雨量站改造設計方案比選

白振華

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 水雨情自動測報系統介紹

水雨情自動測報是為適應江河、水庫、水電站、城鎮等防洪調度的需要，逐步實現其現代化管理目標，采用現代化科技對水文信息進行實時采集、存儲、傳輸、處理及預報的自動化技術，是有效解決江河流域及水庫洪水預報、防洪調度及水資源綜合利用的先進手段。

水雨情自動測報系統明確要求，將水文數據在站存儲和自動傳輸列為系統建設的必備內容。《水文自動測報系統技術規范》規定固態存儲器主要用于按時序記錄所連接傳感器采集的參數值，再通過不同途徑讀出所存儲的數據，供資料整編使用。遙測終端機用于完成被測參數的數據采集、存儲、顯示和傳輸控制，并通過通信設備與信道完成數據傳輸。按照規定，固態存儲器和遙測終端機用于自動測報系統有以下三種應用方式：第一種是雨量傳感器分別連接固態存儲器存儲數據和遙測終端機發報；第二種是雨量傳感器連接固態存儲器存儲數據后再連接到遙測終端機發報；第三種是雨量傳感器連接帶有存儲功能的遙測終端機存儲數據和發報。

近年來，隨著水文信息化的不斷發展，逐步引入了遙測終端機與固態存儲相結合的技術，通過技術整合向第三種連接方式轉變。國家防汛抗旱指揮系統一期工程、山洪災害預警工程等水情自動測報項目都采用了第三種應用方式，即遙測和存儲一體化的設計結構，實現數據自動采集、長期自記、固態存儲和數字化自動傳輸，提高觀測精度和時效性，對沒有自動采集的信息通過人工置數裝置進行遠程傳輸，系統應滿足20 min內完成一次全系統實時數據收集、處理和轉發的要求。

2 雨量站現狀

目前，我國仍有眾多早期建設的雨量站處在人工或半自動化運行狀態，雨量采集普遍使用只有采集、存儲、顯示功能的固態存儲設備，在信息傳輸上缺少采集點向各中心傳輸的手段，讀取數據需要耗費大量的人力、物力，而且資料的時效性也較差，不能發送人工置數，不能很好地滿足水文資料收集、洪水預報、防洪指揮決策等工作的需要，嚴重阻礙了水文事業的發展和水文服務水平的提升。隨著社會的發展，對水文信息采集精度和信息傳輸的時效性要求越來越高，為適應新時期水文發展的需要，傳統的水文測驗設施和設備開始向自動化方向發展。

3 系統總體設計

水雨情自動測報系統主體由信息采集系統、通信系統、計算機網絡系統和綜合軟件系統組成，由兩級或兩級以上網絡結構構成。系統建成后，可改善全省轄區內水文數據的采集、傳輸和處理，縮短水文數據的匯集和預報調度作業所需時間，增強數據采集和處理的可靠性，增加系統洪水預警預報的時效性。

隨著水文信息化的日益發展，逐步把早期建設的雨量站改造成滿足水雨情自動測報系統的雨量站。改造和新建雨量站后實現雨量、水位（可擴展）信息的自動采集、固態存儲、數字化自動傳輸至站房，對其他沒有自動采集的水文信息，利用標準水情編碼通過人工采集并置數進行數字化自動傳輸，各中心系統通過建設報汛通信接收系統，利用GSM/GPRS通訊信道完成本中心內的水情數據采集、規范化處理、存儲、轉發，實現所有報汛站信息在20 min內準確傳到各水情中心，30 min內傳至國家防辦；建設實時雨水情數據庫，進行水情信息查詢服務，建立遙測信息庫，保存遙測站的落地信息；開發各種專用軟件管理、傳輸各類信息，滿足水文資料整編、決策要求及遠程管理測站。

4 改造方案比選

早期建設的雨量站采用固態存儲器進行數據采集、存儲和顯示，存在缺少通訊機制、時效性差、設備老化、存儲量小、讀取數據不方便等問題，不能滿足現行需要，設備更新換代勢在必行。針對這部分雨量站的改造，根據《水文自動測報系統》規定以及改造投資費用決定共有兩種方案進行比選。

方案一：改造為本地固態存儲設備與遙測終端設備。對已建雨量站的固態存儲器設備改造主要是在數據采集、存儲、顯示的基礎上增加數據發送、管理等工作機制以及配置通訊模塊實現雨量信息的自動采集、固態存儲、數字化自動傳輸。考慮到投資限制，仍采用測站原有的固態存儲器、翻斗式雨量計和供電設備，擴充電池容量，新購置遙測終端模塊、通訊模塊。按照固態存儲器和遙測終端機用于自動測報系統的第一、二種進行應用。

優點：該方案暫時實現了水雨情數據的本地存儲和遠程傳輸，無需重新配置固態存儲設備，節省了改造費用。缺點：固態存儲器設備老化、存儲容量較小，需考慮改造費用，且固態存儲器功能單一，硬件設計上與增加的設備之間兼容性差會導致功耗增加、運行不穩定等現象。

方案二：改造為帶固態存儲功能的遙測終端設備。按照固態存儲器和遙測終端機用于自動測報系統的第三種進行應用，改造為帶固態存儲功能的遙測終端設備實現雨量信息的自動采集、人工置數、固態存儲、數字化自動傳輸。考慮到投資限制，只采用測站原有的翻斗式雨量計和供電設備，擴充電池容量，新購置帶固態存儲功能的遙測終端機、通訊模塊。

優點：該方案采用遙測、存儲于一體的設計，工業級高、可靠性高、芯片功耗低，SMT生產工藝和模塊化設計有利于運行穩定；大容量存儲；支持現場或遠程設置功能；支持遠程診斷及遠程數據下載；具有測試選擇開關；可擴展水位、流量數據的固態存儲和自動傳輸功能。缺點：只能實現簡單的時段雨量或者累計雨量查詢；需一次性投入帶固態存儲功能的遙測終端機改造費用。

5 結語

在改造投資方面，短期來看，方案一改造投資少于方案二，從長期看，方案一仍需要再次改造，投資多于方案二；在系統運行穩定性方面，方案二穩定性優于方案一，且設計方案經濟合理，符合相關國家標準和行業標準的要求，推薦使用方案二，即改造為帶固態存儲功能的遙測終端設備。