遙測技術(shù)發(fā)展及其在水文測報(bào)系統(tǒng)中的運(yùn)用芻議

鐘建坤，曾文波，周永福

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東　河源　517000）

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遙測技術(shù)發(fā)展及其在水文測報(bào)系統(tǒng)中的運(yùn)用芻議

鐘建坤，曾文波，周永福

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東河源517000）

摘要：水文測報(bào)系統(tǒng)是一種集合收集、處理、傳遞功能為一體的傳感器、計(jì)算機(jī)和移動(dòng)通信等設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)，主要包括遙測站、中心站和信息傳輸通道3個(gè)部分。水文測報(bào)系統(tǒng)能夠防洪減災(zāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利的有效調(diào)度，加強(qiáng)對(duì)水文數(shù)據(jù)信息的有效處理，從而促進(jìn)水文工作的高效率發(fā)展。而遙測技術(shù)在水文測報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠進(jìn)一步促進(jìn)該系統(tǒng)的良好發(fā)展。為此，文章在介紹遙測技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析遙測技術(shù)發(fā)展及其在水文測報(bào)系統(tǒng)中的運(yùn)用，并以新豐江水庫水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)為例，重點(diǎn)論述遙測技術(shù)在該水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，旨在為同行業(yè)的發(fā)展提供有益參考。

關(guān)鍵詞：遙測技術(shù)；水文測報(bào)系統(tǒng)；應(yīng)用

我國是亞熱帶季風(fēng)氣候，河流水量變化劇烈，受季節(jié)變花樣影響，洪澇災(zāi)害頻繁，是一個(gè)多洪水多災(zāi)害的國家。水文測報(bào)系統(tǒng)對(duì)控制洪澇災(zāi)害的發(fā)展具有重要的作用，伴隨近幾年自然災(zāi)害的頻發(fā)，有關(guān)人員加強(qiáng)了水文測控系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)洪水旱澇災(zāi)害的及時(shí)報(bào)汛，將災(zāi)害帶來的損失降低到最小。

1　遙測技術(shù)概述

遙測技術(shù)是傳感技術(shù)和通訊技術(shù)的結(jié)合物，具體可以分為有線遙測技術(shù)和無線遙測技術(shù)2種。其中，有線遙測技術(shù)需要利用電話線、光纜等傳輸介質(zhì)來對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，因?yàn)樾枰撤N介質(zhì)，所以這種遙測技術(shù)的使用會(huì)受到限制。無線遙測技術(shù)是指利用光波、電磁波和聲音來作為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離信號(hào)的傳送，基本上不會(huì)受到限制。伴隨電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無線遙測技術(shù)得到了快速的發(fā)展，被人們廣泛地應(yīng)用在航空航天、軍事、工業(yè)、水文監(jiān)控等方面。

2　新豐江水庫水文測報(bào)系統(tǒng)中的對(duì)遙測技術(shù)的應(yīng)用

水文測報(bào)系統(tǒng)最早被應(yīng)用在對(duì)汛期水文數(shù)據(jù)資料的收集以及水文站網(wǎng)資料的收集，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的普及，使得任何地方都能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)用，利用共同情報(bào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)水文信息的預(yù)測、預(yù)報(bào)。遙測技術(shù)在水文測報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)揮出了水文測報(bào)系統(tǒng)的共享性和及時(shí)性。

3　新豐江水庫概述

新豐江水庫建設(shè)在珠江水系東江支流新豐江下游亞婆山峽谷出口處，主要是為河源、深圳、東莞市進(jìn)行供水，同時(shí)兼具下游沿線城鎮(zhèn)供水以及防洪減災(zāi)的作用。新豐江水庫是華南最大的人工湖，又名萬綠湖，水域面積370平方公里，蓄水量約139億立方米，里面有360多個(gè)綠島，總集雨面積約5800平方公里。水庫的基本規(guī)模較大，水庫涉及的標(biāo)準(zhǔn)是百年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該水庫發(fā)展的功能和規(guī)模，需要形成一套功能、設(shè)備完整的東江河流域水文測報(bào)系統(tǒng)來加強(qiáng)對(duì)水庫的管理，為水庫的防洪減災(zāi)工作提供必要的數(shù)據(jù)支持。

4　新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)

遙測技術(shù)下的水文系統(tǒng)是對(duì)遠(yuǎn)距離采集和傳輸水文信息進(jìn)行整合的設(shè)備和自動(dòng)化技術(shù)，系統(tǒng)一般包括傳感器、通信設(shè)施以及接受、處理的控制裝置等。水文測報(bào)系統(tǒng)的建立一般能夠滿足防洪防汛的作用，并逐漸和水文資料的收集、整理、存儲(chǔ)和分配等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，形成了一種以計(jì)算機(jī)為中心的、實(shí)時(shí)性、聯(lián)機(jī)性、自動(dòng)化的水文遙測系統(tǒng)。從新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)構(gòu)成原理圖（見圖1）可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)主要由遙測站一次儀表（新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)傳感器及其控制設(shè)備）、信息傳輸通道（新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)通信設(shè)備）、接收站或者接收中心（新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)中繼站）構(gòu)成。

