對水文遙測系統(tǒng)的分析

華 晨

(江蘇省水文水資源勘測局 連云港分局，江蘇連云港 214000)

0 概 述

水文遙測系統(tǒng)，是指遠(yuǎn)距離進(jìn)行傳輸和采集水文信息的設(shè)備和自動化技術(shù)，主要包括傳感器、通信設(shè)施和控制裝置［1－3］。通過系統(tǒng)內(nèi)部的探測器檢測水的濕度，溫度，水量，水流速，水質(zhì)，雨量，圖片，視頻圖像等足量的數(shù)字信息，然后通過CDMA/GPRS技術(shù)以及其它方式上傳到檢測中心，有效的進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和工作的開展。

1 簡要分析水文遙測系統(tǒng)組成

通常情況下，有3個(gè)主要的部分構(gòu)成了水文遙測系統(tǒng):

1)遙測站的儀表，也就是RTU 和傳感器。

2)信息傳輸?shù)耐ǖ?，如無線超短波，GSM，GPRS/CDMA，衛(wèi)星等。

3)接收中心或接收站的計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備。一般情況下，遙測傳輸?shù)捻?xiàng)目需要根據(jù)實(shí)際情況確定。通訊功能是根據(jù)通訊手段的不同、距離以及傳遞信息量的不同而制定的，其形式具有多樣性［4］。比如說，如果遙測范圍非常廣，而且還受到地形以及其他不利因素的限制，在這樣的情況下，一般就會選擇一個(gè)或是多個(gè)中繼站進(jìn)行信息的傳遞。這樣的形式非常便捷而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

接受中心的建設(shè)，一般只需要建立一個(gè)中心，情況特殊時(shí)，需要建立一個(gè)或兩個(gè)分中心。一般情況下，信息中心負(fù)責(zé)用戶信息的分配等具體性的操作。舉個(gè)例子來說，江蘇地區(qū)全部采用的GPRS/CDMA，無需中繼設(shè)備，直接走運(yùn)營商專線。在進(jìn)行水文遙測系統(tǒng)建立時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)具體的實(shí)際情況，進(jìn)行相應(yīng)方式的選擇，從而能夠最大限度達(dá)到資源的有效利用［5－8］。

2 傳輸制式

根據(jù)水文遙測系統(tǒng)的傳輸制式的類型，有兩種類型可以選擇，同時(shí)，還可把這兩種傳輸制式進(jìn)行結(jié)合起來使用。兩種傳輸制式為:①是應(yīng)答式;②是自報(bào)式。

2.1 應(yīng)答式也稱之為被動式

一般情況下，遙測站是處于被動地位和待命狀態(tài)，一旦接受到來自中心設(shè)備或中繼站轉(zhuǎn)傳來的信息指令之后，就會立即開啟相應(yīng)的設(shè)備，把儲存時(shí)段的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和累計(jì)數(shù)據(jù)向設(shè)備中心或者中繼站傳輸。中心會定期向下面的遙測站進(jìn)行巡測，如果遇到疑問就會立刻向該巡測站進(jìn)行查詢修正。

另外，還可根據(jù)實(shí)際的需求，隨時(shí)向個(gè)別或全部遙測站進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)報(bào)。應(yīng)答式傳輸制式的優(yōu)點(diǎn)就是功能比較多、數(shù)據(jù)量比較足，不僅可靈活進(jìn)行選測，而且還可進(jìn)行統(tǒng)一的巡測，使用方便、自如。不足之處就是這種設(shè)備的投資較高、維修難度較大、設(shè)備功能都比較復(fù)雜，而且不適合在中繼站多的系統(tǒng)中進(jìn)行使用。

2.2 自報(bào)式也稱之為“主動式”

一般情況下，遙測站都會主動地將信息按事先規(guī)定好的編碼方式向中心或中繼站進(jìn)行發(fā)送傳輸，這就是定時(shí)控制。另外，還可結(jié)合事先的規(guī)定需要，當(dāng)遙測參數(shù)數(shù)據(jù)變化達(dá)到規(guī)定的數(shù)值時(shí)，就進(jìn)行信號傳輸。

在實(shí)際的使用過程中，一般都是增量控制和定時(shí)控制兩種并用。這種自報(bào)式的傳輸制式具有可靠性較高、設(shè)備較簡單、數(shù)據(jù)過程完整、費(fèi)用省功耗小的特點(diǎn)，但是，它也有不足之處，就是如果遇到故障之后，通信信道出現(xiàn)故障，這時(shí)就很容易與中心失去聯(lián)系。

3 系統(tǒng)建設(shè)

對于水文遙測系統(tǒng)的系統(tǒng)建設(shè)需要注意以下5個(gè)方面:

