ACS型水文自動測驗平臺在黃河中游測區(qū)的應(yīng)用

賈俊亮 賀俊華

摘要：ACS型水文自動測驗平臺自動測流系統(tǒng)是一種水上高空運載水文儀器進(jìn)行遙控水文測驗的新型設(shè)備。利用該系統(tǒng)可以實現(xiàn)水文測站高空水上作業(yè)的無人自動操作，極大地減輕一線水文職工的工作強度，降低工作危險程度，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：水文自動測驗平臺;自動測流;水文測驗;應(yīng)用

黃委中游水文水資源局管轄37處水文站，擔(dān)負(fù)著黃河中游頭道拐至龍門區(qū)間干支流水文測報任務(wù)。測區(qū)地處黃土高原，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水量少，暴雨強度大。測區(qū)洪水大且頻次高，是黃河大洪水三大來源區(qū)之一。吳堡站實測最大洪峰流量為24000m3/s，是黃河流域歷年實測最大洪水。區(qū)間支流大多數(shù)水文站洪水過程陡漲陡落，山區(qū)性河流特性明顯。

自動測驗平臺是完成日常水文測驗工作的主要測流設(shè)備，常規(guī)的吊箱需要上人作業(yè)，測流時作業(yè)人員在運行的吊箱上將流速儀通過懸桿放入河流中進(jìn)行施測流速，測深桿打入水中施測水深，橫式采樣器采集沙樣，而由于測區(qū)位于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，洪水暴漲暴落，浪高流急，漂浮物較多，流速儀、測深桿經(jīng)常被纏繞導(dǎo)致吊箱隨之大幅擺動，尤其洪水經(jīng)常發(fā)生在夜間，對測流人員人身安全極其不利。

ASC型水文自動測驗平臺自動測流系統(tǒng)可以實現(xiàn)在室內(nèi)遠(yuǎn)程控制平臺完成自動化測速、測深等測控操作，可極大地減輕水文工作者的工作強度，降低工作危險，提高了水文測驗的科技含量和時效性。

1 系統(tǒng)概述

ACS型水文自動測驗平臺自動測流系統(tǒng)，是黃委中游水文水資源局研制的一種水上高空運載水文儀器進(jìn)行遙控水文測驗的設(shè)備。

水文自動測驗平臺自動測流系統(tǒng)由水平運行、垂直升降、電動懸桿、無線數(shù)據(jù)傳輸、無線監(jiān)控、流量演算等部分組成。電動懸桿可安裝旋槳流速儀和超聲波測深儀進(jìn)行流速和水深的測量，也可以通過平臺上安裝的微波流速儀進(jìn)行非接觸式流速測量。

該系統(tǒng)既可以實現(xiàn)在室內(nèi)遠(yuǎn)程控制自動測驗平臺進(jìn)行自動測速、測深等操作，也可以由操作者在吊箱上完成測速、測深、取沙等工作;并且各種操作方式的優(yōu)點兼顧，既可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的按鈕、旋鈕操作，也可以實現(xiàn)觸屏式操作。

2 系統(tǒng)組成

2.1 水平運行

自動測驗平臺的水平運行采用5.5KW水文絞車，由室內(nèi)操作臺進(jìn)行控制，變頻調(diào)速。起點距測控主要由PLC、編碼器及其它附件組成，可精確計算自動測驗平臺運行起點距。

2.2 垂直升降

自動測驗平臺垂直升降采用其底部自帶的直流電機驅(qū)動，蝸輪蝸桿傳動，低壓輸電供電（在特殊情況下可以暫時使用自帶蓄電池供電）。能在操作室通過室內(nèi)操作臺遙控控制，也可在吊箱上獨立控制。

自動測驗平臺設(shè)多重保護(hù)裝置。在自動測驗平臺底部安裝超聲波測距探頭，可隨時測量自動測驗平臺至水面距離，達(dá)到設(shè)置距離時平臺停止下降;在平臺懸吊索頂部安裝限位裝置，平臺上升至限定位置時停止運行。緊急情況下可采用手搖升降。

