北斗衛(wèi)星在渭河水資源監(jiān)測中的應(yīng)用

◎汪雅梅 馬雪妍

1 北斗衛(wèi)星在水利系統(tǒng)的應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制開發(fā)的衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS）,和美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALILEO組成了全球衛(wèi)星定位體系，是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)認(rèn)定的供應(yīng)商。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向用戶提供高質(zhì)量的定位、通信和授時(shí)服務(wù)，并具有短報(bào)文通信功能，目前，已經(jīng)在個(gè)人位置服務(wù)、氣象、交通、海運(yùn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。由于水利工作主要在野外山區(qū)，位置偏僻，信號(hào)差，因此選用北斗星衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為水利信息傳輸通道應(yīng)用前景廣闊。在2003年，陜西省陜南防汛雨量監(jiān)測速報(bào)系統(tǒng)中首次采用“北斗”定位衛(wèi)星一發(fā)多收傳輸雨情信息，實(shí)現(xiàn)了雨情的快速采集。在水利領(lǐng)域信息化建設(shè)過程中，無論是水庫壩體、河道、邊坡的精確形變監(jiān)測，還是水位、水量、人員和車輛的監(jiān)測和調(diào)度指揮，各信息系統(tǒng)的精密授時(shí)，以及無人區(qū)的數(shù)據(jù)通信，都可以用到北斗技術(shù)。

2 渭河水資源監(jiān)測的現(xiàn)狀

當(dāng)前，渭河流域仍然面臨著供需矛盾突出、用水計(jì)劃管理不到位、量水設(shè)施不完善、水文監(jiān)測站網(wǎng)不健全、基礎(chǔ)研究薄弱、調(diào)度手段落后等許多亟待解決的問題?，F(xiàn)行的水文測驗(yàn)設(shè)施和測驗(yàn)規(guī)范不適應(yīng)枯水期水文測驗(yàn)，低水位測驗(yàn)精度、頻次、時(shí)效性等不能滿足水量調(diào)度要求，特別是針對(duì)主要取水口、外流域調(diào)水工程、各行政區(qū)域斷面的監(jiān)測站點(diǎn)幾乎沒有，并且有些站點(diǎn)設(shè)備老化，測驗(yàn)故障率高，同時(shí)，由于通信網(wǎng)絡(luò)、管理體制、部門利益等各方面原因，水量調(diào)度涉及的各相關(guān)單位自成一體，資源不能共享，信息孤島大量存在，不能滿足業(yè)務(wù)單位對(duì)數(shù)據(jù)采集的需要。為解決上述問題，推進(jìn)渭河水資源管理工作深入開展，促進(jìn)流域水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，支持和諧社會(huì)建設(shè)，利用北斗衛(wèi)星快捷、可靠、安全的傳輸手段，對(duì)現(xiàn)有的水文水資源監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行改造和完善是很有必要的。

3 建設(shè)基于北斗的渭河水資源監(jiān)測系統(tǒng)

充分利用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星高精度定位、短報(bào)文通信、高精度授時(shí)等服務(wù)優(yōu)勢，整合渭河流域現(xiàn)有信息化資源，圍繞水資源監(jiān)測和日常管理，建設(shè)以水資源日常業(yè)務(wù)為重點(diǎn)，兼顧渭河日常管理過程中涉及到的各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，支撐渭河流域工作業(yè)務(wù)和決策支持環(huán)境，動(dòng)態(tài)及時(shí)掌握渭河水資源及其開發(fā)利用情況，實(shí)現(xiàn)渭河流域水資源監(jiān)測的數(shù)據(jù)收集、傳輸和處理，建設(shè)無障礙的、縱深覆蓋渭河流域的水資源監(jiān)測系統(tǒng)，包括北斗應(yīng)用支撐平臺(tái)、水資源北斗通信物聯(lián)網(wǎng)、水資源綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)渭河流域的生態(tài)環(huán)境及水資源的保護(hù)具有重要意義。

3.1 北斗應(yīng)用支撐平臺(tái)建設(shè)

主要包括北斗通信運(yùn)營管理平臺(tái)、北斗云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)、水資源大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)三大部分。

北斗通信運(yùn)營管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)終端接入，數(shù)據(jù)接收、分析及清洗，以及上層應(yīng)用指令發(fā)布到終端響應(yīng)的一整套解決方案，以平行計(jì)算、多線程運(yùn)行、消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，滿足數(shù)量龐大的終端設(shè)備接入及未來業(yè)務(wù)量擴(kuò)展的需求。北斗云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施支持和虛擬化支持，為使用著提供基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用服務(wù)，包括虛擬機(jī)的申請(qǐng)、啟動(dòng)、鏈接、停止、暫停、配置變更、擴(kuò)充和減少等，可以隨時(shí)的進(jìn)行調(diào)整和變更，合理地分配虛擬機(jī)資源，有效地進(jìn)行使用。水資源大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，整合渭河流域水資源現(xiàn)有數(shù)據(jù)以及外部接入數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲(chǔ)、清洗、加工、處理、分析，規(guī)范數(shù)據(jù)使用，增強(qiáng)水資源數(shù)據(jù)服務(wù)性能，提高數(shù)據(jù)的使用效率，為渭河水資源管理及決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐保障。

