LXD-1型水文纜道測流系統在略陽站的應用

趙軍

（略陽水文站 陜西 略陽 724300）

1 概述

略陽水文站位于陜西省漢中市略陽縣城關鎮，處于陜甘川三省交界地帶，海拔高約1400m～1500m，境內山脈主要走向呈東西延展，全區山高谷深，山勢雄偉，嘉陵江由北向南，大體與東西向的構造線垂直，河面狹窄，谷坡陡峻、呈峽谷地形，是長江流域嘉陵江干流控制站，屬國家級重要站、中央報汛站,斷面以上流域面積 19206km2。受“5·12”地震影響，該站基本斷面附近山體垮塌，地錨出現裂紋、控制臺受損，主索鋼塔變形，嚴重地影響了水文測驗工作。在災后重建過程中，國家安排資金，重新建設高標準的水文纜道設施，引進具有國內先進水平的計算機測流系統及其他儀器設備，全面恢復了水文測驗工作，提升了略陽站的測驗技術水平。

2 略陽站原有測流設施、設備及測流情況

略陽站的纜道設施始建于上世紀70年代，主索跨度175m，建設標準低，設備老化，流量數據的采集，主要依賴人工定位、計時操作，人工記數，手工計算的方法，技術水平落后。原有纜道設備主要存在以下問題：

（1）測流設備故障多，保證率低，遇復雜情況，人工難于判定；

（2）測洪標準低，勞動強度大，測驗時間長，時效性差，無法保證防汛工作的需要；

（3）測流信號不穩定，效率低下，技術手段落后，影響資料成果的精度。

3 計算機測流系統組成

在新建水文纜道的基礎上，引進江西生產的LXD-1型纜道測流系統，應用計算機測控技術、無線通訊技術、變頻技術及相關的先進技術，對復雜情況進行智能判斷，自動采集、自主識別，可以自主判斷、動態顯示當前工作狀態，較精確地控制鉛魚定位、自動計算起點距和流速，顯示并存儲測流結果，實現了流量測驗的自動化功能。該系統由硬件和軟件組成。

3.1 系統硬件組成

系統硬件主要包括鉛魚上的測流信號裝置、絞車上的計數裝置及變頻調速控制系統等。

系統的硬件結構見圖1。

3.2 系統軟件結構

系統軟件采用模塊化結構，主要由測控軟件和報表軟件組成。系統的軟件模塊見圖2。

4 系統在略陽站操作使用情況

4.1 系統的安裝與調試

（1）硬件的安裝與調試。該系統硬件比較簡單，測控部分由2個模塊組成，采用搭積木的方式完成，變頻器模塊負責電機調速和換向，控制器模塊負責和計算機通信和信號的采集。信號部分由2個高頻電臺完成水下信號的收發，其信號的傳輸不依賴纜道，通過空氣輻射，信號穩定可靠。

（2）軟件的安裝與調試。軟件的安裝調試，主要是按默認的提示，在較短的時間內即可完成。

4.2 系統的比測率定

原有纜道測流人工控制的比測率定工作量大，需要幾個人才能完成，比測率定完后，由于主索垂度影響，還要人工來修正起點距，由于每根垂線的修正值不一樣，需制作一張查算表，每測一根垂線，根據表中的修正值，換算成實際值，由于換算復雜，實際工作中容易經常出錯。

應用纜道測流系統的比測率定工作就比較簡單，譬如起點距比測的基本操作方法是將傳感器采集的信號脈沖數和實測起點距輸入計算機，點擊保存按鈕，系統就完成了起點距比測率定工作，同時可以自動將主索垂度進行修正，系統顯示的起點距的就是實際測得的起點距值。

水深和流速的比測率定方法與起點距基本相同，這里不再贅述。

4.3 系統的測控

系統的控制界面如圖3。

系統提供了多種控制方式，操控非常方便，在對速度的操作方式中，可以用鼠標左鍵的拖動、點擊、滾輪的滾動等方式，也可以用鍵盤的左、右鍵，還可以用操作臺的速度旋鈕來控制速度；4個方向的操控和停車，也有多種方式，可以用鼠標直接點擊界面上的方向按鈕，也可以用鍵盤的快捷鍵，還可以用操作臺的控制按鈕。

