智能測控技術(shù)在水文監(jiān)測中的應(yīng)用

胡程港

[摘 要] 近些年，我國水文監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)展迅速，智能測控技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)水文監(jiān)測都是通過人工、設(shè)備進行，不僅效率慢、誤差大，而且難以保證實時性測控。智能測控技術(shù)體系含有智能傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、智能處理器，可以實現(xiàn)水文數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，并且減少人工勞力投入。本文首先概述智能測控技術(shù)的含義與應(yīng)用必要性，然后總結(jié)智能測控技術(shù)在水文監(jiān)測中的應(yīng)用方法。

[關(guān)鍵詞] 水文監(jiān)測;智能測控技術(shù);應(yīng)用

[中圖分類號] P332 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）03-118-2

隨著我國水利水電工程項目不斷增多，加之近些年極端氣候頻繁出現(xiàn)，流量調(diào)節(jié)變化較大，提高了水文測驗難度，僅憑借傳統(tǒng)人工測驗方法已經(jīng)無法滿足要求，這就需要有更加智能的方案作為支撐。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化技術(shù)在水文監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛，可以更加有效地檢測水文活動，幫助工作人員更好地掌握流域內(nèi)河道水體變化規(guī)律，通過獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息來掌握該段水文特點。如今的智能測控技術(shù)已成為水文監(jiān)測中不可或缺的一部分，如何充分發(fā)揮智能測控技術(shù)的效用是需要重點考慮的問題。

1 智能測控技術(shù)概述

智能測控技術(shù)是指利用計算機、網(wǎng)絡(luò)、無線通信、GPS測量等技術(shù)作為輔助，全面對流域情況進行試驗檢測，對某個階段、某個特定時間流域水文資源進行全面收集，精準(zhǔn)掌握整個流域的水文狀況。

智能測控具有手動測驗、自動測驗2種工作形式。其中，手動測控以人工的方式遠程掌控，主要是介入或配合自動監(jiān)控工作，解決自動測控難以實施的工作，或者對自動化作業(yè)結(jié)果進行人工分析，實現(xiàn)水文測驗工作數(shù)據(jù)信息的收集、整合。自動測控方法可以精準(zhǔn)收集各方數(shù)據(jù)信息，并對所收集的信息數(shù)據(jù)進行整合。自動測控方法是指利用智能系統(tǒng)、智能設(shè)備（軟硬件），對某個流域水文情況進行監(jiān)察，從而獲取該流域的水文數(shù)據(jù)信息[1]。

智能測控系統(tǒng)主要包含泥沙測定系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、纜道流量測量系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、有線或無線通信系統(tǒng)等，其可以有效測控流域內(nèi)水流速度、泥沙含量等數(shù)據(jù)信息。

2 智能測控技術(shù)應(yīng)用的必要性

應(yīng)用水文測控技術(shù)可以收集某個流域一段時間的水文信息，將水文信息作為水文部門開展水資源規(guī)劃、防洪抗旱等工作的依據(jù)，為后續(xù)開展各項工作奠定基礎(chǔ)。只有保證水文監(jiān)測質(zhì)量、水平，才可以提高水資源利用率、保證用水安全、減少水資源浪費。以往水文監(jiān)測主要是依靠人工勞動力，受到人為因素的影響，無法保證水文監(jiān)控的精度，特別是在新建水利工程數(shù)量不斷增多的情況下，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測和分析工作已經(jīng)無法滿足要求，也難以保證資料完整性、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，從而影響其他工作的正常開展。

而智能測控技術(shù)融入了傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、智能處理器、大數(shù)據(jù)等，傳感器可以直接獲取水文數(shù)據(jù)信息，時刻傳遞精準(zhǔn)的流域內(nèi)河道水體變化規(guī)律，更好地呈現(xiàn)出水文數(shù)據(jù)變化規(guī)律，提高對水文條件現(xiàn)狀的了解程度。利用高性能傳感器可以保證水文監(jiān)測精度，通過有線或無線通信系統(tǒng)傳遞給智能處理器，實現(xiàn)信息不間斷傳遞，使人們?nèi)嬲莆账淖兓闆r。由此可見，全面加強智能測控技術(shù)應(yīng)用有著重要意義[2]。