圖1　新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)構(gòu)成原理

5　新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)要求

5.1水文信息的采集

新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)中水文信息的采集一般應(yīng)用3種采集方式，即雨量采集方式、水位采集方式和流量采集方式。第一，雨量采集方式。雨量采集方式應(yīng)用的是翻斗式的雨量觀測設(shè)備，精度達(dá)到了1mm，一旦雨量達(dá)到了1mm的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)向相關(guān)接受設(shè)備發(fā)動(dòng)數(shù)據(jù)信息。第二，水位采集方式。水位觀測設(shè)備應(yīng)用的是水位測井和浮子式水位計(jì)，一旦水位升降為1cm的時(shí)候，設(shè)備會(huì)自動(dòng)向接受方發(fā)送數(shù)據(jù)信息。第三，流量采集方式。主要是對(duì)入庫和出庫站流量的測驗(yàn)，采用的測驗(yàn)方式是流速面積法。

5.2水文信息采集處理的技術(shù)要求

第一，設(shè)備的選擇要做到簡單、高性能、高可靠性的要求，同時(shí)要求設(shè)備能夠防雷防電，方便維護(hù)。第二，設(shè)備的傳輸體制和組網(wǎng)方式要盡可能地簡單。第三，水文遙測站的信息要準(zhǔn)確。第四，要具有一定的安全保障措施，從而有效防治水文數(shù)據(jù)信息被毀壞，促進(jìn)整個(gè)水文系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5.3水文信息系統(tǒng)規(guī)模

水文信息系統(tǒng)傳輸網(wǎng)的容量比是1：1：19，第一個(gè)1代表的是中心站，第二個(gè)1代表的是中繼站，19代表的是自動(dòng)無線遙測終端，三者具體的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下所示：第一，中心站的一處要設(shè)置在水庫管理控制中心；第二，中繼站的一處需要設(shè)置在600.5的高地上；遙測站19處，主要由6處中心遙測站和13出中繼遙測站組成。

6　新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)設(shè)置

在考慮系統(tǒng)本身設(shè)置和當(dāng)?shù)貧夂驐l件、成本費(fèi)用等條件下，新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸采用的是自報(bào)式的方式。其中，遙測站利用編碼器能夠?qū)⒂嘘P(guān)信息按照先后編碼順序主動(dòng)、定向地向中繼站或者直接地向接收中心進(jìn)行發(fā)送。根據(jù)規(guī)定，一旦遙測參數(shù)信息的變化量達(dá)到一定程度時(shí)，需要有關(guān)人員向中心發(fā)送數(shù)據(jù)信息，及時(shí)處理潛在的故障問題。新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用的是ACS300 系列數(shù)據(jù)采集器及其配套的傳感器等設(shè)備，具體的配置信息體現(xiàn)如下：第一，遙測站。新豐江水文遙測站的基本設(shè)備一般包括雨量傳感器、水位傳感器、人工置數(shù)儀、自報(bào)式終端機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、天線、避雷針等。其中歐冠呢雨量遙測站的設(shè)備具備水位傳感器以及人工置數(shù)儀。除此之外，其配置和水文遙測站的設(shè)備配置基本一致。第二，中繼站。中繼站的發(fā)展應(yīng)用的是雙機(jī)熱備份，其中，雙機(jī)熱備份單機(jī)設(shè)備一般包含天饋線、中繼機(jī)、控制單元、收發(fā)信機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等。中心站的數(shù)據(jù)接收硬件設(shè)備包括收信機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、處理顯示計(jì)算機(jī)等。

7　新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)構(gòu)建涉及的技術(shù)要點(diǎn)

伴隨通信技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程通訊得到了快速的發(fā)展，出現(xiàn)了衛(wèi)星通訊、微波通訊等通訊技術(shù)。新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)的構(gòu)建主要依托無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。依托無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的遙測技術(shù)，其能夠被廣泛地應(yīng)用在需要快速傳遞水文信息的流域、地區(qū)以及工程地點(diǎn)。在人口數(shù)量少、經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后的地區(qū)應(yīng)用遙測技術(shù)能夠在節(jié)省資源的同時(shí)彌補(bǔ)原有測站網(wǎng)的不足。

新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)構(gòu)建采用了VHF超短波信道的無線遙測方式。這種多樣化的技術(shù)方式導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)品生產(chǎn)的多樣化發(fā)展，根據(jù)新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)構(gòu)建現(xiàn)狀最終采用的是ACS300 數(shù)據(jù)采集器及其配套的傳感器、電臺(tái)等設(shè)備。有關(guān)人員在使用ACS300數(shù)據(jù)采集器的時(shí)候，需要使用與之相配套的的電臺(tái)、傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備的統(tǒng)一化、規(guī)范化管理，進(jìn)一步加強(qiáng)各個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)應(yīng)用之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，在積極合作的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮出新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)的重要作用，在應(yīng)用最少資源的同時(shí)在最大限度上提升新豐江水文系統(tǒng)管理的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