1)在進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)尤其是比較大規(guī)模的系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，一定要嚴(yán)格論證、統(tǒng)一規(guī)劃，并且，及時(shí)與相關(guān)單位和部門取得協(xié)調(diào)合作，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)設(shè)備的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，獲得較高的綜合效益，其中注意的一點(diǎn)就是要節(jié)約投資。

2)通常情況下，在人煙稀少和交通不方便的地區(qū)，比較適合建立水文遙測系統(tǒng)。通過水文遙測系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可大量節(jié)省相應(yīng)的人力和物力資源，節(jié)省了相應(yīng)的支出，還能很好地彌補(bǔ)預(yù)測站較少的實(shí)際情況。

3)要求水文遙測系統(tǒng)能夠在惡劣的氣候條件下，性能可靠、長期穩(wěn)定的保持連續(xù)、正常的工作。

4)一定要保證電源、防止盜竊和避免雷擊。

5)在國際社會上，其先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了每次進(jìn)行16個(gè)遙感參數(shù)的傳輸，但是，流量和蒸發(fā)量的實(shí)際測試參數(shù)，不能進(jìn)行自動實(shí)時(shí)連續(xù)傳輸。蒸發(fā)量可通過影響蒸發(fā)的因子的傳送來計(jì)算相應(yīng)的蒸發(fā)量。流量，除了少數(shù)的能夠通過電磁法和超聲波法測站和量水建筑測站進(jìn)行傳輸之外，使用其他的方法所測算出來的數(shù)據(jù)只能通過人工置數(shù)機(jī)向中心進(jìn)行發(fā)送。

隨著科技革命的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)，電子科技，空間技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，我國的水文遙測技術(shù)正向著多通道，多參數(shù)，多測站的方向邁進(jìn)。并且逐步與水文等信息資料的整理、收集、檢索、儲存以及分配等功能相結(jié)合，形成以計(jì)算機(jī)設(shè)備為中心的自動化、聯(lián)機(jī)、實(shí)時(shí)的水文遙測系統(tǒng)，從而可滿足多種情況下對于水文信息數(shù)據(jù)收集的需求。

4 水文遙測系統(tǒng)應(yīng)用

水文遙測系統(tǒng)應(yīng)用包括3個(gè)方面:即水情報(bào)汛及整編的應(yīng)用，洪水預(yù)報(bào)和水情報(bào)務(wù)，具體闡述為:

4.1 水情報(bào)汛及整編的應(yīng)用

水文部門在日常的工作中最重要的基礎(chǔ)性工作就是水文的檢測，水情報(bào)汛和資料的整理。其傳統(tǒng)的工作方式需要消耗大量的人力、物力，工作效率較低、工序繁多復(fù)雜、重復(fù)性的勞動量較大。

水文遙測系統(tǒng)的應(yīng)用，可結(jié)合資料整編和水情報(bào)汛的需要，有效的將水文工作人員從繁復(fù)的野外環(huán)境作業(yè)中解放出來，有效解決了傳統(tǒng)工作方式中雨量、水位資料的整編和測驗(yàn)等弊端，極大的提高了資料整理的效率，有效節(jié)約了人力資源的成本，相應(yīng)的保障了資料處理的質(zhì)量［9－10］。

在測量方面，水文遙測系統(tǒng)采用有雨即記錄時(shí)間的方法，有0.2，0.5，1 mm這3 種精度根據(jù)實(shí)際情況選擇，現(xiàn)在江蘇選擇的是0.5 mm，5 min記錄一次水位，記錄的水位、雨量等信息都存儲在存儲器中，支持用戶及時(shí)查看水情。

水情報(bào)汛過程中，主要是與水情編碼器進(jìn)行配合使用，根據(jù)用戶的需要及設(shè)定的數(shù)值、任務(wù)，軟件自動在數(shù)據(jù)系統(tǒng)庫中得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，并且按照“水情信息編碼”，生成比較準(zhǔn)確的水文情報(bào)，并且可自動進(jìn)行上傳、傳輸。資料整編過程中，通過遙測系統(tǒng)中獲得的雨量數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)，按照一定的格式進(jìn)行資料的整理和處理，當(dāng)所有的信息數(shù)據(jù)通過整理之后，就可以進(jìn)行匯編計(jì)算了［11］。

4.2 洪水預(yù)報(bào)

現(xiàn)階段，在水文部門的工作中，洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，因此，需要更加及時(shí)、準(zhǔn)確的水情信息。很顯然，傳統(tǒng)的人工方式收集的水情信息完全不能滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需要，因此，水文遙測系統(tǒng)的建立和應(yīng)用顯得非常重要。目前來說，很多已經(jīng)建立遙測系統(tǒng)的地方，只是簡單的停留在水位、雨量的自動收集，并沒有在真正意義上實(shí)現(xiàn)“交互式”的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)［12］。

