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)，是指遠距離進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溃鐭o線超短波，GSM，GPRS/CDMA，衛(wèi)星等。

3)接收中心或接收站的計算機和通信設(shè)備。一般情況下，遙測傳輸?shù)捻椖啃枰鶕?jù)實際情況確定。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，一般就會選擇一個或是多個中繼站進行信息的傳遞。這樣的形式非常便捷而且經(jīng)濟實惠。

接受中心的建設(shè)，一般只需要建立一個中心，情況特殊時，需要建立一個或兩個分中心。一般情況下，信息中心負責(zé)用戶信息的分配等具體性的操作。舉個例子來說，江蘇地區(qū)全部采用的GPRS/CDMA，無需中繼設(shè)備，直接走運營商專線。在進行水文遙測系統(tǒng)建立時，還應(yīng)該根據(jù)具體的實際情況，進行相應(yīng)方式的選擇，從而能夠最大限度達到資源的有效利用［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，還可把這兩種傳輸制式進行結(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，把儲存時段的實時數(shù)據(jù)和累計數(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行巡測，如果遇到疑問就會立刻向該巡測站進行查詢修正。

另外，還可根據(jù)實際的需求，隨時向個別或全部遙測站進行數(shù)據(jù)發(fā)報。應(yīng)答式傳輸制式的優(yōu)點就是功能比較多、數(shù)據(jù)量比較足，不僅可靈活進行選測，而且還可進行統(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)中進行使用。

2.2 自報式也稱之為“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行發(fā)送傳輸，這就是定時控制。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)變化達到規(guī)定的數(shù)值時，就進行信號傳輸。

在實際的使用過程中，一般都是增量控制和定時控制兩種并用。這種自報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、費用省功耗小的特點，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個方面:

1)在進行系統(tǒng)建設(shè)尤其是比較大規(guī)模的系統(tǒng)建設(shè)時，一定要嚴格論證、統(tǒng)一規(guī)劃，并且，及時與相關(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)濟效益，獲得較高的綜合效益，其中注意的一點就是要節(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，還能很好地彌補預(yù)測站較少的實際情況。

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，其先進技術(shù)已經(jīng)達到了每次進行16個遙感參數(shù)的傳輸，但是，流量和蒸發(fā)量的實際測試參數(shù)，不能進行自動實時連續(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)機向中心進行發(fā)送。

隨著科技革命的發(fā)展以及計算機，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。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，形成以計算機設(shè)備為中心的自動化、聯(lián)機、實時的水文遙測系統(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個方面:即水情報汛及整編的應(yīng)用，洪水預(yù)報和水情報務(wù)，具體闡述為:

4.1 水情報汛及整編的應(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)采用有雨即記錄時間的方法，有0.2，0.5，1 mm這3 種精度根據(jù)實際情況選擇，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，支持用戶及時查看水情。

水情報汛過程中，主要是與水情編碼器進行配合使用，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”，生成比較準確的水文情報，并且可自動進行上傳、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，就可以進行匯編計算了［11］。

4.2 洪水預(yù)報

現(xiàn)階段，在水文部門的工作中，洪水預(yù)報系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，因此，需要更加及時、準確的水情信息。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現(xiàn)“交互式”的洪水預(yù)報系統(tǒng)［12］。

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

與此同時，通過圖形和表格的交互處理，對預(yù)報洪水過程中的信息進行干預(yù)，利用專家和預(yù)報員的經(jīng)驗知識，從而有效提高預(yù)報的準確性。

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)化的實際需求，水情實時信息已經(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段定時報之外，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個問題:

1)水文遙測系統(tǒng)會把各個站點進行數(shù)據(jù)采集的時間間隔設(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)進行了詳細探討。

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

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