8　新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)構(gòu)建中埋入地下的安裝方式

新豐江埋入地下的安裝方式對(duì)地面空間面積要求不高，受周圍環(huán)境和溫度的影響也較小。同時(shí)，由于其安裝尺寸固定，可以在工廠內(nèi)部進(jìn)行加工和配件，因此，其質(zhì)量能夠得到有效的保證。與之相比，傳統(tǒng)的磚石結(jié)構(gòu)雨量平臺(tái)，在一般情況下需要建筑材料和施工器材的同時(shí)操作，在操作之后還要對(duì)地面進(jìn)行處理，不利于作業(yè)效率的提升，為施工帶來了很多不便。

9　新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)構(gòu)建中的防雷、壁雷

雷電是大自然中的一種放電現(xiàn)象， 具有高電壓、高輻射、變化快、放電時(shí)間短、溫度高的特點(diǎn)。新豐江水文測報(bào)無線遙測系統(tǒng)天饋線、傳感器和電源在一般情況下都使暴露在室外的，很容易受到雷電等自然因素的影響。同時(shí)，由于新豐江水文測報(bào)無線遙測系統(tǒng)天饋線、傳感器和電源常位于相對(duì)絕緣的地基平臺(tái)上，因此，它們是雷擊的首要目標(biāo)。新豐江水文測報(bào)無線遙測系統(tǒng)的終端和外界的傳感器、太陽能等實(shí)現(xiàn)了連接，由此也進(jìn)一步為雷電的耦合提供了便利的條件。另外，更主要的是新豐江水文測報(bào)無線遙測系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用在微電子技術(shù)中，受微電子設(shè)備集成化程度高、信號(hào)電壓低、電磁兼容能力差的影響，新豐江水文測報(bào)無線遙測系統(tǒng)很容易受感應(yīng)脈沖電壓的襲擊、感應(yīng)雷的影響，進(jìn)而在無形中提升新豐江水文測報(bào)無線遙測系統(tǒng)受雷電的危害。新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)中中心站、中繼站和遙測站對(duì)雷電的防治在很大程度上對(duì)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行提供了指導(dǎo)。具體要求在中心站機(jī)房工作地設(shè)置的保護(hù)接地。防雷接地電阻值不能超過4Ω，天饋線系統(tǒng)的安裝要實(shí)現(xiàn)和鐵塔、避雷針及建筑物的聯(lián)合接地。

10　結(jié)語

新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)建立成功之后，經(jīng)過多年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的安全性能較高，便于維護(hù)，在很大程度上滿足了新豐江水庫防洪減災(zāi)的需要，為新豐江水庫的發(fā)展創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，新豐江水文測報(bào)系統(tǒng)不僅使用在一些小流域的水文情報(bào)處理以及水庫等水利調(diào)度監(jiān)控方面，而且也適用于氣象、地質(zhì)、海洋等自然領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析采集和調(diào)度預(yù)報(bào)方面，為此，需要有關(guān)人員進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)遙測技術(shù)發(fā)展及其在水文測報(bào)系統(tǒng)中運(yùn)用的重視。

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Remote Sensing Technology and Its Use in the Hydrological Telemetry System in Series.the

Zhong Jiankun, Zeng wenbo, Zhou Yongfu
(Heyuan Vocational and Technical College, Heyuan517000, China)

Abstract：Hydrological telemetry system is a set collection, processing, transfer function for the integration of sensor, computer and mobile devices such as a system, mainly including telemetry station, central station, and three parts information transmission channel. Hydrological telemetry system to the food control and disaster mitigation， the realization of effective scheduling of water conservancy，to strengthen the effective of hydrological data and information processing, thus promote the efficient development of the hydrologic work. And remote sensing technology in the application of the hydrological telemetry system to further promote the sound development of the system. To this end, the article introduces the remote sensing technology, on the basis of analysis of remote sensing technology and its use in the hydrological telemetry system, and the hydrological telemetry system in xinfengjiang reservoir as an example, focuses on remote sensing technology in the application of the hydrological telemetry system in the， aiming at providing a benefcial reference for the development of the industry.

Key words：remote sensing technology; The hydrological telemetry system; application

基金項(xiàng)目：2014年河源市科技計(jì)劃項(xiàng)目；項(xiàng)目名稱：“智能低壓電氣實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)”深度開發(fā)項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)；項(xiàng)目編號(hào)：河科［2014］73號(hào)。

作者簡介：鐘建坤（1973-），男，廣東興寧，碩士，副教授；研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程，軟件工程或網(wǎng)絡(luò)工程。