營口市水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)研發(fā)建設(shè)

□ 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(qū)距沈陽市166km，距大連市204km，距鞍山市84km，距盤錦市70km。地理坐標(biāo)處于東經(jīng)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(fēng)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(yōu)越。春季溫和、夏無酷暑、秋季涼爽、冬季較長但無嚴(yán)寒。春季（3-5月），多大風(fēng)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(nèi)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(qū)劃分為大遼河、大清河至大遼河、大清河、復(fù)州河至大清河、碧流河五個(gè)四級區(qū)。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(gè)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(xiàn)有大型水庫1座（石門）、中型水庫3座（玉石、三道嶺、周家）、?、裥退畮?2座、?、蛐退畮?3座。總庫容為2.64億m3，興利庫容1.93億m3，現(xiàn)狀供水能力0.96億m3。

2 水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的研發(fā)建設(shè)

2.1 終端RTU建設(shè)及實(shí)現(xiàn)功能

建設(shè)前期，按照合理布局均衡控制原則，進(jìn)行踏勘選；地圖標(biāo)注；GPS定位；洪水調(diào)查；村鎮(zhèn)調(diào)查；設(shè)點(diǎn)篩查；規(guī)劃報(bào)告等工作。分三期進(jìn)行安裝調(diào)試，共建設(shè)水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)終端遙測站74個(gè)，其中雨量遙測站67個(gè)，水位遙測站5個(gè)，水文（水位、雨量）遙測站2個(gè)。具體分布:大石橋市25個(gè)；蓋州市40個(gè)；鲅魚圈區(qū)5個(gè)；老邊區(qū)4個(gè)。

終端RTU建設(shè)主要有主板芯片、發(fā)射模塊、變壓器、天線、GPRS/GSM、基站基礎(chǔ)、雨量器、電池等組成。實(shí)現(xiàn)的功能有:各遙測站均配有自報(bào)和應(yīng)答功能，當(dāng)時(shí)間或水情達(dá)到設(shè)定值時(shí)或中心站進(jìn)行招測時(shí)，可自動(dòng)將水文信息送至市水情中心站；通過傳感器和RTU，自動(dòng)采集參數(shù)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定時(shí)間間隔或變化量時(shí)自動(dòng)發(fā)送信息給中心站；按照段次發(fā)送定時(shí)自報(bào)數(shù)據(jù)，并說明設(shè)備工作狀況；具有定時(shí)掉電功能；具有在站數(shù)據(jù)存儲功能，保證數(shù)據(jù)不丟失，便于數(shù)據(jù)整編，實(shí)現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的現(xiàn)場下載；具有通訊路由自動(dòng)選擇功能；通訊信道偵聽功能，當(dāng)信道忙時(shí)，自動(dòng)延時(shí)發(fā)送；具有向備用信道自動(dòng)切換功能；具有時(shí)鐘同步功能；具有現(xiàn)場設(shè)置站號功能；響應(yīng)分中心召測命令發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)，并報(bào)告本站電池電壓；具有現(xiàn)場設(shè)置站號功能；具有時(shí)鐘同步功能，見圖1。

圖1 遙測站設(shè)備組成結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 信息傳輸

從遙測終端到分中心，采用移動(dòng)GPRS和GSM兩種傳輸方式向分中心傳輸數(shù)據(jù)，其中GPRS為主要傳輸方式，當(dāng)遙測終端有信息需要傳輸時(shí)，遙測終端的RTU自動(dòng)啟動(dòng)自身的GPRS/GSM模塊登陸中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，接入點(diǎn)采用遙測系統(tǒng)從中國移動(dòng)通訊申請的專用的接入點(diǎn)接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)接入成功后，數(shù)據(jù)通過中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)通過移動(dòng)的路由到水文局路由之間的專線傳輸進(jìn)分中心接收數(shù)據(jù)的服務(wù)器；如果測站不能正常登陸移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)（6min內(nèi)），則GPRS/GSM模塊自動(dòng)切換到GSM模塊，將水情信息發(fā)送出去，分中心通過服務(wù)器上連接的短信接收模塊接收測站發(fā)過來的短信。

系統(tǒng)傳輸模式選用中國移動(dòng)通信的GPRS網(wǎng)絡(luò)及GSM網(wǎng)，采用固定IP兩路接入主備方式。主IP設(shè)在市水情中心，輔IP設(shè)在省中心。為防止IP業(yè)務(wù)在通信過程中出現(xiàn)故障，遙測站同時(shí)具有以短信息作為備用的傳輸方式向市水情中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)GPRS信道無法傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，則系統(tǒng)自動(dòng)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(shù)據(jù)接收計(jì)算機(jī)。通信組網(wǎng)及設(shè)備配置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 接收處理

水情中心配置接收服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫處理服務(wù)器，不間斷電源UPS，辦公處理軟件計(jì)算機(jī)，安裝接收軟件及數(shù)據(jù)庫軟件、申請移動(dòng)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(shè)備。

圖2 通信組網(wǎng)及設(shè)備配置結(jié)構(gòu)圖

為實(shí)現(xiàn)遙測站自動(dòng)采集、傳輸、控制等功能，保證系統(tǒng)可靠、有效地運(yùn)行，并充分發(fā)揮其作用，將利用自動(dòng)測報(bào)、現(xiàn)代通信和遠(yuǎn)地編程等關(guān)鍵技術(shù)，以控制終端（RTU）為核心，實(shí)現(xiàn)水情數(shù)據(jù)測、報(bào)、控一體化。數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿橹行暮?，主要?shí)現(xiàn)功能:

