干擾性能。

5) 選用電源監(jiān)控芯片，對固態(tài)存儲器采用雙重保護。

3.5.2 軟件可靠性設計

水情中心負責轄區(qū)內所有遙測站水情信息的接收、處理、入庫、發(fā)布以及上報分發(fā)等重要工作，這些功能的實現(xiàn)主要依賴于分中心軟件的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)應從軟件運行環(huán)境的可靠性、應用軟件自身的可靠性等多個方面進行了分析和設計。

3.5.3 通信可靠性設計

通信設備的性能，通信網絡的質量，通信工作方式的選擇以及通信協(xié)議的制定等方面都是影響通信可靠性的因素。系統(tǒng)在通信可靠性設計方面應主要考慮了以下6 點: ①GSM通信網絡是一個可靠的無線通信網;②遙測站與分中心采用“VHF+GSM”的連接方式，傳輸可靠性有保障; ③采用的GSM 通信終端，在國內水情遙測系統(tǒng)中運行穩(wěn)定; ④主備通信方式之間可以自動切換; ⑤采用多次重發(fā)機制; ⑥采用差錯編碼。

3.5.4 數(shù)據(jù)可靠性設計

水情遙測系統(tǒng)建設的根本任務是取得各遙測站的實時水情數(shù)據(jù)，作為資料整編和防汛調度的依據(jù)。因此必須采取充分的措施保證水文遙測數(shù)據(jù)的可信度、完備性以及安全性。系統(tǒng)設計在數(shù)據(jù)可靠性方面采取的措施如下:

3.5.4.1 采用存儲重發(fā)機制

存儲重發(fā)機制可以保證中心遙測數(shù)據(jù)的完整性，一旦遙測站固態(tài)存儲器數(shù)據(jù)不能正常讀出時，可以通過中心已經接收到的遙測數(shù)據(jù)進行資料整編。這樣遙測終端的固態(tài)存儲器數(shù)據(jù)與中心的遙測數(shù)據(jù)互為備份。

3.5.4.2 采用數(shù)據(jù)合理性檢查機制

對遙測數(shù)據(jù)設定合理的取值范圍，測站測量參數(shù)完畢，對各參量測量值進行判斷，如果測量值在設定的取值范圍內，則認為數(shù)據(jù)可信，否則重新測量。中心站收到遙測數(shù)據(jù)時，也進行同樣的數(shù)據(jù)合理性檢查。

3.5.4.3 固態(tài)數(shù)據(jù)刪除保護

當測站收到中心站固態(tài)數(shù)據(jù)刪除命令后，首先要求中心確認是否屬實，中心收到請求后，再次發(fā)送固態(tài)數(shù)據(jù)刪除命令。測站連續(xù)3 次收到固態(tài)數(shù)據(jù)刪除命令，并獲得中心確認，方可進行固態(tài)數(shù)據(jù)的刪除。

3.5.4.4 采用差錯編碼和CRC 校驗

保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。如果校驗錯誤，采用重發(fā)機制。

3.5.4.5 遙測站可靠性設計

遙測站處在整個測報系統(tǒng)的前端，負責數(shù)據(jù)采集、存儲和上報，數(shù)據(jù)能否可靠地傳送至中心是整個系統(tǒng)正常運轉的關鍵，因此遙測站的可靠性至關重要，可以說保證系統(tǒng)可靠性的重點和難點在于遙測站的可靠性。

3.5.4.6 遙測站供電設計

1) 蓄電池容量: 水文測報系統(tǒng)中，遙測站大多地處邊遠山區(qū)，由于農網電壓不穩(wěn)定，而且得不到連續(xù)供電的保證，因此不宜使用交流供電方式。所有遙測站均采用太陽能電池浮充免維護蓄電池供電的方式。并且要求陰雨天氣持續(xù)30 d的情況下，能保持正常工作。

2) 太陽能電池功率:綜合考慮平均日照、遙測站功耗、太陽能電池板充電電流、負載相關系數(shù)以及電池充電安全系數(shù)，選擇正確太陽能電池板，即可保證陰雨30 d情況下，設備正常運行，亦可保證5 d內將蓄電池充滿的技術要求。

4 結 語

大慶地區(qū)防洪工程水位遙測系統(tǒng)一旦建成后，能夠極大提高水情的時效性，為防汛會商爭取了時間，為抗洪搶險提供了保證。由于采用雙信道通信方式，大大提高了水情信息采集傳輸?shù)谋ＷC率，為大慶地區(qū)防洪工程安全度汛提供了有力的技術保證。