3 智能測控技術(shù)在水文監(jiān)測中的應(yīng)用方法

智能測控技術(shù)在水文監(jiān)測中的應(yīng)用整體上涉及系統(tǒng)整體框架、軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)整體框架

水文測控系統(tǒng)結(jié)合了現(xiàn)代通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)，可以對水文流域流量、泥沙量進行實時監(jiān)測。整個系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)利用和數(shù)據(jù)存儲，為后續(xù)開展相關(guān)活動奠定信息基礎(chǔ)。應(yīng)用智能測控技術(shù)實現(xiàn)傳感器的精準(zhǔn)定位，采集每個區(qū)域的信息，智能處理器可以處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，結(jié)合大數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)分析水文情況，智能修復(fù)定位傳感器的監(jiān)測誤差，可以在1 s內(nèi)完成幾十個甚至幾百個數(shù)據(jù)集處理工作，短時間內(nèi)計算、分析測量結(jié)果，效率非常高。此外，相比自動化系統(tǒng)，智能化系統(tǒng)最大的差異就是具有自主調(diào)節(jié)功能，也就是針對隨機因素、不確定結(jié)果進行智能化測算，從而提供更加真實、更加貼近實際的數(shù)據(jù)信息。考慮到水文環(huán)境十分復(fù)雜，所以在特殊條件下為了保證數(shù)據(jù)精度，還要憑借手動模式或者專家系統(tǒng)輔助測算，從而實現(xiàn)智能測控技術(shù)的應(yīng)用價值。

3.2 軟件系統(tǒng)

在智能測控軟件系統(tǒng)中，為了能充分發(fā)揮智能測控技術(shù)的效用，要對報表、硬件控制程序進行編制、設(shè)計，從而實現(xiàn)水文數(shù)據(jù)收集、整合、分析、存儲等功能，保證硬件設(shè)備可以正常運行，并規(guī)范硬件設(shè)施的運行參數(shù)，這樣才能確保水文監(jiān)測工作順利開展。

3.2.1 報表程序編制。結(jié)合水文監(jiān)測行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求及被監(jiān)測流域現(xiàn)狀，報表程序編制要確保可控性、數(shù)據(jù)精度、可操作性，適用于整個水文監(jiān)測系統(tǒng)。將傳感器采集的數(shù)據(jù)信息進行整合、應(yīng)用、存儲、應(yīng)用，繪制流域的流速、水深橫向分布圖，同時還需將各項測驗工作計算、成果報表等編制到程序體系中。

3.2.2 硬件控制程序編制。智能化硬件控制程序編制難度較大，可以借助VB程序軟件輔助編制硬件控制程序，輸入被監(jiān)測流域的具體數(shù)據(jù)信息，調(diào)整人機交互界面，以可視化形態(tài)展示信息數(shù)據(jù)、圖標(biāo)等，提高用戶操作便捷性和準(zhǔn)確性。整個系統(tǒng)中包括硬件運行參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)功能設(shè)定，同時具備各項參數(shù)、功能點調(diào)整功能，通過動態(tài)監(jiān)測水域情況、實時分析數(shù)據(jù)變化等，從而滿足水文監(jiān)測工作需求。同時，智能化測控程序應(yīng)用應(yīng)盡可能減少人工勞動力的投入，也就是實現(xiàn)全程自動化監(jiān)控，保證操作步驟足夠精簡、迅速[3]。

3.2.3 軟件架構(gòu)設(shè)計。軟件系統(tǒng)設(shè)計是基于Windows多任務(wù)、多線程操作系統(tǒng)構(gòu)成的用戶圖形軟件。整個系統(tǒng)采用了C/S（客戶/服務(wù)器架構(gòu)）和B/S（瀏覽器/服務(wù)器）的架構(gòu)混合模式。現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)采用基于Windows數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的SQLserver 2018進行管理、維護，可以有效滿足礦井對水文數(shù)據(jù)實時監(jiān)測的相關(guān)功能，同時具備遠程發(fā)布、網(wǎng)頁訪問等功能。此外，智能測控軟件系統(tǒng)配合使用GIS技術(shù)，可以實現(xiàn)綜合處理和空間數(shù)據(jù)分析，可以構(gòu)建水文地質(zhì)領(lǐng)域分析模型，提高水文監(jiān)測工作效率。