交互式預(yù)報(bào)，必須進(jìn)行及時(shí)的水情信息預(yù)報(bào)，并且具有速度快、時(shí)間短的特點(diǎn)。另外，在每次進(jìn)行預(yù)報(bào)之前，還要根據(jù)實(shí)際測量的數(shù)據(jù)對預(yù)報(bào)模型的輸入向量、狀態(tài)變量、參數(shù)、結(jié)構(gòu)及結(jié)果進(jìn)行校正。

與此同時(shí)，通過圖形和表格的交互處理，對預(yù)報(bào)洪水過程中的信息進(jìn)行干預(yù)，利用專家和預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)知識，從而有效提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

4.3 水情服務(wù)

截止到目前為止，我國建立了大量的水電設(shè)施，隨著水電聯(lián)合調(diào)度電網(wǎng)優(yōu)化的實(shí)際需求，水情實(shí)時(shí)信息已經(jīng)納入到了電網(wǎng)電能管理系統(tǒng)和電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)中來。

通常情況下，電網(wǎng)公司和電站除了按規(guī)定1 d 4段定時(shí)報(bào)之外，還規(guī)定水位每增加/減少0.05 m、雨量每增加/減少1 mm就應(yīng)及時(shí)把水情信息發(fā)送到中控室和電網(wǎng)調(diào)度室。很顯然，傳統(tǒng)的使用人工的方式進(jìn)行信息收集的工作方式是完全不能滿足這樣的要求的。

水文遙測系統(tǒng)的應(yīng)用，可很好地解決3個(gè)問題:

1)水文遙測系統(tǒng)會把各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔設(shè)置成高于電網(wǎng)公司的規(guī)定。

2)相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟件會每隔2 min或5 min進(jìn)行一次數(shù)據(jù)庫掃描，從而獲得最新的水情信息數(shù)據(jù)。

3)按照規(guī)約、協(xié)議進(jìn)行打包，通過GSM模塊或網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中控室和電網(wǎng)調(diào)度室。通過水文遙測系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可及時(shí)收集相應(yīng)的水文數(shù)據(jù)，而且，還能為單位創(chuàng)建穩(wěn)定長期的服務(wù)渠道。

5 結(jié)語

綜上所述，本文針對水文遙測系統(tǒng)的研究和使用的重要意義和作用開始入手分析，從4個(gè)大的方面:水文遙測系統(tǒng)組成，水文遙測系統(tǒng)傳輸制式，水文遙測系統(tǒng)建設(shè)以及水文遙測系統(tǒng)應(yīng)用，對水文遙測系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)探討。

在進(jìn)行水文遙測系統(tǒng)建立的時(shí)候，還應(yīng)根據(jù)具體的實(shí)際情況，進(jìn)行相應(yīng)方式的選擇，從而能夠最大限度達(dá)到資源的有效利用。

［1］劉鐵剛，黃靖.水文遙測系統(tǒng)的探討［J］.中國西部科技，2007(17):27.

［2］李艷俠.淺談水文與水情遙測系統(tǒng)［J］.科技資訊，2009(08):35.

［3］邵青.淺淡水情遙測系統(tǒng)［J］.科技資訊，2009(23):39.

［4］楊建波.淺談錦江水庫水文自動測報(bào)系統(tǒng)及其維護(hù)［J］.科技資訊，2012(19):96.

［5］孟令釗，王志靈.基于GPRS 系統(tǒng)的研究與水文遙測系統(tǒng)傳輸機(jī)制［R］.青島:中國海洋大學(xué)地震工程與地質(zhì)工程研究所，2009.

［6］張曼，周文健，劉佳，等.關(guān)于GPS 技術(shù)在水文遙測技術(shù)中的研究和應(yīng)用［D］.北京:中國科學(xué)院北京研究生院，2011.

［7］鐘偉，程良倫.水利水文遙測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施［J］.計(jì)算技術(shù)與自動化，2007，26(04):102－105.

［8］張建軍，劉為國.岳城水庫水文遙測系統(tǒng)的應(yīng)用及存在問題分析［J］.海河水利，2002(05):31－32.

［9］張國寧.簡要介紹水之遙測系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)［J］.中國西部科技，2011(34):29－30.

［10］張磊，張繼發(fā)，程前.關(guān)于GPS 技術(shù)在水文遙測技術(shù)中的研究和應(yīng)用［J］.山東師范科技大學(xué)，2011(10).

［11］葉新明，楊麗萍.德宏水文遙測系統(tǒng)綜合運(yùn)用［J］.水文，2010，30(6):50－52.

［12］劉金平，張建云.交互式洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.水文，2004，24(01):4－9.