褚杰輝，鄭樹明，張玉勝，王興盛

（黃河水利委員會中游水文水資源局，山西 晉中030600）

黃委中游水文水資源局管轄37處水文站，擔負著黃河中游頭道拐至龍門區(qū)間干支流水文測報任務(wù)。吊箱是完成日常水文測驗工作的主要測流設(shè)備，常規(guī)的吊箱需要上人作業(yè)，測流時作業(yè)人員在運行的吊箱上將流速儀通過懸桿放入河流中進行施測流速，測深桿打入水中施測水深，橫式采樣器采集沙樣，而由于測區(qū)位于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，洪水暴漲暴落，浪高流急，漂浮物較多，流速儀、測深桿經(jīng)常被纏繞，導(dǎo)致吊箱隨之大幅擺動，尤其洪水經(jīng)常發(fā)生在夜間，對測流人員人身安全及其不利。

ASC-Ⅰ型水文吊箱自動測流系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在室內(nèi)遠程控制吊箱完成自動化測流、測深等測控操作，可極大地減輕水文工作者的工作強度，降低工作危險，提高了水文測驗的科技含量和時效性。

1 系統(tǒng)概述

ACS-Ⅰ型水文吊箱自動測流系統(tǒng)，是黃委中游水文水資源局研制的一種水上高空運載水文儀器進行遙控水文測驗的設(shè)備。

水文吊箱自動測流系統(tǒng)由水平運行、垂直升降、電動懸桿、無線數(shù)據(jù)傳輸、無線監(jiān)控、流量演算等部分組成。電動懸桿可安裝旋槳流速儀和超聲波測深儀進行流速和水深的測量，也可以通過吊箱上安裝的微波流速儀進行非接觸式流速測量。

該系統(tǒng)既可以實現(xiàn)在室內(nèi)遠程控制自動吊箱自動化測流、測深等測控操作，也可以由操作者獨立在吊箱上完成測流、測深、取沙等水文測驗工作；并且各種操作方式的優(yōu)點兼顧，既可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的電器操作——按鈕、旋鈕操作，也可以實現(xiàn)由屏幕式軟件化精確操作及目前市場主流的觸屏式操作。

2 系統(tǒng)組成

1）水平運行。吊箱的水平運行采用5.5KW水文絞車，由室內(nèi)控制操作臺進行控制，變頻調(diào)速。起點距測控主要由PLC、編碼器及其它附件組成，可精確計算吊箱運行起點距。

2）垂直升降。吊箱垂直升降采用其底部自帶的直流電機驅(qū)動，蝸輪蝸桿傳動，低壓輸電供電（在特殊情況下可以暫時使用自帶蓄電池供電）。能在操作室通過室內(nèi)控制操作臺遙控控制，也可在吊箱上獨立控制。

吊箱設(shè)多重保護裝置。在吊箱底部安裝超聲波測距探頭，可隨時測量吊箱至水面距離，達到設(shè)置距離時吊箱停止下降；在吊箱懸吊索頂部安裝限位裝置，吊箱上升至限定位置時停止運行；并且在軟件上也可以限定吊箱運行空間，保證吊箱升降安全運行。緊急情況下可手搖升降吊箱。

3）電動懸桿。由直流減速電機驅(qū)動，可安裝超聲波測深儀和旋槳流速儀，可在操作臺和吊箱進行控制，能對測點水深進行精確定位。

4）無線數(shù)據(jù)傳輸?？蓪⑽⒉魉賰x、旋漿流速儀和測深儀采集的信號傳輸至室內(nèi)控制臺。

5）無線監(jiān)控。吊箱上安裝無線監(jiān)控攝像頭，可對吊箱運行情況和流速儀、測深儀入水工作情況進行監(jiān)視。

6）流量演算。將采集的測量數(shù)據(jù)進行演算，輸出成果。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ACS-Ⅰ型水文吊箱自動測流系統(tǒng)，從功能上可分為：總控演算系統(tǒng)；起點距測控系統(tǒng)；吊箱及懸桿升降控制系統(tǒng)；吊箱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上可分為吊箱測控系統(tǒng)和操作室控制系統(tǒng)兩部分。吊箱和操作室之間通過無線數(shù)傳電臺和無線網(wǎng)橋通訊聯(lián)接，互為備份。