靈活方便的操控方式，滿足了每個人的使用習慣，使大家感到，系統很先進，操作很簡單，控制很隨心，沒有高科技帶給大家的神秘感，更因為界面的友好、直觀，設計的人性化，最大限度的減少了操作者的恐懼感。

4.4 系統的設置

系統沒有太多的設置，在測驗前，將水位輸入，再選擇好垂線，剩下直接用計算機操作就可以了。

4.5 流量測驗

略陽站原有纜道采用人工控制進行流量測驗，操作者將儀器放到測驗位置，由于纜道的慣性、操作者的熟練程度等因素，使得測驗的時間長，定位精度因人而異，從而影響測驗時機和測驗精度。

應用纜道測流系統施測流量，將整個測流過程程序化，按照預先設置好的垂線，點擊開始測流按鈕，自動完成斷面流量的測流過程，如根據水面寬設置測深、測速垂線，按照所測水深自動判定測速方法。當啟動自動測速模式后，鉛魚自動完成測深、測速垂線布設，自動采集信號，并將其傳輸到水文控制臺內，控制臺自動對所收集的信號進行處理，并發至后臺計算機內。兼容半自動和人工測量。也可利用人工設置，布設測深測速垂線，控制鉛魚運行，能實現自動、半自動、手動等多種作業方式。在對鉛魚進行運行控制的過程中，各種測量方式即可在測量控制臺上設置完成并保存，測量結果以標準的流量記載計算表格式輸出，同時對該次成果進行合理性檢查,以評估數據的精度等級，進而確定成果的不確定度,所有數據將以數據庫格式保存于計算機內，以便于水文資料的整編。

系統提供了自動和手動兩種測流、測沙模式。由于洪水的演變規律極為復雜，極端情況下，在自動模式下，系統可一次性采集幾十個乃至幾百個點的水文數據，對采集的數據進行分析和計算，形成圖表打印出來,系統也可在手動模式下采集數據，這樣，系統的應用就極為靈活機動，可在各種環境下使用。

4.6 測流信號的采集、傳輸和處理

略陽站傳統的測流信號是利用纜道鋼絲繩來傳輸的，其穩定性差，維護困難，往往一次測流過程中，由于信號的不穩定，導致測驗中斷，無法滿足測流要求。

新的系統其信號的傳輸不再利用鋼絲繩，而是采用高頻電臺，通過空氣輻射電磁波的方式來傳輸信號，穩定性極好。

為了解決測驗中多個信號的傳輸，同時滿足計算機測流需要，系統中設置了水面、流速、河底3個信號，并對3個信號進行數字編碼，編碼后的信號，抗干擾性極好。這是傳統信號無法比擬的。

4.7 略陽站計算機測流系統的測流測深精度

測流精度分析。測流的精度由以下4方面控制：

（1）起點距定位精度，由于垂線起點距的定位由軟件預置，到達位置前一段距離，程序控制運行速度由正常轉向慢速，其停車誤差被消除，起點距的定位精度非常高；

（2）測點定位精度，測點位置的放置也是由程序預置，到達位置后系統自動停車，其測點定位誤差也被消除；

（3）流速信號計數精度，流速信號的計數由軟件自動完成，不會存在多記或者少記，針對流速儀的接觸絲所產生的假信號，程序做了相應的軟件濾波處理；

（4）計時精度，計算機調用操作系統的時鐘進行計時，其計時誤差被消除。

5 略陽站計算機測流系統的穩定性、可靠性

（1）穩定性分析。該系統以軟件為平臺，硬件為輔助，原來很多用硬件來完成的邏輯控制功能，現在是通過軟件來完成，而軟件的穩定性要高于硬件，使得系統具有極高的穩定性。

（2）可靠性分析。可靠性分析是指系統的模塊化設計，在整個系統中，硬件有2個模塊組成，一個是變頻器，一個是控制器，操作人員可以在短時間內判斷出2個模塊的故障情況，并加以更換，在短時間內將系統恢復不會影響測流

6 結語

該系統在略陽站的使用，提高了該站的自動化測驗水平，系統實現了測深、測速、取沙等測驗項目測控、計算、資料打印輸出一體化，縮短了測驗歷時，提高了測驗精度。同時也減輕了勞動強度。該系統使用方便、操作簡單、界面直觀、運行穩定、測驗精度符合水文測驗規范要求。陜西水利