ITMS實(shí)現(xiàn)流速儀法河流流量測(cè)驗(yàn)自動(dòng)化

□張國(guó)慶

ITMS實(shí)現(xiàn)流速儀法河流流量測(cè)驗(yàn)自動(dòng)化

□張國(guó)慶

河流流量測(cè)驗(yàn)與成果管理系統(tǒng)（ITMS）實(shí)現(xiàn)了從流速儀測(cè)流信息來(lái)源性采集到加工處理，自動(dòng)完成斷面測(cè)驗(yàn)和分析計(jì)算、成果整編工作，由便攜式計(jì)算機(jī)支持測(cè)驗(yàn)作業(yè)，把傳統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ教岣叩叫畔⒒臏y(cè)驗(yàn)水平。

流速儀；便攜式計(jì)算機(jī)；COM端口；流量測(cè)驗(yàn)；自動(dòng)化

河流流量測(cè)驗(yàn)是最基本的水文業(yè)務(wù)工作，流速儀測(cè)流一直是水文行業(yè)流量測(cè)驗(yàn)的主要方法，也是率定和衡量其他各種測(cè)流方法精度的標(biāo)準(zhǔn)，一般采用橋測(cè)、船測(cè)或水文纜道測(cè)量，人工記時(shí)、記數(shù)和計(jì)算，手段落后，工作效率低?，F(xiàn)在ADCP測(cè)流方式已廣泛應(yīng)用且已納入行業(yè)規(guī)范，但受水質(zhì)、河床等條件限制，始終不能完全取代流速儀法、浮標(biāo)法等傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方式。河流流量測(cè)驗(yàn)與成果管理系統(tǒng)（ITMS）的日益成熟，實(shí)現(xiàn)來(lái)源性采集信息和擁有一個(gè)成熟可靠的軟件系統(tǒng)來(lái)支持，達(dá)到自動(dòng)化、信息化的最高水平。

1.ITMS簡(jiǎn)介

ITMS是由測(cè)速信號(hào)采集和計(jì)算機(jī)軟件處理共同組成的流量測(cè)驗(yàn)整編系統(tǒng)，是水文測(cè)驗(yàn)整編人員在長(zhǎng)期工作實(shí)踐中基于PowerBuilder工具開發(fā)的集流量、輸沙測(cè)驗(yàn)信息的采集并自動(dòng)計(jì)算、誤差分析、輔助整編等一體的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多年的完善，已經(jīng)成為水文基層人員深深信賴的測(cè)報(bào)工具，特別是斷面流量自動(dòng)測(cè)驗(yàn)分析計(jì)算功能，以其同人工記錄相同的界面和即時(shí)得到測(cè)驗(yàn)結(jié)果的人性化、規(guī)范化，對(duì)流速儀工作原理的理解的全面性、嚴(yán)謹(jǐn)性和作業(yè)中的簡(jiǎn)單性、計(jì)算結(jié)果的正確性，以及程序設(shè)計(jì)了計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，使用便攜式計(jì)算機(jī)取代了停表、記錄紙、計(jì)算器等測(cè)驗(yàn)工具，使測(cè)驗(yàn)水平有了本質(zhì)的提高。

通過(guò)基于單片機(jī)的PC-LL3n型（無(wú)線）測(cè)速信號(hào)裝置、專用鼠標(biāo)信號(hào)器、人工操作這3種采集方式，實(shí)現(xiàn)流量、輸沙率智能分析計(jì)算、測(cè)驗(yàn)不確定度和誤差分析、日平均流量沙量的推求及過(guò)水總量計(jì)算、成果輸出、流速儀自動(dòng)注冊(cè)管理、大斷面更新維護(hù)等工作。

2.端口讀寫與施測(cè)過(guò)程設(shè)計(jì)

2.1 交互界面

對(duì)測(cè)速裝置的測(cè)試、施測(cè)、提示等均在分析計(jì)算界面進(jìn)行，給用戶一個(gè)圖、文、聲、表并茂的開放式操作平臺(tái)，并為野外作業(yè)能有一個(gè)最佳視線，設(shè)計(jì)了多種屏幕顏色可供選擇。

2.2 信號(hào)獲取

PowerBuilder11.0新增的byte數(shù)據(jù)類型為本系統(tǒng)讀取COM端口數(shù)據(jù)提供了技術(shù)支持。測(cè)速信號(hào)裝置接收端接收的各路信號(hào)由單片機(jī)處理后通過(guò)COM端口向計(jì)算機(jī)發(fā)送，這里使用通用軟件轉(zhuǎn)換到USB口，并使用USB的5V電源支持工作。

