湖北省漢江河道管理局水情自動化采集系統(tǒng)

【摘要】漢江局水情自動化采集系統(tǒng)采用GsM組網(wǎng)方式，計劃將38個自測站水文數(shù)據(jù)通過GsM通信方式傳送到中心站，并介紹了湖北省漢江河道管理局水情采集系統(tǒng)的目標(biāo)任務(wù)、構(gòu)成、原理、功能、實現(xiàn)方法以及發(fā)揮的作用等，該系統(tǒng)的建設(shè)為實現(xiàn)防汛搶險的現(xiàn)代化邁出了重要的步伐。

【關(guān)鍵詞】水情自動采集；信息化；RTU（終端機）；GSM

【中圖分類號】C931.6 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0132-02

前言

湖北省漢江局管轄范圍內(nèi)現(xiàn)有自測水位測報站38個，擔(dān)負著漢江、東荊河水位、雨量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的報汛工作，是漢江、東荊河防汛調(diào)度、洪水預(yù)報、水文演算與分析等方面重要基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，也是在防汛期間各級領(lǐng)導(dǎo)及指揮決策機關(guān)正確分析和判斷防汛形勢，科學(xué)制定防汛調(diào)度方案的依據(jù)。

漢江局水位自測站是東荊河重要的水位控制站。東荊河河道長173.4公里，但由于只有潛江水文站一個長江委控制站，因此東荊河各水文自測站無疑成為了東荊河防汛抗洪的關(guān)鍵控制站點。另一方面，在我局管轄的漢江河道內(nèi)，漢江下游雖然有沙洋、澤口、岳口、仙桃四個長江委控制站，但由于相互之間有一定的距離，在防汛期間，必須以自測站水位觀測數(shù)據(jù)作為補充。其次，漢江自測站中有些站點的數(shù)據(jù)已成為漢江防洪調(diào)度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。如大王廟、白虎池、萬家壩、杜家臺魚嘴、杜家臺閘等站水位數(shù)據(jù)，如果精度達不到要求，將對防洪調(diào)度造成較大影響。

漢江局現(xiàn)有水位測報主要依靠人工觀測，然后將水情數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至局防辦“水雨情測報信息處理系統(tǒng)”匯總。由于觀測手段原始、落后、簡陋，精度不高，數(shù)據(jù)傳輸不及時，已無法滿足科學(xué)防洪的需要。為此，漢江局“十二五”規(guī)劃中明確將自設(shè)水位站自動測報系統(tǒng)建設(shè)項目納入議事日程。

1、自測站基本情況

湖北省漢江河道管理局管轄漢江中下游的一部分河道，河段長410kin，兩岸堤防長度757.929km。其中：漢江河道長237km，兩岸堤長440.773km（其中漢江遙堤長55.265km，漢江干堤長385.508kin）；東荊河全長173km，兩岸堤長310.621km。我局所轄漢江、東荊河兩岸堤防和長江堤防一道構(gòu)成了整個江漢平原的天然屏障。在管轄范圍內(nèi)共設(shè)有水位自測站38個分別在：鐘祥管理分局范圍內(nèi)4個、天門管理分局范圍內(nèi)4個、羅漢寺閘管理分局范圍1個、澤口閘管理分局范圍1個、田關(guān)閘管理分局范圍1個、杜家臺分洪閘管理分局范圍2個、仙桃漢江管理分局范圍2個、潛江東荊河管理分局范圍1個、監(jiān)利管理分局范圍3個、仙桃東荊河管理分局范圍9個、洪湖東荊河管理分局范圍10個。

氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，冬季受歐亞大陸冷高壓影響，夏季受西太平洋副熱帶高壓影響，氣候具有明顯的季節(jié)性，冬有嚴(yán)寒，夏有酷熱，四季分明，日照充足，雨量豐沛，以氣旋雨這主。多年平均氣溫16.1～16.4。c，多年平均降雨1100mm～1250mm，降雨量年際變化大，年內(nèi)分配不均，主要集中在4～10月，占全年降雨的80%要左右。

地貌特征以堆積地形為主，有剝蝕堆積隴崗地形、沖積平原、沖積～湖積平原、河漫灘與心灘等組成。區(qū)內(nèi)地勢平坦，總體上西北高，東北略低。水系發(fā)育，湖泊、溝渠密布，漢江、東荊河貫穿全區(qū)。

2、系統(tǒng)建設(shè)必要性

水利信息化是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)和利用水利信息資源，包括對水利信息進行采集、傳輸、存儲、處理和利用，提高水利信息資源的應(yīng)用水平和共享程度，從而全面提高水利建設(shè)和水事處理的效能及效益。水利行業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)，要實現(xiàn)由工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變，必須加快水利信息化及現(xiàn)代化步伐。我局水雨情系統(tǒng)信息化建設(shè)的必要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

一是報汛人員勞動強度大。

二是數(shù)據(jù)可靠性差。

三是汛前對水尺的校核、維護成本高。

四是數(shù)據(jù)傳遞不及時.由于采用人工觀測，加上距離遠近不同，受各種自然和人為因素影響較大，容易出現(xiàn)報汛不及時的情況。

針對我局水位自測站在測報工作中存在的這此弊端，進行水位自動測報項目建設(shè)勢在必行。水位自動測報站項目主要是實現(xiàn)水位、雨量的自動采集，水情信息自動傳輸?shù)綕h江局中心站，為防洪調(diào)度提供可靠的水情信息。水位自動測報站建設(shè)和水雨情報汛信息處理系統(tǒng)運用將徹底改變我局防汛信息化落后的局面，為我局防汛信息化帶動現(xiàn)代化建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。