3.2 水資源北斗通信物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

結(jié)合現(xiàn)狀和未來水資源管理的發(fā)展趨勢情況，渭河水資源監(jiān)測需要建設(shè)64處監(jiān)測站點(diǎn)，移動(dòng)采集設(shè)備145臺(tái)。其中包括1座大型水庫大壩變形監(jiān)測點(diǎn)、14座大中型水庫壩前水位監(jiān)測點(diǎn)，8個(gè)水文站水位監(jiān)測點(diǎn)，3個(gè)水文站流量監(jiān)測點(diǎn)，6個(gè)水位站水位監(jiān)測點(diǎn)，25個(gè)雨量監(jiān)測點(diǎn)，7個(gè)取水口流量監(jiān)測點(diǎn)；配置北斗手持終端130臺(tái)，車載終端15臺(tái)。

按照陜西省渭河水資源管理實(shí)際需求，依據(jù)新建和改造監(jiān)測點(diǎn)相結(jié)合的原則，在渭河流域的主要監(jiān)測點(diǎn)，配置先進(jìn)、實(shí)用、符合渭河流域水文特征的雨量、水位、流量等傳感與、自動(dòng)采集終端、北斗短報(bào)文信息傳輸、太陽能供電方式，建設(shè)渭河流域水資源監(jiān)測站、數(shù)據(jù)匯聚中心和分析處理中心，構(gòu)建基于北斗衛(wèi)星通信的水資源物聯(lián)網(wǎng)方案。

3.3 水資源綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

水資源綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)以北斗應(yīng)用支撐平臺(tái)提供的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施資源為基礎(chǔ)，匯聚整合與共享利用新建和已建的各類水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)，以GIS、WEB、門戶等服務(wù)模式向管理者呈現(xiàn)各類水資源信息，為渭河流域水資源管理及治理提供可靠的信息化支撐。主要包括渭河水資源監(jiān)測管理（水資源評(píng)價(jià)、水資源預(yù)報(bào)、水量調(diào)度、突發(fā)事件應(yīng)急管理）、工程安全監(jiān)測管理（水庫大壩形變監(jiān)測、工程維修養(yǎng)護(hù)、堤防安全隱患巡查）、渭河綜合信息服務(wù)（與GIS相結(jié)合的實(shí)時(shí)信息動(dòng)態(tài)顯示與預(yù)警、綜合信息統(tǒng)計(jì)分析、移動(dòng)終端信息查詢服務(wù)、綜合信息門戶）等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

（1）渭河水資源監(jiān)測管理：通過北斗應(yīng)用支撐平臺(tái)，在渭河流域管理局匯聚整合、共享利用新建和已建的各類水資源管理信息資源，基于SOA架構(gòu)和WebGIS平臺(tái)，通過統(tǒng)計(jì)分析水資源數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)渭河流域降水量、水資源量及水質(zhì)、水資源可利用量、水資源開發(fā)利用效果；通過整合分析水資源數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)渭河流域水量、水質(zhì)、需水情況；通過供用水歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀，分析未來發(fā)展的供水能力和用水需求，實(shí)現(xiàn)水量科學(xué)調(diào)度；通過對(duì)應(yīng)急資源和應(yīng)急管理流程的信息化管理，有效應(yīng)對(duì)水污染突發(fā)事件、特大干旱應(yīng)急水源調(diào)度、防洪應(yīng)急管理。

（2）工程安全監(jiān)測管理：利用北斗高精度定位技術(shù)，采用高精度BD2+GPS雙模定位接收機(jī)，分析水庫大壩的形變狀況；通過建立渭河流域水務(wù)工程及其維護(hù)養(yǎng)護(hù)過程的電子檔案，提高對(duì)渭河流域水務(wù)工程的管控效果；通過配置北斗車載和手持終端，對(duì)渭河干流堤防安全隱患巡查過程的定時(shí)定位、巡查軌跡查詢、安全隱患實(shí)時(shí)上報(bào)，提高巡查過程中的管控手段，降低安全事件的發(fā)生。

（3）渭河綜合信息服務(wù)：采用GIS、WEB、門戶、移動(dòng)終端等服務(wù)模式，基于水資源業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，開發(fā)實(shí)時(shí)信息動(dòng)態(tài)監(jiān)測預(yù)警（運(yùn)行狀況監(jiān)視、基本信息查詢顯示、水文信息顯示預(yù)警等）、綜合信息統(tǒng)計(jì)分析（監(jiān)測站點(diǎn)信息統(tǒng)計(jì)、時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)分析、空間分布統(tǒng)計(jì)分析）、移動(dòng)終端信息查詢（工情、水情、水質(zhì)、災(zāi)情等）、綜合信息門戶發(fā)布（內(nèi)外網(wǎng)門戶、政務(wù)公開、新聞信息等）四套應(yīng)用軟件，提供全方位、多角度的水資源監(jiān)測及管理服務(wù)。

4 結(jié)論

以滿足我省水利發(fā)展和民生需求為宗旨，緊密結(jié)合渭河水資源監(jiān)測管理的實(shí)際需求，充分利用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星高精度定位、短報(bào)文通信、高精度授時(shí)等服務(wù)優(yōu)勢，通過基于北斗的水資源監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，在整合利用渭河流域現(xiàn)有信息資源的基礎(chǔ)上，以北斗應(yīng)用支撐平臺(tái)、水資源北斗通信物聯(lián)網(wǎng)、水資源綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)為重點(diǎn)，涵蓋了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)超標(biāo)報(bào)警、應(yīng)急處置、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)等功能，確保渭河流域水資源信息采集、存儲(chǔ)、處理、分析、應(yīng)用的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)掌握渭河流域水資源開發(fā)利用、節(jié)約保護(hù)狀況，為實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度和三條紅線管理、節(jié)水型社會(huì)建設(shè)提供有力支撐，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化調(diào)配與高效利用。對(duì)于保護(hù)渭河流域生態(tài)環(huán)境、水資源可持續(xù)利用、支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。陜西水利