營口市水情自動測報系統研發建設

□ 孫文偉（遼寧省營口水文局）

1 概況

1.1 地理

營口市位于遼東半島西北部，西臨渤海遼東灣，與錦州、葫蘆島隔海相望；北與盤錦為鄰；東與丹東接壤；南與大連相連。營口城區距沈陽市166km，距大連市204km，距鞍山市84km，距盤錦市70km。地理坐標處于東經121°56′～123°02′之間，北緯39°55′～40°56′之間。市域南北最長處111.80km，東西最寬處50.70km。市域總面積5365km2，占遼寧省總面積的4.88%；海岸線總長度96km。

1.2 氣候

營口市西臨渤海遼東灣，屬暖溫帶大陸性季風氣候。其氣候特征主要是:四季分明，雨熱同季，氣候溫和，降水適中，光照充足，氣候條件優越。春季溫和、夏無酷暑、秋季涼爽、冬季較長但無嚴寒。春季（3-5月），多大風天氣，氣候干燥少雨；夏季（6-8月），降水量集中，氣溫較高；秋季（9-10月），天高氣爽，氣候宜人；冬季（11-2月），天氣寒冷，氣候干燥。

1.3 河流

境內有大、中、小河流150余條，其中大型過境河流大遼河，中型河流大清河、碧流河，各河流分渾太水系、渤海岸水系、黃海岸水系入海。按流域水資源分區劃分為大遼河、大清河至大遼河、大清河、復州河至大清河、碧流河五個四級區。流域面積在百km2以上的主要有大遼河、大清河、虎莊河、熊岳河、浮渡河、碧流河等6個水系,見表1。

1.4 水庫

表1 營口市主要河流特征值表 （河長km，面積km2）

全市現有大型水庫1座（石門）、中型水庫3座（玉石、三道嶺、周家）、小Ⅰ型水庫12座、小Ⅱ型水庫23座。總庫容為2.64億m3，興利庫容1.93億m3，現狀供水能力0.96億m3。

2 水情自動測報系統的研發建設

2.1 終端RTU建設及實現功能

建設前期，按照合理布局均衡控制原則，進行踏勘選；地圖標注；GPS定位；洪水調查；村鎮調查；設點篩查；規劃報告等工作。分三期進行安裝調試，共建設水情自動測報系統終端遙測站74個，其中雨量遙測站67個，水位遙測站5個，水文（水位、雨量）遙測站2個。具體分布:大石橋市25個；蓋州市40個；鲅魚圈區5個；老邊區4個。

終端RTU建設主要有主板芯片、發射模塊、變壓器、天線、GPRS/GSM、基站基礎、雨量器、電池等組成。實現的功能有:各遙測站均配有自報和應答功能，當時間或水情達到設定值時或中心站進行招測時，可自動將水文信息送至市水情中心站；通過傳感器和RTU，自動采集參數，當達到規定時間間隔或變化量時自動發送信息給中心站；按照段次發送定時自報數據，并說明設備工作狀況；具有定時掉電功能；具有在站數據存儲功能，保證數據不丟失，便于數據整編，實現存儲數據的現場下載；具有通訊路由自動選擇功能；通訊信道偵聽功能，當信道忙時，自動延時發送；具有向備用信道自動切換功能；具有時鐘同步功能；具有現場設置站號功能；響應分中心召測命令發送相應數據，并報告本站電池電壓；具有現場設置站號功能；具有時鐘同步功能，見圖1。

圖1 遙測站設備組成結構示意圖

2.2 信息傳輸

從遙測終端到分中心，采用移動GPRS和GSM兩種傳輸方式向分中心傳輸數據，其中GPRS為主要傳輸方式，當遙測終端有信息需要傳輸時，遙測終端的RTU自動啟動自身的GPRS/GSM模塊登陸中國移動的GPRS網絡，接入點采用遙測系統從中國移動通訊申請的專用的接入點接入GPRS網絡，當接入成功后，數據通過中國移動的GPRS網絡通過移動的路由到水文局路由之間的專線傳輸進分中心接收數據的服務器；如果測站不能正常登陸移動GPRS網絡（6min內），則GPRS/GSM模塊自動切換到GSM模塊，將水情信息發送出去，分中心通過服務器上連接的短信接收模塊接收測站發過來的短信。

系統傳輸模式選用中國移動通信的GPRS網絡及GSM網，采用固定IP兩路接入主備方式。主IP設在市水情中心，輔IP設在省中心。為防止IP業務在通信過程中出現故障，遙測站同時具有以短信息作為備用的傳輸方式向市水情中心進行數據傳輸，當GPRS信道無法傳輸數據時，則系統自動切換為短信息方式傳輸。

遙測站配置GPRS/GSM通信終端及天饋線，SIM卡；水情中心站配置固定IP號、GPRS/GSM通信終端及天饋線及數據接收計算機。通信組網及設備配置結構如圖2所示。