3、系統(tǒng)建設(shè)遵循的原則

我們按照“經(jīng)濟實用、穩(wěn)定可靠、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、先進開放”的建設(shè)原則，力求以最少的工程投資，達到最佳的整體功能效益。通過現(xiàn)場實地勘測和我局基層水位站的實際情況，我們決定采取先期試點的方式，選取鐘祥大王廟、洪湖中革嶺、仙桃楊林尾3個水文站點，分別采取氣泡壓力式水位計和壓阻式水位計兩種方式遙測設(shè)備，以測試那種方式更適合漢江流域?qū)嶋H情況。

4、自測站結(jié)構(gòu)及功能

為保證系統(tǒng)可靠、有效地運行并充分發(fā)揮其作用，系統(tǒng)必須應(yīng)用新的自動測報技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和遠地編程控制技術(shù)，因此在各遙測站采用測、報、控一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由傳感器、遙測終端、通信終端和電源系統(tǒng)等四部分組成。

為保證在“有人看管、無人值守”的運行模式下，遙測站設(shè)備能在雷電、暴雨、停電的惡劣條件下可靠、正常的工作，遙測站的供電系統(tǒng)采用太陽能板浮充蓄電池供電方式，并配置充電控制器。

水文站和中心站等類型的遙測站供電電源由1塊40W太陽能板、1個充電控制器、1個100Ah的免維護鉛酸蓄電池組成。

遙測站和中心站都要建設(shè)避雷接地系統(tǒng)，保證設(shè)備全部在避雷保護范圍內(nèi)，中心站和遙測站的接地電阻應(yīng)≤8Ω。

自測站功能：

①自動采集：能自動采集降雨量及水位變化值，采樣間隔可編程設(shè)置，并現(xiàn)場固態(tài)存儲；實時將遙測站水情信息轉(zhuǎn)發(fā)至中心站。

②具有定時自報和自動加報以及響應(yīng)召測功能；

③主備信道自動切換功能；

④自維護功能：具有定時工況報告、低電壓報警、掉電保護等項自維護功能；

⑤工作環(huán)境：能在雷電、暴雨、停電等惡劣條件下正常工作45天。

5、中心站結(jié)構(gòu)

目前，我國水情自動測報系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛的通信方式有：衛(wèi)星、電話、GPRS、超短波（UHF/VHF）、GSM。

根據(jù)本系統(tǒng)區(qū)域的通信資源情況，并結(jié)合新建遙測系統(tǒng)的通信狀況和本系統(tǒng)的運行特點（每年只運行半年5月1日一10月1日），漢江河道管理局水情自動測報系統(tǒng)遙測站至中心站的通信組網(wǎng)采用GSM短信。

中心站數(shù)據(jù)接收處理設(shè)備主要由數(shù)據(jù)接收通信軟件、數(shù)據(jù)接收計算機（包括數(shù)據(jù)接收處理軟件、實時數(shù)據(jù)庫）、水雨情信息系統(tǒng)組成。

通信軟件、數(shù)據(jù)接收計算機、水雨情信息系統(tǒng)構(gòu)成中心站數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)，完成系統(tǒng)各遙測站的水情信息、運行工況信息的實時接收、處理和入庫，并可對各遙測站進行實時監(jiān)控、運行管理。

中心站水雨情信息系統(tǒng)基于windows2003Server平臺開發(fā)，依賴于Microsoft SQL Server2005數(shù)據(jù)庫運行。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分為自動采集和人工錄入兩種方式，根據(jù)現(xiàn)場情況和實際需要部署。自動采集由RTU及RTU數(shù)據(jù)接收器組成系統(tǒng)自動完成。人工錄入由系統(tǒng)提供WEB錄入界面。所有的數(shù)據(jù)保存在一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)發(fā)布方式為WEB發(fā)布，通過正瀏覽器展示。

中心站功能：

①能實時接收全系統(tǒng)各遙測站的水情、運行工況等數(shù)據(jù)，對接收的信息進行合理性檢查處理后進入數(shù)據(jù)庫保存；

②能遠程實時監(jiān)控和管理各遙測站的運行，對各遙測站進行參數(shù)設(shè)置、讀取信息以及批量數(shù)據(jù)下載；

③能對全系統(tǒng)各遙測站進行統(tǒng)一校對時鐘，有超限告警功能；

④可進行水情、運行工況等信息的查詢及圖表打印輸出；

⑤有安全、保密的數(shù)據(jù)維護功能，提供可自動或人工進行數(shù)據(jù)備份。

6、系統(tǒng)應(yīng)用成果

漢江局水情測報系統(tǒng)于2012年4月正式投入運行來，運行情況良好，通信暢通率100%，利用該系統(tǒng)可以做到洪水實時預(yù)報，減輕防汛人員工作負擔(dān)，為上報上級防汛部門和通知有關(guān)單位贏得了充裕的時間，增強了對災(zāi)害性洪水的監(jiān)測、分析、預(yù)報能力，從而為洪水預(yù)報爭取更長的預(yù)見期，為漢江局防汛決策提供了及時、可靠的信息，取得了較好的防洪效益和經(jīng)濟效益。經(jīng)過一個汛期的運行，我們發(fā)現(xiàn)氣泡式水位計不適應(yīng)漢江流域，其原因由于精度比浮阻式水位計低，汛期江面寬，風(fēng)浪大，造成測量誤差較大，且氣泡式水位計造價高、后期維護也比較麻煩，在今后的建設(shè)中，我們將使用浮阻式水位計。