中心將接收到的數(shù)據(jù)按照設(shè)定的格式保存到文件或數(shù)據(jù)庫中；針對不同的數(shù)據(jù)源分類進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)寫入原始數(shù)據(jù)庫中；如果是時(shí)段數(shù)據(jù)，對原始庫進(jìn)行再加工，將原始水位、雨量轉(zhuǎn)化成時(shí)段數(shù)據(jù)，分類寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；信息編碼按照水情信息編碼規(guī)范，編制報(bào)文，編碼采用自動(dòng)和人工方式相結(jié)合，編制的報(bào)文寫入轉(zhuǎn)發(fā)文件。

2.4 水情信息應(yīng)用

水情信息綜合服務(wù)系統(tǒng)是為營口市防汛抗旱而開發(fā)研制的，適合防汛抗旱日常工作使用。系統(tǒng)由信息處理、信息應(yīng)用、監(jiān)視預(yù)警、水文預(yù)報(bào)、短信應(yīng)用、綜合管理等六個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。具有水情報(bào)文接收、水情報(bào)文處理、水情信息查詢應(yīng)用、水情預(yù)報(bào)、監(jiān)視預(yù)警、水情短信息應(yīng)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(tǒng)主要有以下功能:

采集數(shù)據(jù)的處理:針對不同的數(shù)據(jù)源分類進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)寫入原始數(shù)據(jù)庫中。

時(shí)段數(shù)據(jù)生成入庫:對原始庫進(jìn)行再加工，將原始水位、雨量轉(zhuǎn)化成時(shí)段數(shù)據(jù)，分類寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

信息編碼:按照水情信息編碼規(guī)范，編制報(bào)文。編碼采用自動(dòng)和人工方式相結(jié)合，編制的報(bào)文寫入轉(zhuǎn)發(fā)文件，等待轉(zhuǎn)發(fā)。

報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā):按照報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)和電話撥號方式將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到其它水情信息中心。

報(bào)文接收:通過通信系統(tǒng)接收其它水情信息中心的報(bào)文。

報(bào)文解碼入庫:將從其它水情信息中心接收的數(shù)據(jù)解碼、譯電、寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

2.4.2 信息應(yīng)用

信息應(yīng)用子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:

雨量站點(diǎn)、水文站點(diǎn)、水庫站點(diǎn)、墑情站點(diǎn)、地下水站點(diǎn)的分布圖查詢顯示及一覽表制作；常用氣象信息網(wǎng)站網(wǎng)頁瀏覽；日常水情報(bào)表制作；最新水情報(bào)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(jì)算；水庫站水文要素過程線繪制與洪量計(jì)算；降雨量月報(bào)表制作；降雨量統(tǒng)計(jì)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)查詢；歷史數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)查詢；系統(tǒng)配置；值班數(shù)據(jù)庫表維護(hù)；雨量填圖配置；雨量打印配置；雨量等值面站點(diǎn)配置等22項(xiàng)功能。基本解決了水情日常工作內(nèi)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(yù)報(bào)

預(yù)報(bào)系統(tǒng)是基于自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上開發(fā)的水情預(yù)報(bào)自動(dòng)分析軟件。利用河道監(jiān)測站歷年洪水資料，分析、濾定模型，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)測、處理、預(yù)報(bào)一體化。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括:完成營口市三個(gè)預(yù)報(bào)站預(yù)報(bào)方案的程序計(jì)算。并且，預(yù)報(bào)方案信息、預(yù)報(bào)過程和預(yù)報(bào)結(jié)果以圖形和文字的形式展示和保存。實(shí)現(xiàn)程序預(yù)報(bào)過程中預(yù)報(bào)因子的人為校正功能。具有獨(dú)立Pa（W0）實(shí)時(shí)計(jì)算功能。具有預(yù)報(bào)過程與實(shí)際洪水過程圖形對照和誤差統(tǒng)計(jì)以及Pa（W0）、實(shí)時(shí)降雨量修正等模擬預(yù)報(bào)功能。具有在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)報(bào)類型及預(yù)報(bào)方法內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)站數(shù)的無限擴(kuò)充功能。

3 結(jié)論

營口市防汛抗旱水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)分三個(gè)階段。一期2006年建設(shè)10個(gè)、二期2009年建設(shè)12個(gè)、三期2012年建設(shè)52個(gè)，共計(jì)建設(shè)74個(gè)自動(dòng)報(bào)汛站，總投入600多萬元。自2006年6月1日開始正式啟動(dòng)，順利運(yùn)行至今，系統(tǒng)總體運(yùn)行情況良好。

水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的研發(fā)建設(shè)，徹底改變了傳統(tǒng)水文情報(bào)處理模式，減輕了水情工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地縮短了水文情報(bào)的傳輸時(shí)間，有效地提高了水文情報(bào)的收集、處理效率，信息準(zhǔn)確性得到保證，增長了洪水情報(bào)預(yù)報(bào)的預(yù)見期。為營口的防汛工作提供了更加準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠的決策依據(jù)，為防洪指揮決策與調(diào)度贏得了寶貴時(shí)間。系統(tǒng)的研發(fā)建設(shè)將對今后的防汛抗旱、水資源管理開發(fā)利用等工作產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

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