漁洞水庫水情監測系統的升級改造

孫虹琳

(云南昭通漁洞水庫管理局 657000)

漁洞水庫水情監測系統的升級改造

孫虹琳

(云南昭通漁洞水庫管理局 657000)

水情監測系統是水庫運行管理、防洪調度的基礎。從安全的角度出發，許多水庫都進行了水情監測系統的升級改造，本文以漁洞水庫水情監測系統的升級改造為例進行探討。

水情監測系統 升級改造 遙測終端 GPRS SMS

1 概述

水情監測系統是水庫運行管理、防洪調度的基礎，該系統通過數據采集、傳輸、存儲及處理等方式來完成對監測區域內的雨量、水位等水情信息的實時數據采集處理。通過對采集數據的分析處理，可以有效預防洪水災害、合理利用水資源，帶來較大的社會效益和經濟效益。水情監測系統的基本構成元素是遠程數據采集和實時監控。以前由人工采集、電話報數的方式存在收集信息數量少、傳遞處理慢等弊端;后來的自動無線傳輸有了很大的改善，但運行維護成本大，存在系統不穩定的情況。隨著通訊技術和計算機技術的迅速發展，水情監測系統中的這些重要環節都有了更好的解決途徑，使地理環境等因素帶來的影響已達到可忽略的程度。近年來隨著各種自然災害的頻繁發生，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，都進行了水情監測系統的升級改造。下面以漁洞水庫水情監測系統的升級改造為例進行探討，以資和同行進行交流學習。

2 工程系統概況

2.1 工程系統概況

漁洞水庫樞紐工程是一座以農業灌溉為主，滿足城鎮生活用水，結合發電、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。水庫的水情監測系統從建成至今已有10多年的歷史，該系統由1個中心站、1個中繼站和8個遙測站組成，應用傳感器、超短波通訊、遙測遙控技術和計算機實現水雨情信息自動數據采集、傳輸、處理入庫等。各遙測站的設備由遙測數傳儀、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 水情監測系統存在問題

2.2.1 遙測站問題

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

b．有少量遙測站點會發生雷擊。

c．中繼站出現故障時，除壩上外其他數據都接收不了。

2.2.2 信息處理系統問題

壩上雨量報數在發生閃電或開燈時會出現增加的情況。

3 改造方案的確定

根據存在問題，從以下幾方面對項目進行考慮和選擇。

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;?利用移動通訊網絡進行通訊。通過比較，決定采用移動通訊網絡來實現信息傳輸。理由如下：

a．傳輸速度快，安全穩定性高，費用低廉。

b．現場設備減少，出故障環節也減少。

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

d．可以不再設中繼站，精簡了系統構成。

e．在參數設置上可以實現不到現場、用手機進行設置的方式。

移動通訊網絡系統現在普及使用中的有三種：3G、CDMA、GSM。3G系統處于推廣使用期，在費用上與CDMA、GSM相比高一些，從經濟適用性上考慮，不予選擇;CDMA在該地區組網覆蓋面上較GSM小，且在偏僻地方還有未裝設機站，比較后選擇GSM網絡系統。GSM網絡中包含有GPRS業務和SMS業務，GPRS是一種基于GSM網絡的通用分組無線業務，其通信信道是共享的，僅在有數據包傳輸的時候才產生流量;SMS業務即GSM手機短信業務。在GPRS業務上，移動公司推出的流量包月套餐費用相當低廉，完全滿足小流量、低頻度的水情采集系統使用要求。SMS具有覆蓋面廣、在線保持、自動傳送、穩定性高等優點，也完全滿足使用要求。但SMS按短信的條數來計費，以140字節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。整個水情監測系統的組成見圖1。

圖1 GPRS通訊傳輸方式水情監測系統

在一切設備都準備好，等待GPRS模塊調試時，發現了一個問題：我們的寬帶網絡因使用的是鄉上的交換設備，條件沒有城市里的好，掉線的幾率很大，發生數據丟失的幾率也就相應增大。若要數據不丟失，就需要一個固定的IP地址，使數據得以保存。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上，價格太高。因此使用GPRS通訊方式的方案不可行。經和合作單位研討，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。這樣就可以保證數據不會在傳輸時發生丟失了。只是費用有所提高，多了一個轉換環節。經考慮，最后改為用GSM手機短信方式。相應水情監測系統的組成見圖2。

圖2 GSM通訊傳輸方式水情監測系統

3.2 遙測站

遙測站由遙測數傳儀、通訊系統、電源以及水位計、雨量計、避雷器等組成。遙測數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上，我們選擇的遙測終端機既可以在現場設置各種參數和顯示各種參數，也可通過手機進行設置各種參數，既適合無人值守的水位雨量站使用，也適合有洪水預報任務的水位雨量站使用。采用大容量非易失存儲模塊，可存儲水位或雨量數據，單參數可存儲900天，能長期反復使用。遙測終端內還裝設了一個手機卡，滿足SMS短消息的發送。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

壩上的雨量報數，在原水情系統中經常發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。為解決這個問題，進行過多種嘗試：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象的發生。在這次改造中，在連接線上我們全部使用屏蔽性能更好的電纜，希望能消除這種現象。

4 改造的實施

SMS模塊調試完成后，對各個測站進行了升級改造。安裝很方便，基本是在現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。經調試安裝后，整個水情監測系統運行效果良好。壩上的雨量報數在開燈時沒有再出現來報情況，因季節原因，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，這個問題有待專業人士進一步去研究。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欠費停機的情況，否則數據又要丟失了，雖然很簡單，但很重要。

5 心得體會

經過此次水情系統的升級改造，深深感受到了科技發展推動生產力發展的真理所在。有了新技術的支持，我國水利系統的數字化一定可以實現。但目前水庫存在多種體制，對于收支兩條線、走事業單位體制的水庫來說，水庫的改造費用完全由當地政府解決，在經濟落后地區，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不同地方的經濟情況對重要水庫的配套設施升級改造傾斜一些資金呢?畢竟許多水庫都是當地的生命線，水庫的安全有保障了，當地的社會、經濟也才能安全發展。