雨量站改造設計方案比選

白振華

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 水雨情自動測報系統(tǒng)介紹

水雨情自動測報是為適應江河、水庫、水電站、城鎮(zhèn)等防洪調度的需要，逐步實現(xiàn)其現(xiàn)代化管理目標，采用現(xiàn)代化科技對水文信息進行實時采集、存儲、傳輸、處理及預報的自動化技術，是有效解決江河流域及水庫洪水預報、防洪調度及水資源綜合利用的先進手段。

水雨情自動測報系統(tǒng)明確要求，將水文數(shù)據(jù)在站存儲和自動傳輸列為系統(tǒng)建設的必備內容?！端淖詣訙y報系統(tǒng)技術規(guī)范》規(guī)定固態(tài)存儲器主要用于按時序記錄所連接傳感器采集的參數(shù)值，再通過不同途徑讀出所存儲的數(shù)據(jù)，供資料整編使用。遙測終端機用于完成被測參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示和傳輸控制，并通過通信設備與信道完成數(shù)據(jù)傳輸。按照規(guī)定，固態(tài)存儲器和遙測終端機用于自動測報系統(tǒng)有以下三種應用方式：第一種是雨量傳感器分別連接固態(tài)存儲器存儲數(shù)據(jù)和遙測終端機發(fā)報；第二種是雨量傳感器連接固態(tài)存儲器存儲數(shù)據(jù)后再連接到遙測終端機發(fā)報；第三種是雨量傳感器連接帶有存儲功能的遙測終端機存儲數(shù)據(jù)和發(fā)報。

近年來，隨著水文信息化的不斷發(fā)展，逐步引入了遙測終端機與固態(tài)存儲相結合的技術，通過技術整合向第三種連接方式轉變。國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程、山洪災害預警工程等水情自動測報項目都采用了第三種應用方式，即遙測和存儲一體化的設計結構，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、長期自記、固態(tài)存儲和數(shù)字化自動傳輸，提高觀測精度和時效性，對沒有自動采集的信息通過人工置數(shù)裝置進行遠程傳輸，系統(tǒng)應滿足20 min內完成一次全系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)收集、處理和轉發(fā)的要求。

2 雨量站現(xiàn)狀

目前，我國仍有眾多早期建設的雨量站處在人工或半自動化運行狀態(tài)，雨量采集普遍使用只有采集、存儲、顯示功能的固態(tài)存儲設備，在信息傳輸上缺少采集點向各中心傳輸?shù)氖侄?，讀取數(shù)據(jù)需要耗費大量的人力、物力，而且資料的時效性也較差，不能發(fā)送人工置數(shù)，不能很好地滿足水文資料收集、洪水預報、防洪指揮決策等工作的需要，嚴重阻礙了水文事業(yè)的發(fā)展和水文服務水平的提升。隨著社會的發(fā)展，對水文信息采集精度和信息傳輸?shù)臅r效性要求越來越高，為適應新時期水文發(fā)展的需要，傳統(tǒng)的水文測驗設施和設備開始向自動化方向發(fā)展。

3 系統(tǒng)總體設計

水雨情自動測報系統(tǒng)主體由信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機網絡系統(tǒng)和綜合軟件系統(tǒng)組成，由兩級或兩級以上網絡結構構成。系統(tǒng)建成后，可改善全省轄區(qū)內水文數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理，縮短水文數(shù)據(jù)的匯集和預報調度作業(yè)所需時間，增強數(shù)據(jù)采集和處理的可靠性，增加系統(tǒng)洪水預警預報的時效性。

隨著水文信息化的日益發(fā)展，逐步把早期建設的雨量站改造成滿足水雨情自動測報系統(tǒng)的雨量站。改造和新建雨量站后實現(xiàn)雨量、水位（可擴展）信息的自動采集、固態(tài)存儲、數(shù)字化自動傳輸至站房，對其他沒有自動采集的水文信息，利用標準水情編碼通過人工采集并置數(shù)進行數(shù)字化自動傳輸，各中心系統(tǒng)通過建設報汛通信接收系統(tǒng)，利用GSM/GPRS通訊信道完成本中心內的水情數(shù)據(jù)采集、規(guī)范化處理、存儲、轉發(fā)，實現(xiàn)所有報汛站信息在20 min內準確傳到各水情中心，30 min內傳至國家防辦；建設實時雨水情數(shù)據(jù)庫，進行水情信息查詢服務，建立遙測信息庫，保存遙測站的落地信息；開發(fā)各種專用軟件管理、傳輸各類信息，滿足水文資料整編、決策要求及遠程管理測站。

4 改造方案比選

早期建設的雨量站采用固態(tài)存儲器進行數(shù)據(jù)采集、存儲和顯示，存在缺少通訊機制、時效性差、設備老化、存儲量小、讀取數(shù)據(jù)不方便等問題，不能滿足現(xiàn)行需要，設備更新?lián)Q代勢在必行。針對這部分雨量站的改造，根據(jù)《水文自動測報系統(tǒng)》規(guī)定以及改造投資費用決定共有兩種方案進行比選。

方案一：改造為本地固態(tài)存儲設備與遙測終端設備。對已建雨量站的固態(tài)存儲器設備改造主要是在數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示的基礎上增加數(shù)據(jù)發(fā)送、管理等工作機制以及配置通訊模塊實現(xiàn)雨量信息的自動采集、固態(tài)存儲、數(shù)字化自動傳輸?？紤]到投資限制，仍采用測站原有的固態(tài)存儲器、翻斗式雨量計和供電設備，擴充電池容量，新購置遙測終端模塊、通訊模塊。按照固態(tài)存儲器和遙測終端機用于自動測報系統(tǒng)的第一、二種進行應用。

優(yōu)點：該方案暫時實現(xiàn)了水雨情數(shù)據(jù)的本地存儲和遠程傳輸，無需重新配置固態(tài)存儲設備，節(jié)省了改造費用。缺點：固態(tài)存儲器設備老化、存儲容量較小，需考慮改造費用，且固態(tài)存儲器功能單一，硬件設計上與增加的設備之間兼容性差會導致功耗增加、運行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

方案二：改造為帶固態(tài)存儲功能的遙測終端設備。按照固態(tài)存儲器和遙測終端機用于自動測報系統(tǒng)的第三種進行應用，改造為帶固態(tài)存儲功能的遙測終端設備實現(xiàn)雨量信息的自動采集、人工置數(shù)、固態(tài)存儲、數(shù)字化自動傳輸?？紤]到投資限制，只采用測站原有的翻斗式雨量計和供電設備，擴充電池容量，新購置帶固態(tài)存儲功能的遙測終端機、通訊模塊。

優(yōu)點：該方案采用遙測、存儲于一體的設計，工業(yè)級高、可靠性高、芯片功耗低，SMT生產工藝和模塊化設計有利于運行穩(wěn)定；大容量存儲；支持現(xiàn)場或遠程設置功能；支持遠程診斷及遠程數(shù)據(jù)下載；具有測試選擇開關；可擴展水位、流量數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲和自動傳輸功能。缺點：只能實現(xiàn)簡單的時段雨量或者累計雨量查詢；需一次性投入帶固態(tài)存儲功能的遙測終端機改造費用。

5 結語

在改造投資方面，短期來看，方案一改造投資少于方案二，從長期看，方案一仍需要再次改造，投資多于方案二；在系統(tǒng)運行穩(wěn)定性方面，方案二穩(wěn)定性優(yōu)于方案一，且設計方案經濟合理，符合相關國家標準和行業(yè)標準的要求，推薦使用方案二，即改造為帶固態(tài)存儲功能的遙測終端設備。