一是識(shí)別端口。為保證接收端插入計(jì)算機(jī)的任一USB口能夠被有效識(shí)別，在每次工作開始前進(jìn)行測(cè)試。點(diǎn)擊“接儀器信號(hào)”選擇圖框，通過(guò)遍歷windows虛擬的全部COM端口，發(fā)送和接收事先同單片機(jī)約定的口令，直到配對(duì)找到為止，給予成功連接提示并準(zhǔn)備施測(cè)，查找失敗則表明采集發(fā)射端電源未開啟或出現(xiàn)故障。二是數(shù)據(jù)讀取。識(shí)別成功并在接到計(jì)算機(jī)的開始工作指令后，單片機(jī)向端口以0.1s的頻率和波特率9600,N,8,1連續(xù)發(fā)送處理后的數(shù)據(jù)，程序采用Timer事件驅(qū)動(dòng)，以0.055s的頻率和相同波特率讀取，這樣盡管函數(shù)Timer(0.055)的時(shí)間不是很精確，但足以保證不會(huì)丟失端口數(shù)據(jù)，當(dāng)然也必須對(duì)讀到的空值進(jìn)行處理，采取累計(jì)連續(xù)讀空值的時(shí)間，并設(shè)置超過(guò)2s則判斷信號(hào)裝置出現(xiàn)故障。程序控制累加讀到的開始施測(cè)到結(jié)束的有效流速儀信號(hào)作為信號(hào)數(shù)，用于測(cè)點(diǎn)流速計(jì)算。為防止接觸絲式流速儀因老化而造成虛連接致使1個(gè)信號(hào)多次讀取的波動(dòng)，允許用戶在測(cè)速前任意設(shè)置流速儀信號(hào)最短時(shí)間間隔，需要程序?qū)π∮谠摃r(shí)間間隔的相鄰2個(gè)或連續(xù)多個(gè)信號(hào)合并為1個(gè)，從而保證測(cè)速結(jié)果的正確。

2.3 施測(cè)過(guò)程

一是信號(hào)提示。同傳統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)方式使用的音響器一樣，對(duì)讀取的各路信號(hào)使用聲明的windows的API函數(shù)PlaySound實(shí)現(xiàn)多媒體播放形式提示用戶，包括水面、流速儀、河底，以及由此派生的其它提示信息共10個(gè)。二是用戶實(shí)施測(cè)驗(yàn)。選擇第1條測(cè)速垂線（測(cè)點(diǎn)），流速儀置于相應(yīng)測(cè)速位置時(shí)，點(diǎn)擊停表圖框開始測(cè)驗(yàn)，程序自動(dòng)將停表和信號(hào)數(shù)（由流速儀轉(zhuǎn)數(shù)得到）同時(shí)復(fù)制到該測(cè)點(diǎn)所在行進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)，到達(dá)設(shè)定的測(cè)速時(shí)間（如60s）后的第一個(gè)流速儀信號(hào)接收，即完成本次測(cè)點(diǎn)流速測(cè)驗(yàn)，并自動(dòng)觸發(fā)EditChanged事件完成計(jì)算分析，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)下一垂線（測(cè)點(diǎn)），直至斷面最后一條垂線完成，相應(yīng)的斷面統(tǒng)計(jì)分析工作同時(shí)完成，整個(gè)斷面流量的測(cè)驗(yàn)結(jié)束。對(duì)任一有疑問(wèn)的測(cè)點(diǎn)，可重新選擇該測(cè)點(diǎn)或通過(guò)采集發(fā)射端的人工按鍵人為控制，以單向循環(huán)的方式跳轉(zhuǎn)至該測(cè)點(diǎn)重新施測(cè)。當(dāng)然也可以人工干預(yù)或全部由人工操作記錄測(cè)速歷時(shí)和信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)完成，即不必需選擇垂線，從點(diǎn)擊停表圖框開始施測(cè)，視為傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方式的音響器，由人工錄入取得的測(cè)驗(yàn)信息。

3.結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用于水文基層測(cè)站，使用便攜式計(jì)算機(jī)取代了停表、記錄紙、計(jì)算器等測(cè)驗(yàn)工具，特別是實(shí)現(xiàn)的斷面流量智能化分析計(jì)算功能，以其同人工記錄相同的界面和即時(shí)得到測(cè)驗(yàn)結(jié)果的人性化、規(guī)范化，對(duì)流速儀工作原理的理解的全面性、嚴(yán)謹(jǐn)性和作業(yè)中的簡(jiǎn)單性、計(jì)算結(jié)果的正確性，已經(jīng)成為測(cè)報(bào)人員依賴的測(cè)報(bào)工具。□

2016-04-12

張國(guó)慶，男，漢族，滄州水文水資源勘測(cè)局，工程師。