ACS型水文自動測驗平臺在黃河中游測區的應用

賈俊亮 賀俊華

摘要：ACS型水文自動測驗平臺自動測流系統是一種水上高空運載水文儀器進行遙控水文測驗的新型設備。利用該系統可以實現水文測站高空水上作業的無人自動操作，極大地減輕一線水文職工的工作強度，降低工作危險程度，提高工作效率。

關鍵詞：水文自動測驗平臺;自動測流;水文測驗;應用

黃委中游水文水資源局管轄37處水文站，擔負著黃河中游頭道拐至龍門區間干支流水文測報任務。測區地處黃土高原，屬溫帶大陸性季風氣候，降水量少，暴雨強度大。測區洪水大且頻次高，是黃河大洪水三大來源區之一。吳堡站實測最大洪峰流量為24000m3/s，是黃河流域歷年實測最大洪水。區間支流大多數水文站洪水過程陡漲陡落，山區性河流特性明顯。

自動測驗平臺是完成日常水文測驗工作的主要測流設備，常規的吊箱需要上人作業，測流時作業人員在運行的吊箱上將流速儀通過懸桿放入河流中進行施測流速，測深桿打入水中施測水深，橫式采樣器采集沙樣，而由于測區位于黃土高原丘陵溝壑區，洪水暴漲暴落，浪高流急，漂浮物較多，流速儀、測深桿經常被纏繞導致吊箱隨之大幅擺動，尤其洪水經常發生在夜間，對測流人員人身安全極其不利。

ASC型水文自動測驗平臺自動測流系統可以實現在室內遠程控制平臺完成自動化測速、測深等測控操作，可極大地減輕水文工作者的工作強度，降低工作危險，提高了水文測驗的科技含量和時效性。

1 系統概述

ACS型水文自動測驗平臺自動測流系統，是黃委中游水文水資源局研制的一種水上高空運載水文儀器進行遙控水文測驗的設備。

水文自動測驗平臺自動測流系統由水平運行、垂直升降、電動懸桿、無線數據傳輸、無線監控、流量演算等部分組成。電動懸桿可安裝旋槳流速儀和超聲波測深儀進行流速和水深的測量，也可以通過平臺上安裝的微波流速儀進行非接觸式流速測量。

該系統既可以實現在室內遠程控制自動測驗平臺進行自動測速、測深等操作，也可以由操作者在吊箱上完成測速、測深、取沙等工作;并且各種操作方式的優點兼顧，既可以實現傳統的按鈕、旋鈕操作，也可以實現觸屏式操作。

2 系統組成

2.1 水平運行

自動測驗平臺的水平運行采用5.5KW水文絞車，由室內操作臺進行控制，變頻調速。起點距測控主要由PLC、編碼器及其它附件組成，可精確計算自動測驗平臺運行起點距。

2.2 垂直升降

自動測驗平臺垂直升降采用其底部自帶的直流電機驅動，蝸輪蝸桿傳動，低壓輸電供電（在特殊情況下可以暫時使用自帶蓄電池供電）。能在操作室通過室內操作臺遙控控制，也可在吊箱上獨立控制。

自動測驗平臺設多重保護裝置。在自動測驗平臺底部安裝超聲波測距探頭，可隨時測量自動測驗平臺至水面距離，達到設置距離時平臺停止下降;在平臺懸吊索頂部安裝限位裝置，平臺上升至限定位置時停止運行。緊急情況下可采用手搖升降。

2.3 電動懸桿

由直流減速電機驅動，可搭載超聲波測深儀和旋槳流速儀，在操作臺和平臺均可控制，能對測點水深進行精確定位。

2.4 無線數據傳輸

可將微波流速儀、旋漿流速儀和測深儀采集的信號傳輸至室內控制臺。

2.5 無線監控

自動測驗平臺上安裝有無線監控攝像頭，可對上游來水及平臺運行情況進行監視。

2.6 流量演算

將采集的測量數據進行演算，輸出成果。

3 控制系統結構

ACS型水文自動測驗平臺自動測流系統從功能上可分為：總控演算系統;起點距測控系統;自動測驗平臺及懸桿升降控制系統;吊箱數據采集系統;無線數據傳輸系統;遠程視頻監控系統。從結構上可分為自動測驗平臺控制系統和室內控制系統。室外平臺和操作室之間通過無線數傳電臺和無線網橋通訊聯接，互為備份。

3.1 自動測驗平臺控制系統

自動測驗平臺控制系統位于平臺左上角部位的操作面板上，包括“觸摸屏”和“手動控制按鈕”。該控制系統既可以實現平臺的水平運行、垂直升降、定位以及懸桿的上升下降等遠程控制及傳統開關按鈕操作;也可以控制整個測流活動的運行，數據查看和設定等。

3.2 室內控制系統

室內控制系統可以控制平臺水平運行和升降、懸桿升降等，可以選擇工頻和變頻兩種控制方式，在變頻條件下可以使用“速度調節旋鈕”調節速度大小。可選擇自動和手動運行方式，選擇“自動”時，使用自動測控軟件來控制平臺的運行和測流等。

4 系統軟件

4.1 測流軟件

自動測流軟件功能豐富，界面簡潔，操作簡單，自動化程度高，既能對平臺的水平運行、垂直升降、懸桿上升下降等進行精準定位，也可以通過旋漿流速儀或微波流速儀實現對水面和不同水深的水流速度的精確測量，并自動記錄、分析測量數據和各水文參數，例如天氣，測量開始、結束時間，測量人員，儀器使用等多種信息。

同時在測流過程中可以實時更改水流參數，使整個測流過程更加精確，更加合理。在測流方式的選擇上，既可以選擇自由測流以測量任意位置的水流速度，也可以通過讀入斷面數據，自動確定測量垂線，系統即可自動完成連續測流工作。操作界面上動畫顯示設備狀態，操作人員可以清楚地看到系統的運行狀態和測流狀態。系統也可以根據不同測站的實際情況來設置各種原始參數，便于操作人員的使用。

4.2 演算軟件

完成流量測驗數據編輯、計算流量測驗記載計算表（流速儀）、生成實測流量成果表、繪制斷面水深/流速橫向分布圖及套繪圖。

可以有效正確實現有關表格編輯、計算、繪圖并存儲數據及成果文件。計算過程及成果圖表格式、精度指標符合水文測驗規范標準。

5 系統運行情況

ACS-Ⅰ型水文自動測驗平臺自動測流系統于2011年5月研制成功， 2011年6月15日至2012年12月5日在萬家寨水文站進行試運行，其間共測流338次，測輸沙率36次，取單沙402次，實測最大流量3730m3/s、最大流速4.77m/s、最大水深6.40m，測驗成果全部符合規范，并通過了中游水文局驗收。2013年在黃河萬家寨、河曲水文站正式投入使用，目前使用情況良好。

目前新一代的水文自動測驗平臺自動測流系統，ACS-Ⅱ型水文自動自動測驗平臺在黃河吳堡水文站安裝調試完畢，主要對電動懸桿升降控制、無線信號和數據傳輸方式、供電電纜收放機構等進行了升級改造。

（作者單位：黃河水利委員會中游水文水資源局）