2.3 接收處理

水情中心配置接收服務器、數據庫處理服務器，不間斷電源UPS，辦公處理軟件計算機，安裝接收軟件及數據庫軟件、申請移動公司專線等。需配置雨量傳感器、控制終端（RTU）、GPRS/GSM通信終端、蓄電池及充電控制器及信號避雷設備。

圖2 通信組網及設備配置結構圖

為實現遙測站自動采集、傳輸、控制等功能，保證系統可靠、有效地運行，并充分發揮其作用，將利用自動測報、現代通信和遠地編程等關鍵技術，以控制終端（RTU）為核心，實現水情數據測、報、控一體化。數據傳輸到水情中心后，主要實現功能:

中心將接收到的數據按照設定的格式保存到文件或數據庫中；針對不同的數據源分類進行處理，將處理后的數據寫入原始數據庫中；如果是時段數據，對原始庫進行再加工，將原始水位、雨量轉化成時段數據，分類寫入實時數據庫；信息編碼按照水情信息編碼規范，編制報文，編碼采用自動和人工方式相結合，編制的報文寫入轉發文件。

2.4 水情信息應用

水情信息綜合服務系統是為營口市防汛抗旱而開發研制的，適合防汛抗旱日常工作使用。系統由信息處理、信息應用、監視預警、水文預報、短信應用、綜合管理等六個子系統構成。具有水情報文接收、水情報文處理、水情信息查詢應用、水情預報、監視預警、水情短信息應用以及水情分中心日常工作管理等功能。

2.4.1 信息處理

信息處理系統主要有以下功能:

采集數據的處理:針對不同的數據源分類進行處理，將處理后的數據寫入原始數據庫中。

時段數據生成入庫:對原始庫進行再加工，將原始水位、雨量轉化成時段數據，分類寫入實時數據庫。

信息編碼:按照水情信息編碼規范，編制報文。編碼采用自動和人工方式相結合，編制的報文寫入轉發文件，等待轉發。

報文轉發:按照報文轉發協議，通過網絡和電話撥號方式將報文轉發到其它水情信息中心。

報文接收:通過通信系統接收其它水情信息中心的報文。

報文解碼入庫:將從其它水情信息中心接收的數據解碼、譯電、寫入實時數據庫。

2.4.2 信息應用

信息應用子系統實現的主要功能如下:

雨量站點、水文站點、水庫站點、墑情站點、地下水站點的分布圖查詢顯示及一覽表制作；常用氣象信息網站網頁瀏覽；日常水情報表制作；最新水情報表制作；降雨量分布圖填繪與套打；墑情分布圖填繪與套打；降雨量等值面圖的制作；水文站水文要素過程線繪制與洪量計算；水庫站水文要素過程線繪制與洪量計算；降雨量月報表制作；降雨量統計表制作；降雨量對比表制作；降雨量登記表制作；降雨量檢查表制作；水庫蓄水量對比表制作；實時數據庫數據查詢；歷史數據庫數據查詢；系統配置；值班數據庫表維護；雨量填圖配置；雨量打印配置；雨量等值面站點配置等22項功能。基本解決了水情日常工作內容，大大提升了工作效率，成為水情人員的得力助手。

2.4.3 模擬預報

預報系統是基于自動測報系統數據庫基礎上開發的水情預報自動分析軟件。利用河道監測站歷年洪水資料，分析、濾定模型，實現計算機監測、處理、預報一體化。

系統實現的主要功能包括:完成營口市三個預報站預報方案的程序計算。并且，預報方案信息、預報過程和預報結果以圖形和文字的形式展示和保存。實現程序預報過程中預報因子的人為校正功能。具有獨立Pa（W0）實時計算功能。具有預報過程與實際洪水過程圖形對照和誤差統計以及Pa（W0）、實時降雨量修正等模擬預報功能。具有在系統設計的預報類型及預報方法內實現預報站數的無限擴充功能。

3 結論

營口市防汛抗旱水情自動測報系統建設分三個階段。一期2006年建設10個、二期2009年建設12個、三期2012年建設52個，共計建設74個自動報汛站，總投入600多萬元。自2006年6月1日開始正式啟動，順利運行至今，系統總體運行情況良好。

水情自動測報系統的研發建設，徹底改變了傳統水文情報處理模式，減輕了水情工作人員的勞動強度，極大地縮短了水文情報的傳輸時間，有效地提高了水文情報的收集、處理效率，信息準確性得到保證，增長了洪水情報預報的預見期。為營口的防汛工作提供了更加準確、及時、可靠的決策依據，為防洪指揮決策與調度贏得了寶貴時間。系統的研發建設將對今后的防汛抗旱、水資源管理開發利用等工作產生積極而深遠的影響。

[1]申黎明，郭鑫，董體英，許路林，張君黎.MSP430微控制器在水文遙測系統中的應用[J].人民黃河，2009（2）.

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