北斗衛星在渭河水資源監測中的應用

◎汪雅梅 馬雪妍

1 北斗衛星在水利系統的應用

北斗衛星導航系統是中國自行研制開發的衛星定位與通信系統（CNSS）,和美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALILEO組成了全球衛星定位體系，是聯合國衛星導航委員會認定的供應商。北斗衛星導航系統向用戶提供高質量的定位、通信和授時服務，并具有短報文通信功能，目前，已經在個人位置服務、氣象、交通、海運等領域得到應用。由于水利工作主要在野外山區，位置偏僻，信號差，因此選用北斗星衛星通信系統作為水利信息傳輸通道應用前景廣闊。在2003年，陜西省陜南防汛雨量監測速報系統中首次采用“北斗”定位衛星一發多收傳輸雨情信息，實現了雨情的快速采集。在水利領域信息化建設過程中，無論是水庫壩體、河道、邊坡的精確形變監測，還是水位、水量、人員和車輛的監測和調度指揮，各信息系統的精密授時，以及無人區的數據通信，都可以用到北斗技術。

2 渭河水資源監測的現狀

當前，渭河流域仍然面臨著供需矛盾突出、用水計劃管理不到位、量水設施不完善、水文監測站網不健全、基礎研究薄弱、調度手段落后等許多亟待解決的問題。現行的水文測驗設施和測驗規范不適應枯水期水文測驗，低水位測驗精度、頻次、時效性等不能滿足水量調度要求，特別是針對主要取水口、外流域調水工程、各行政區域斷面的監測站點幾乎沒有，并且有些站點設備老化，測驗故障率高，同時，由于通信網絡、管理體制、部門利益等各方面原因，水量調度涉及的各相關單位自成一體，資源不能共享，信息孤島大量存在，不能滿足業務單位對數據采集的需要。為解決上述問題，推進渭河水資源管理工作深入開展，促進流域水資源可持續利用和經濟社會可持續發展，支持和諧社會建設，利用北斗衛星快捷、可靠、安全的傳輸手段，對現有的水文水資源監測站點進行改造和完善是很有必要的。

3 建設基于北斗的渭河水資源監測系統

充分利用北斗導航衛星高精度定位、短報文通信、高精度授時等服務優勢，整合渭河流域現有信息化資源，圍繞水資源監測和日常管理，建設以水資源日常業務為重點，兼顧渭河日常管理過程中涉及到的各項業務應用，支撐渭河流域工作業務和決策支持環境，動態及時掌握渭河水資源及其開發利用情況，實現渭河流域水資源監測的數據收集、傳輸和處理，建設無障礙的、縱深覆蓋渭河流域的水資源監測系統，包括北斗應用支撐平臺、水資源北斗通信物聯網、水資源綜合業務應用系統，對渭河流域的生態環境及水資源的保護具有重要意義。

3.1 北斗應用支撐平臺建設

主要包括北斗通信運營管理平臺、北斗云計算服務平臺、水資源大數據管理平臺三大部分。

北斗通信運營管理平臺，負責終端接入，數據接收、分析及清洗，以及上層應用指令發布到終端響應的一整套解決方案，以平行計算、多線程運行、消息隊列結構等特點，滿足數量龐大的終端設備接入及未來業務量擴展的需求。北斗云計算服務平臺實現基礎設施支持和虛擬化支持，為使用著提供基礎設施的應用服務，包括虛擬機的申請、啟動、鏈接、停止、暫停、配置變更、擴充和減少等，可以隨時的進行調整和變更，合理地分配虛擬機資源，有效地進行使用。水資源大數據管理平臺，整合渭河流域水資源現有數據以及外部接入數據，統一存儲、清洗、加工、處理、分析，規范數據使用，增強水資源數據服務性能，提高數據的使用效率，為渭河水資源管理及決策提供有力的數據支撐保障。

