國內外水文自動測報系統綜述

付英杰，張永學

(沈陽經濟技術開發區農業發展局，沈陽 110016)

1 水文自動測報的意義

水文現代化建設是以推動水文適應經濟社會發展需求為目標的動態發展過程，具有強烈的時代特征，反映了時代的科技發展水平和經濟社會發展的需求[1]。水文現代化建設是水利信息化的基礎。其中信息傳輸是水利信息化的重要基礎工作之一。

2 國外研究現狀

1976年，美國SM公司與美國氣象局合作研制了一套在當時具有代表性的水文自動監測設備，之后美國HANDAR公司與Sutton公司合作也研制了一套水雨情自動監測設備。

隨著科技的進步，美國將水文站數據的傳輸擴展到衛星平臺上，到1987年已有1700個水文站數據應用GOES衛星進行數據傳輸，到現在已有4000多個水文站使用衛星進行數據傳輸。除了上述衛星外美國還有測雨雷達，從80年代開始，美國國家天氣局與三個部門共同建設了NEXRAD新型雷達，這種雷達經過雨量計參數修正后，可在幾千平方公里范圍內形成一個類似于一個大雨量計的網，從而大大提高了水文預報和洪水預報的精度和時間。美國還是世界上唯一一個使用流星余跡進行水文遙測的國家，1980年在美國西部山區建立一個由525個監測站組成的名叫SNOTEL的測站網絡，直到現在還在運行著并且效果越來越好，這些傳輸網絡所傳送的數據與實時數據的傳送時間非常接近，在4～5 min即可獲得相應數據，而且其可控性比衛星要高[2]。

日本對于水文遙測的投資可謂相當巨大而且建設時期也比較早。1986年，日本建成了世界上最大的水文遙測數據采集系統，系統使用了12個測雨雷達和GMS衛星。日本在僅有的37萬km2的國土面積上，建有26個雷達雨量站，2 500個地面雨量站和2 100個水位站，觀測范圍覆蓋整個日本[3]。

英國等一些西歐各國和日本一樣由于國家面積較小，水文監測站覆蓋范圍基本遍及全國，他們主要采用2種方式進行傳輸:

1)采用可靠的電話網絡進行傳輸。

2)采用同步衛星進行遠程數據的傳輸。

法國主要對其境內的兩條河流加隆河和洛依爾河進行全方位的監測以提高本國的防洪準確性。法國采用VHF/UFH通訊作為預報系統的主要監測手段，加隆河系統包括120個監測站覆蓋了法國境內全部的加隆河流域，系統采用應答式預報方式，在不到10 min內就可以收集到全部數據。洛依爾河系統則是一個綜合性系統，他不僅使用VHF/UFH通訊還應用了電話機ARGOS衛星來進行數據傳輸，電話通訊主要用于傳輸流域內支流的數據。

印度作為亞洲發展水文監測比較早的一個國家在1985年在yamuna河上游建立了一個大流域系統，系統采用UHF通訊并且使用印度自己的衛星INSAT－1B，INSAT是一個雙衛星系統，它由印度空間研究組織管理，擁有100個衛星平臺。

蘇聯的水文數據是來自GOMS衛星，它和大多數氣象衛星一樣，用于傳輸一些云圖及氣象數據。

3 國內研究現狀

我國水文監測系統的建設包括3個階段:探索階段、發展階段和提高階段。20世紀80年代初期開始到90年代中期為探索階段。主要是引進、吸收和消化國外引進的水文監測方面的先進技術和方法。1981年，我國由南京自動化研究所負責，引進美國SM公司的設備，進行國產化設計，主要用于監測第二松花江豐滿白山水情測報。由于受到美國的影響，遙測站采用了自報式的工作體制，使用VHF通訊。由于資金及技術個方面的問題，我國在此以后幾乎沒有再引進國外水情監測設備直到1994年，才又一次引進了美國HANDAR公司產品。

這一次的引進使得我們清楚的認識到自己與國外水文監測技術的差距，無論是從穩定性、可靠性、智能化程度、工藝水平等方面都存在巨大的問題。

90年代后到21世紀初始是水文監測的發展階段。由于看到了差距和不足，我國開始大力發展和研究水文監測技術，國內許多系統集成商也紛紛引進和學習國外先進的設備和通訊方式。在此階段我國水文監測技術有了長足的進步，已經可以接近國外同期產品的技術水平。

1996年，國際移動衛星(INMARSAT)開始在國內推廣，由于衛星通信的大范圍覆蓋和傳輸可靠性，國內系統開發商和用戶對此給予了高度重視。由于其良好的覆蓋和傳輸性能在經歷了2 a的調試后于1998年正式應用于我國水情自動監測系統的實踐中。

同一時期，由于我國公共交換電話網(PSTN)有線通信設備逐步成熟和防雷技術的發展，PSTN通信質量明顯提高，采用PSTN電話線進行數據傳輸進入了實用階段。

更為可貴的是，基于通信技術的快速發展，國產數據采集器的開發得到深入，多串口、多通信協議、多傳感器接入等要求不斷豐富，基于嵌入式工業控制總線的PC104、基于單芯片系統的片上系統(SOC)等設計技術得到應用，系統的智能化和靈活性得到長足發展。

提高階段是從2002年至今。2002年我國移動通信技術已經建立了基于全球移動通信系統短消息的通信方式即GMS，這使得其可以正式應用于我國的水情監測系統中。同年，國電自動化研究院(國網電力科學研究院的前身)研制了國內首款采用表貼技術、基于平臺化概念設計的模塊化和小型化的ACS300數據采集器，將微功耗和寬工作溫度范圍指標提升到國際同類產品的先進水平。

2003年，由中國自己研發的的北斗衛星導航系統開始商用，此系統的短信服務迅速被國內的水情測報系統爭相應用。2004年5月，我國建立了長江三峽水情自動測報系統，覆蓋了重慶至宜昌的6萬 km2流域，系統采用 VHF、INMARSAT－C、PSTN和全線通等4種通信方式，包括126個水情遙測站，全部數據收集僅10 min，達到了世界先進水平。

隨著科學技術的發展，我國的水情測報系統已經與國際接軌，測報方式也由原始而單一的超短波變成了使用電話公網、衛星及短波通訊的多元化格局，為收集時間和信息準確性都提供了有力的保障。

4 結語

本文歸納了國內外水文自動化報測技術的解決措施與對策，討論了水文測報在水庫防洪預測、綜合治理和水利調度中的作用、目的、研究意義，對水庫水文自動化報測技術進行深入研究。希望以后能夠結合工程實例對水文報測方面存在的問題、區域、原因、通訊措施失敗的經驗教訓進行了深入分析;在此基礎上，從方法、設備、技術等方面，研究水文自動報測方案。本文對于今后水文自動化報測采用更為科學、合理、經濟的綜合治理方法具有一定的實踐和指導意義。

[1]郭澤辰.基于GPRS的遠程自動水文監測網絡[J].電力系統通信，2004(08):11－12.

[2]駱蘭.水情自動測報系統研究進展[J]，河南水利與南水北調，2011(14):4－5.

[3]王樂.水利工程自動化控制應用趨勢[J].科技創新導報，2011(10):96.