2.3 電動懸桿

由直流減速電機驅(qū)動，可搭載超聲波測深儀和旋槳流速儀，在操作臺和平臺均可控制，能對測點水深進(jìn)行精確定位。

2.4 無線數(shù)據(jù)傳輸

可將微波流速儀、旋漿流速儀和測深儀采集的信號傳輸至室內(nèi)控制臺。

2.5 無線監(jiān)控

自動測驗平臺上安裝有無線監(jiān)控攝像頭，可對上游來水及平臺運行情況進(jìn)行監(jiān)視。

2.6 流量演算

將采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行演算，輸出成果。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ACS型水文自動測驗平臺自動測流系統(tǒng)從功能上可分為：總控演算系統(tǒng);起點距測控系統(tǒng);自動測驗平臺及懸桿升降控制系統(tǒng);吊箱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng);遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上可分為自動測驗平臺控制系統(tǒng)和室內(nèi)控制系統(tǒng)。室外平臺和操作室之間通過無線數(shù)傳電臺和無線網(wǎng)橋通訊聯(lián)接，互為備份。

3.1 自動測驗平臺控制系統(tǒng)

自動測驗平臺控制系統(tǒng)位于平臺左上角部位的操作面板上，包括“觸摸屏”和“手動控制按鈕”。該控制系統(tǒng)既可以實現(xiàn)平臺的水平運行、垂直升降、定位以及懸桿的上升下降等遠(yuǎn)程控制及傳統(tǒng)開關(guān)按鈕操作;也可以控制整個測流活動的運行，數(shù)據(jù)查看和設(shè)定等。

3.2 室內(nèi)控制系統(tǒng)

室內(nèi)控制系統(tǒng)可以控制平臺水平運行和升降、懸桿升降等，可以選擇工頻和變頻兩種控制方式，在變頻條件下可以使用“速度調(diào)節(jié)旋鈕”調(diào)節(jié)速度大小?？蛇x擇自動和手動運行方式，選擇“自動”時，使用自動測控軟件來控制平臺的運行和測流等。

4 系統(tǒng)軟件

4.1 測流軟件

自動測流軟件功能豐富，界面簡潔，操作簡單，自動化程度高，既能對平臺的水平運行、垂直升降、懸桿上升下降等進(jìn)行精準(zhǔn)定位，也可以通過旋漿流速儀或微波流速儀實現(xiàn)對水面和不同水深的水流速度的精確測量，并自動記錄、分析測量數(shù)據(jù)和各水文參數(shù)，例如天氣，測量開始、結(jié)束時間，測量人員，儀器使用等多種信息。

同時在測流過程中可以實時更改水流參數(shù)，使整個測流過程更加精確，更加合理。在測流方式的選擇上，既可以選擇自由測流以測量任意位置的水流速度，也可以通過讀入斷面數(shù)據(jù)，自動確定測量垂線，系統(tǒng)即可自動完成連續(xù)測流工作。操作界面上動畫顯示設(shè)備狀態(tài)，操作人員可以清楚地看到系統(tǒng)的運行狀態(tài)和測流狀態(tài)。系統(tǒng)也可以根據(jù)不同測站的實際情況來設(shè)置各種原始參數(shù)，便于操作人員的使用。

4.2 演算軟件

完成流量測驗數(shù)據(jù)編輯、計算流量測驗記載計算表（流速儀）、生成實測流量成果表、繪制斷面水深/流速橫向分布圖及套繪圖。

可以有效正確實現(xiàn)有關(guān)表格編輯、計算、繪圖并存儲數(shù)據(jù)及成果文件。計算過程及成果圖表格式、精度指標(biāo)符合水文測驗規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

5 系統(tǒng)運行情況

ACS-Ⅰ型水文自動測驗平臺自動測流系統(tǒng)于2011年5月研制成功， 2011年6月15日至2012年12月5日在萬家寨水文站進(jìn)行試運行，其間共測流338次，測輸沙率36次，取單沙402次，實測最大流量3730m3/s、最大流速4.77m/s、最大水深6.40m，測驗成果全部符合規(guī)范，并通過了中游水文局驗收。2013年在黃河萬家寨、河曲水文站正式投入使用，目前使用情況良好。

目前新一代的水文自動測驗平臺自動測流系統(tǒng)，ACS-Ⅱ型水文自動自動測驗平臺在黃河吳堡水文站安裝調(diào)試完畢，主要對電動懸桿升降控制、無線信號和數(shù)據(jù)傳輸方式、供電電纜收放機構(gòu)等進(jìn)行了升級改造。

（作者單位：黃河水利委員會中游水文水資源局）