3.2 水資源北斗通信物聯網建設

結合現狀和未來水資源管理的發展趨勢情況，渭河水資源監測需要建設64處監測站點，移動采集設備145臺。其中包括1座大型水庫大壩變形監測點、14座大中型水庫壩前水位監測點，8個水文站水位監測點，3個水文站流量監測點，6個水位站水位監測點，25個雨量監測點，7個取水口流量監測點；配置北斗手持終端130臺，車載終端15臺。

按照陜西省渭河水資源管理實際需求，依據新建和改造監測點相結合的原則，在渭河流域的主要監測點，配置先進、實用、符合渭河流域水文特征的雨量、水位、流量等傳感與、自動采集終端、北斗短報文信息傳輸、太陽能供電方式，建設渭河流域水資源監測站、數據匯聚中心和分析處理中心，構建基于北斗衛星通信的水資源物聯網方案。

3.3 水資源綜合業務應用系統開發

水資源綜合業務應用系統以北斗應用支撐平臺提供的基礎服務設施資源為基礎，匯聚整合與共享利用新建和已建的各類水資源監測數據，以GIS、WEB、門戶等服務模式向管理者呈現各類水資源信息，為渭河流域水資源管理及治理提供可靠的信息化支撐。主要包括渭河水資源監測管理（水資源評價、水資源預報、水量調度、突發事件應急管理）、工程安全監測管理（水庫大壩形變監測、工程維修養護、堤防安全隱患巡查）、渭河綜合信息服務（與GIS相結合的實時信息動態顯示與預警、綜合信息統計分析、移動終端信息查詢服務、綜合信息門戶）等業務應用系統。

（1）渭河水資源監測管理：通過北斗應用支撐平臺，在渭河流域管理局匯聚整合、共享利用新建和已建的各類水資源管理信息資源，基于SOA架構和WebGIS平臺，通過統計分析水資源數據，評價渭河流域降水量、水資源量及水質、水資源可利用量、水資源開發利用效果；通過整合分析水資源數據，預報渭河流域水量、水質、需水情況；通過供用水歷史數據和現狀，分析未來發展的供水能力和用水需求，實現水量科學調度；通過對應急資源和應急管理流程的信息化管理，有效應對水污染突發事件、特大干旱應急水源調度、防洪應急管理。

（2）工程安全監測管理：利用北斗高精度定位技術，采用高精度BD2+GPS雙模定位接收機，分析水庫大壩的形變狀況；通過建立渭河流域水務工程及其維護養護過程的電子檔案，提高對渭河流域水務工程的管控效果；通過配置北斗車載和手持終端，對渭河干流堤防安全隱患巡查過程的定時定位、巡查軌跡查詢、安全隱患實時上報，提高巡查過程中的管控手段，降低安全事件的發生。

（3）渭河綜合信息服務：采用GIS、WEB、門戶、移動終端等服務模式，基于水資源業務應用系統平臺，開發實時信息動態監測預警（運行狀況監視、基本信息查詢顯示、水文信息顯示預警等）、綜合信息統計分析（監測站點信息統計、時間序列統計分析、空間分布統計分析）、移動終端信息查詢（工情、水情、水質、災情等）、綜合信息門戶發布（內外網門戶、政務公開、新聞信息等）四套應用軟件，提供全方位、多角度的水資源監測及管理服務。

4 結論

以滿足我省水利發展和民生需求為宗旨，緊密結合渭河水資源監測管理的實際需求，充分利用北斗導航衛星高精度定位、短報文通信、高精度授時等服務優勢，通過基于北斗的水資源監測系統建設，在整合利用渭河流域現有信息資源的基礎上，以北斗應用支撐平臺、水資源北斗通信物聯網、水資源綜合業務應用系統開發為重點，涵蓋了數據采集、數據存儲、數據處理、參數超標報警、應急處置、數據分析與統計等功能，確保渭河流域水資源信息采集、存儲、處理、分析、應用的及時性和準確性，實時掌握渭河流域水資源開發利用、節約保護狀況，為實施最嚴格的水資源管理制度和三條紅線管理、節水型社會建設提供有力支撐，實現水資源優化調配與高效利用。對于保護渭河流域生態環境、水資源可持續利用、支撐經濟社會可持續發展具有十分重要的意義。陜西水利