大慶地區防洪工程水位遙測系統建設設想

1 工程簡介

大慶地區防洪工程位于松嫩平原嫩左地區中部，北起雙陽河，南抵松花江，東至明水、青岡縣城以東的分水嶺，西至大慶“八三”管堤。包括安肇新河和肇蘭新河。安肇新河由王花泡、北二十里泡、中內泡、七才泡、老江身泡、庫里泡等滯洪區，108.1 km的河道及明青截流溝組成，工程跨經齊齊哈爾、大慶、安達、青岡、明水、林甸、依安、肇州、肇源等市縣的一部分或大部分地區; 肇蘭新河由青肯泡滯洪區、污水庫和93 km的河道以及10.7 km新開挖段組成，工程跨經肇東、呼蘭等地。

2 水文自動測報系統的現狀

大慶地區防洪工程自動測報系統主要包括明青坡地水文自動測報系統和大慶地區防洪工程主要滯洪區雨量遙測系統。

2.1 明青坡地水文自動測報系統

該系統主要是監測、采集明青坡地來水的遙測雨量自動測報系統。明青坡地水文自動測報系統由1 處中心站、2 處中繼站和21 處遙測雨量站組成。站點分布詳見圖1。

2.2 大慶地區防洪工程主要滯洪區雨量遙測系統。

該系統主要是監測大慶地區防洪工程主要滯洪區的雨情。同明青坡地水文自動測報系統使用同一個中心站。還包括2個中繼站和5個雨量站。

目前，大慶地區防洪工程水文自動測報系統主要是雨量監測系統，缺少水位監測系統。建設水位遙測系統，可極大的提高水情系統采集傳輸的時效性，處防汛領導小組據此可以及時做出預測、預報和預警，并報告上級防汛部門，為防汛指揮、科學調度提供可靠決策信息，在抗洪減災中將發揮重要作用。因此，建設水位遙測系統是十分必要的。

圖1 監測系統圖

3 水位遙測系統的總體設計

根據現有的實際情況，水位遙測系統采用VHF、GSM 和衛星混合傳輸的通信方式，是一個集數據采集、數據存儲、數據傳輸、數據轉發、數據處理、資料整編于一體的綜合性的水雨情遙測系統。利用已建公網作為主備傳輸信道，有效地利用了公共資源，避免了重復建設。在設計中要充分考慮兩種信道的傳輸特性，具體設計方案如下:

3.1 系統的通信體制

超短波傳輸為主通信方式，GSM 信道的短信傳輸為備用通信方式，總的通信方式為自報、限時增量加報、查詢－應答的混合通信體制。

3.2 遙測數據的實時性

水情遙測系統是為防汛和水文部門服務的，這就要求系統數據采集、傳輸、處理快速而準確。

系統中采用VHF/GSM 混合傳輸的方式。如果RTU 發出信息后在規定時間內未收到中心確認信息，則會切換到GSM 信道進行數據傳輸，正常情況下短消息傳輸延遲一般為幾秒鐘，遙測數據可以立即傳輸到分中心，從而保證了數據通信的實時性。

3.3 系統的時鐘同步

遙測站的時鐘是保證其正常運行的基礎。水文數據資料整編、遙測數據的定時報送都要求系統的時鐘具有一致性。對于超短波系統，時鐘同步的意義還在于可以有效地避開碰撞問題。

3.4 固態存儲數據的多重保護機制

固態存儲功能是遙測終端必備的重要功能，其數據的準確性、可靠性直接影響到水文資料整編的結果。

3.5 系統可靠性設計

忽視系統可靠性設計，將會導致系統功能不穩定、設備損壞，乃至系統癱瘓的嚴重后果。采取的具體措施如下:

3.5.1 RTU 應設計可靠

1) 電路設計:終端電路設計時應考慮浪涌抑制，電源濾波，信號濾波，信號保護，掉電保護，所有接口電路的防雷保護等多種手段來提高硬件的可靠性。

2) 終端軟件設計: 采用了實時多任務管理機制、看門狗技術以及自檢、軟件陷阱等保護措施，良好的軟件流程也為系統的可靠性增加了籌碼。

3) 電路板:終端主板和接口板都由專業廠家進行流水焊接和檢驗;

