通化水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

朱文才，趙東輝，肖 鵬

（吉林省水文水資源局通化分局，吉林 通化 134000）

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由采集、傳遞和處理水文實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的各種傳感器、通訊設(shè)備和計(jì)算機(jī)等裝置組合而成。分成遙測(cè)站、信息傳輸通道和中心控制站（簡(jiǎn)稱中心站）三部分，主要用于防汛和水利調(diào)度。在小流域范圍內(nèi)只需幾分鐘時(shí)間即能完成數(shù)據(jù)采集和處理，及時(shí)提供重點(diǎn)河段、水庫(kù)的雨情、水情。相對(duì)于傳統(tǒng)水文測(cè)報(bào)方式更為快捷、準(zhǔn)確，是水文測(cè)報(bào)的發(fā)展方向。

1 站網(wǎng)布設(shè)

通化水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)站網(wǎng)布設(shè)以現(xiàn)有報(bào)汛站為基礎(chǔ)，新增雨量站選擇現(xiàn)有非報(bào)汛雨量站，以保證水文資料的連續(xù)性。共布設(shè)中心站1處，遙測(cè)站42處，其中遙測(cè)雨量站30處，遙測(cè)水位站3處，遙測(cè)水文站9處。系統(tǒng)的總體建設(shè)目標(biāo)是：改善水文數(shù)據(jù)采集，傳輸和處理手段，增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)目煽啃?，縮短水文數(shù)據(jù)的匯集和預(yù)報(bào)作業(yè)所需要時(shí)間，為防汛和水庫(kù)調(diào)度提供快捷的雨、水情信息和預(yù)報(bào)成果。其總體功能滿足以下要求：

1）系統(tǒng)要求站網(wǎng)布設(shè)能有效控制區(qū)間降雨變化和洪水演進(jìn)傳播過(guò)程。實(shí)時(shí)、定時(shí)自動(dòng)采集區(qū)域水文信息。

2）水情信息采集與傳輸?shù)臅r(shí)效性和可靠性及自動(dòng)化程度有較大提高，要求在3～5 min內(nèi)能夠全部收集到流域內(nèi)的雨情和水情信息。

3）水文信息服務(wù)范圍和程度有所提高，能夠快捷、準(zhǔn)確地為防汛決策提供科學(xué)依據(jù)。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及通信組網(wǎng)方案

通化水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是由降雨、水位、流量信息系統(tǒng)采集、傳輸、存儲(chǔ)、預(yù)報(bào)所構(gòu)成的有機(jī)整體，共分為兩個(gè)層次：以水情分中心為中心站，42處遙測(cè)站為水文信息采集站。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自報(bào)式和查詢—應(yīng)答方式相結(jié)合的工作體制。所有遙測(cè)站都具有自報(bào)功能，定時(shí)以自報(bào)、增量加報(bào)方式向中心站報(bào)告水文信息。遙測(cè)站接收設(shè)備定時(shí)段通電，隨時(shí)處于待命狀態(tài)，等待接收中心站發(fā)來(lái)指令后給予回答，發(fā)報(bào)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。遙測(cè)站由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)處理終端、通信傳輸模塊、供電系統(tǒng)、防雷設(shè)施等組成，中心站由專網(wǎng)路由器、交換機(jī)、職守電腦等組成。通信方式采用GPRS信道通信，網(wǎng)絡(luò)拓樸圖如圖1所示。

圖1 通化水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸圖

3 系統(tǒng)信息流程

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在信息流程上分為采集層、控制層、傳輸層和處理層。雨量、水位、流量等數(shù)據(jù)采集傳感器構(gòu)成采集層，感知水文信息的變化并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量等信號(hào)傳送給遙測(cè)終端。

遙測(cè)終端作為遙測(cè)站的控制中心，控制傳感器采樣、采樣結(jié)果處理、控制通信設(shè)備傳輸，能夠判斷通信成功與否、監(jiān)控供電系統(tǒng)并自檢工作狀態(tài)?？山尤肽壳斑b測(cè)系統(tǒng)中使用的所有主流通信方式，可接入目前水文遙測(cè)系統(tǒng)中使用的絕大多數(shù)傳感器，通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)展，即可增加其他種類傳感器的接入；具有大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，可現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程提?。痪哂辛己玫目删S護(hù)性；具有較高的可配置性；具有較強(qiáng)的遠(yuǎn)程可管理性。

傳輸層擔(dān)任遙測(cè)站到中心站的通信任務(wù)，可選擇無(wú)線通信方式的超短波信道、GPRS信道、衛(wèi)星或有線通信方式的光纜、程控電話等。通化水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采用GPRS內(nèi)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)通信方式，特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)安全性較好、通信速度較高、質(zhì)量穩(wěn)定、組網(wǎng)費(fèi)用低、系統(tǒng)組網(wǎng)簡(jiǎn)單，可以快速完成組網(wǎng)測(cè)試。

處理層負(fù)責(zé)接收水文信息，并進(jìn)行解碼、檢錯(cuò)、判斷、分類、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警等操作，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)接收，并以直觀的圖表方式表達(dá)出來(lái)。

遙測(cè)站采集水文數(shù)據(jù)后，通過(guò)GPRS信道自動(dòng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收中心站，數(shù)據(jù)在接收中心站匯集后，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，水情信息通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)布。

為了提高中心站計(jì)算機(jī)的可靠性，中心站數(shù)據(jù)接收部分采用雙機(jī)設(shè)計(jì)，即采用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)作為主機(jī)和副機(jī)，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)都具有獨(dú)立完成數(shù)據(jù)收集、處理、轉(zhuǎn)儲(chǔ)、通信等功能。主機(jī)和副機(jī)并行工作，具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)、糾錯(cuò)及存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)儲(chǔ)等功能。主機(jī)及副機(jī)之間的通信都是自動(dòng)的，真正具有雙機(jī)備份，容錯(cuò)能力。可明顯地提高系統(tǒng)的可靠性。

4 洪水預(yù)報(bào)方案

遙測(cè)站采集水文數(shù)據(jù)后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收中心站，數(shù)據(jù)在接收中心站匯集后，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)上。洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算出將發(fā)生的洪水大小和出現(xiàn)時(shí)間，及時(shí)發(fā)布預(yù)報(bào)，為相關(guān)防汛減災(zāi)部門調(diào)度決策提供依據(jù)，并為廣大公眾提供洪水安全信息。

[1]SL61—2003，水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京：水水電出版社，2003.

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