1）室內(nèi)操作控制臺。室內(nèi)操作控制臺可以控制吊箱水平運行、吊箱升降、懸桿升降等，可以選擇工頻和變頻兩種控制方式，在變頻條件下可以使用“速度調(diào)節(jié)旋鈕”調(diào)節(jié)速度大小。可選擇自動和手動運行方式，選擇”自動”時，使用自動測控軟件來控制吊箱的運行和測流等。

2）吊箱控制系統(tǒng)。吊箱控制系統(tǒng)位于吊箱左上角部位的操作面板上，包括“觸摸屏”和“手動控制按鈕”。吊箱控制系統(tǒng)既可以實現(xiàn)自動控制吊箱的水平運行、垂直升降、定位以及懸桿的上升下降等遠程控制；也可以控制整個測流活動的運行，數(shù)據(jù)查看和設(shè)定等。實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化操作，同時兼顧傳統(tǒng)操作開關(guān)按鈕，使整個操作既簡單又方便。

4 系統(tǒng)軟件

1）測流軟件。自動測流軟件功能豐富，界面簡潔，操作簡單，自動化程度高，既能對吊箱的水平運行、垂直升降、懸桿上升下降等進行精準定位，也可以通過旋漿流速儀或微波流速儀實現(xiàn)對水面和不同水深的水流速度的精確測量，并自動記錄、分析測量數(shù)據(jù)和各水文參數(shù)。例如天氣，測量開始、結(jié)束時間，測量人員，儀器使用等多種信息。

同時在測流過程中可以實時更改水流參數(shù)，使整個測流過程更加精確，更加合理。在測流方式的選擇上，既可以選擇自由測流以測量任意位置的水流速度，也可以通過讀入斷面數(shù)據(jù)，自動確定測量垂線，系統(tǒng)即可自動完成連續(xù)測流工作。操作界面上動畫顯示設(shè)備狀態(tài)，操作人員可以清楚地看到系統(tǒng)的運行狀態(tài)和測流狀態(tài)。系統(tǒng)也可以根據(jù)不同測站的實際情況來設(shè)置各種原始參數(shù)，便于操作人員的使用。

2）演算軟件。完成流量測驗數(shù)據(jù)編輯、計算流量測驗記載計算表（流速儀）、生成實測流量成果表、繪制斷面水深、流速橫向分布圖及套繪圖。

可以有效正確實現(xiàn)有關(guān)表格編輯、計算、繪圖并存儲數(shù)據(jù)及成果文件。計算過程及成果圖表格式、精度指標符合水文測驗規(guī)范標準。

5 系統(tǒng)運行情況

ACS-Ⅰ型水文吊箱自動測流系統(tǒng)于2011年5月研制成功，2011年6月15日至2012年12月5日在萬家寨水文站進行試運行，其間共測流338次，測輸沙率36次，取單沙402次，實測最大流量3730m3/s、最大流速4.77m/s、最大水深6.40m，測驗成果全部符合規(guī)范，并通過了中游水文局驗收。2013年在黃河萬家寨、河曲水文站正式投入使用。

其設(shè)施設(shè)備性能和參數(shù)及水文測驗精度均滿足《水文纜道測驗規(guī)范》、《河流流量測驗規(guī)范》、《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》規(guī)范及設(shè)計要求，設(shè)施設(shè)備運行正常、穩(wěn)定。目前新一代的水文吊箱自動測流系統(tǒng)，ACS-Ⅱ型水文自動吊箱正在黃河吳堡水文站安裝調(diào)試，主要對電動懸桿升降控制、無線信號和數(shù)據(jù)傳輸方式、供電電纜收放機構(gòu)等進行了升級改造。