4) 采取了掉電保護措施，不但節省了功耗，而且有利于系統的抗干擾性能。

5) 選用電源監控芯片，對固態存儲器采用雙重保護。

3.5.2 軟件可靠性設計

水情中心負責轄區內所有遙測站水情信息的接收、處理、入庫、發布以及上報分發等重要工作，這些功能的實現主要依賴于分中心軟件的穩定性和可靠性。系統應從軟件運行環境的可靠性、應用軟件自身的可靠性等多個方面進行了分析和設計。

3.5.3 通信可靠性設計

通信設備的性能，通信網絡的質量，通信工作方式的選擇以及通信協議的制定等方面都是影響通信可靠性的因素。系統在通信可靠性設計方面應主要考慮了以下6 點: ①GSM通信網絡是一個可靠的無線通信網;②遙測站與分中心采用“VHF+GSM”的連接方式，傳輸可靠性有保障; ③采用的GSM 通信終端，在國內水情遙測系統中運行穩定; ④主備通信方式之間可以自動切換; ⑤采用多次重發機制; ⑥采用差錯編碼。

3.5.4 數據可靠性設計

水情遙測系統建設的根本任務是取得各遙測站的實時水情數據，作為資料整編和防汛調度的依據。因此必須采取充分的措施保證水文遙測數據的可信度、完備性以及安全性。系統設計在數據可靠性方面采取的措施如下:

3.5.4.1 采用存儲重發機制

存儲重發機制可以保證中心遙測數據的完整性，一旦遙測站固態存儲器數據不能正常讀出時，可以通過中心已經接收到的遙測數據進行資料整編。這樣遙測終端的固態存儲器數據與中心的遙測數據互為備份。

3.5.4.2 采用數據合理性檢查機制

對遙測數據設定合理的取值范圍，測站測量參數完畢，對各參量測量值進行判斷，如果測量值在設定的取值范圍內，則認為數據可信，否則重新測量。中心站收到遙測數據時，也進行同樣的數據合理性檢查。

3.5.4.3 固態數據刪除保護

當測站收到中心站固態數據刪除命令后，首先要求中心確認是否屬實，中心收到請求后，再次發送固態數據刪除命令。測站連續3 次收到固態數據刪除命令，并獲得中心確認，方可進行固態數據的刪除。

3.5.4.4 采用差錯編碼和CRC 校驗

保證數據可靠傳輸。如果校驗錯誤，采用重發機制。

3.5.4.5 遙測站可靠性設計

遙測站處在整個測報系統的前端，負責數據采集、存儲和上報，數據能否可靠地傳送至中心是整個系統正常運轉的關鍵，因此遙測站的可靠性至關重要，可以說保證系統可靠性的重點和難點在于遙測站的可靠性。

3.5.4.6 遙測站供電設計

1) 蓄電池容量: 水文測報系統中，遙測站大多地處邊遠山區，由于農網電壓不穩定，而且得不到連續供電的保證，因此不宜使用交流供電方式。所有遙測站均采用太陽能電池浮充免維護蓄電池供電的方式。并且要求陰雨天氣持續30 d的情況下，能保持正常工作。

2) 太陽能電池功率:綜合考慮平均日照、遙測站功耗、太陽能電池板充電電流、負載相關系數以及電池充電安全系數，選擇正確太陽能電池板，即可保證陰雨30 d情況下，設備正常運行，亦可保證5 d內將蓄電池充滿的技術要求。

4 結 語

大慶地區防洪工程水位遙測系統一旦建成后，能夠極大提高水情的時效性，為防汛會商爭取了時間，為抗洪搶險提供了保證。由于采用雙信道通信方式，大大提高了水情信息采集傳輸的保證率，為大慶地區防洪工程安全度汛提供了有力的技術保證。