3.3 硬件系統(tǒng)

智能測控系統(tǒng)硬件設(shè)計主要劃分為岸上、水下兩個硬件系統(tǒng)，既要保障兩個系統(tǒng)的獨立性，也要確保兩個系統(tǒng)之間的聯(lián)動性，這樣才能更加全面地掌握流域水文特征。

3.3.1 岸上硬件設(shè)計。岸上設(shè)備以通信、信息處理等設(shè)備為主，包括電動力設(shè)備、計算機測控設(shè)備、通信模塊、信息轉(zhuǎn)換模塊和接收解碼模塊等，各個部分為智能處理器提供信號，從而保證水文檢測（流速、泥沙含量等）信息的精準(zhǔn)性，為后續(xù)信息處理奠定基礎(chǔ)。同時，智能化硬件具備自動解決故障功能，可以自動調(diào)節(jié)故障參數(shù)（包括死機自送保存和重啟、通信中斷自動重連、傳輸錯誤自動校正等），如果無法調(diào)節(jié)會向控制中心發(fā)送警報信息，保證數(shù)據(jù)安全。同時，針對系統(tǒng)不同功能模塊設(shè)計，采用可拓展接口設(shè)備，可以通過接口連接實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的自動化升級，設(shè)置防雷接地系統(tǒng)有效應(yīng)對雷電、磁場干擾等問題，保證硬件設(shè)施運行的安全性、穩(wěn)定性[4]。此外，岸上硬件系統(tǒng)還需要具備系統(tǒng)程序的自動優(yōu)化、升級等功能，從而滿足水文測驗人員多樣化測驗需求，確保智能測控工作順利開展。

3.3.2 水下硬件設(shè)計。水下硬件系統(tǒng)設(shè)計難度較大，并且對硬件設(shè)備的防水性、適應(yīng)性要求很高。水下智能設(shè)備主要是各類傳感器，負責(zé)信號收集、轉(zhuǎn)化、傳遞工作，可以避免數(shù)據(jù)信號在傳遞中出現(xiàn)時序混亂情況。同時，水下設(shè)備中的單片機借助硬件控制程序軟件，確保信號傳遞的獨立性，避免信號之間產(chǎn)生干擾問題。另外，還要在水下設(shè)置短波通信、高頻發(fā)射電路等設(shè)施，短波通信技術(shù)主要負責(zé)信息傳遞，高頻發(fā)射電路負責(zé)獲取經(jīng)過單片機編碼處理的各項數(shù)據(jù)傳遞，保證數(shù)據(jù)傳遞的完整性、安全性，配合岸上設(shè)備完成水下狀況監(jiān)測。

4 結(jié)語

在水文監(jiān)測中應(yīng)用智能測控系統(tǒng)可以有效緩解傳統(tǒng)人工測控的弊端，保證水文測控精度、實時性。這就需要相關(guān)人員認識到水文監(jiān)控技術(shù)的作用，在確定智能測控框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合岸上、水下硬件體系，編制設(shè)計軟件控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)智能硬件的智能化操控，減少人工勞力投入量，從而充分發(fā)揮智能測控技術(shù)的積極作用。

參考文獻

[1]杜忠國.水文監(jiān)測中智能測控技術(shù)的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（5）：182-183.

[2]孫婕，蔣公社，董進東.水文監(jiān)測中智能測控技術(shù)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018（35）：111-112.

[3]曹月明，齊萬明.水文測驗中智能測控技術(shù)的應(yīng)用研究[J].農(nóng)民致富之友，2017（17）：51-52.

[4]孫立君.現(xiàn)代化水文測驗中對智能測控技術(shù)的要求[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（23）：238-289.