嘉陵江水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

賴(lài)寅基

【摘 要】 為保障嘉陵江航道暢通、安全、高效，介紹嘉陵江航道條件的現(xiàn)狀及建立水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性，闡述水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立的目的、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理分析。水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立為嘉陵江航道管理向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 嘉陵江；水位監(jiān)測(cè)；數(shù)字化；智能化

0 引 言

嘉陵江作為內(nèi)河航運(yùn)的重要干流，流經(jīng)甘肅、陜西、四川和重慶，其重要地位顯而易見(jiàn)。保障航道暢通、安全、高效是嘉陵江航道各級(jí)管理部門(mén)面臨的首要任務(wù)。內(nèi)河航運(yùn)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是綜合運(yùn)輸體系中重要的組成部分。發(fā)展內(nèi)河航運(yùn)對(duì)構(gòu)建“兩型”社會(huì)、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式具有重大意義，內(nèi)河航道作為內(nèi)河航運(yùn)的三大要素之一，則是航運(yùn)發(fā)展的先決條件。創(chuàng)新航道維護(hù)管理模式，促進(jìn)航道維護(hù)由被動(dòng)型向主動(dòng)型轉(zhuǎn)變，對(duì)保障航道安全暢通、提升公共服務(wù)品質(zhì)至關(guān)重要。

嘉陵江水位變化快、幅度大，特別是在枯水季節(jié)或汛期更甚，快速、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水位并及時(shí)發(fā)布和共享水位信息就顯得尤為重要，直接關(guān)系到航道通航安全。傳統(tǒng)水位監(jiān)測(cè)的方法有人工讀水尺、浮子式水位計(jì)等，但這些方法都有一定的局限性，存在誤差大、無(wú)法及時(shí)獲取和共享信息、無(wú)法有效融入數(shù)字航道系統(tǒng)等諸多問(wèn)題。隨著數(shù)字航道建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，嘉陵江航道管理處在管轄范圍內(nèi)也同步建設(shè)了多個(gè)水位站點(diǎn)，但精度方面還有待提高，而且嘉陵江水文局定期發(fā)布的水位數(shù)據(jù)購(gòu)買(mǎi)成本又比較高。為了彌補(bǔ)上述存在的實(shí)際問(wèn)題，引入一種新型水位監(jiān)測(cè)技術(shù)一直是勘測(cè)中心重要的研究課題。

1 建立水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的

（1）實(shí)時(shí)采集嘉陵江水域所規(guī)劃的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)，以掌握實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)，保證嘉陵江水域的安全。

（2）一旦出現(xiàn)緊急異常情況（如水位值超過(guò)警界值），系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。

（3）實(shí)現(xiàn)各水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水位自動(dòng)記錄（無(wú)人值守情況下）、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程登錄、遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)、遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程維護(hù)。

（4）通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享和存儲(chǔ)，運(yùn)用分析軟件分別對(duì)各個(gè)航道基地各個(gè)時(shí)段的水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納匯總統(tǒng)計(jì)，可以得到每年、每月、每天的水位變化曲線(xiàn)圖以及相對(duì)關(guān)系變化圖，從而直觀顯示水位信息數(shù)據(jù)的歷史變化及當(dāng)前狀態(tài)，為管理人員提供簡(jiǎn)單、明了、直觀、有效的信息參考。

2 水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等3個(gè)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)間相互協(xié)作完成水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)：將水位監(jiān)測(cè)設(shè)備天線(xiàn)安裝于各水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在基地的躉船頂部的開(kāi)闊位置，利用基地岸電電源為監(jiān)測(cè)主機(jī)供電，主機(jī)通過(guò)3G/4G無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，連接CORS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，將高精度的用戶(hù)位置電文（GGA）上傳，監(jiān)控中心服務(wù)軟件讀取CORS所存儲(chǔ)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)高精度GGA，結(jié)合初始坐標(biāo)和初始水位，得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)水位及水位變化狀況。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心軟件可以將讀取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成報(bào)表，并在出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)發(fā)出預(yù)警，上級(jí)管理部門(mén)也能通過(guò)遠(yuǎn)程方式進(jìn)行檢查和巡視。

CORS指一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)（LAN/WAN）技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)、自動(dòng)地向不同類(lèi)型、不同需求、不同層次的用戶(hù)提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類(lèi)型的GPS觀測(cè)值（載波相位、偽距），各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)主機(jī)要實(shí)現(xiàn)高精度定位，就必須依托于CORS。[1]

3 水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理和分析

3.1 原始數(shù)據(jù)采集

原始數(shù)據(jù)采集軟件采用的是南方測(cè)繪自由行數(shù)據(jù)采集軟件，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用將水位數(shù)據(jù)自動(dòng)采集時(shí)間間隔設(shè)置為6 min，各個(gè)水位監(jiān)測(cè)站會(huì)將每天24 h監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)存為一個(gè)數(shù)據(jù)包并存盤(pán)命名為當(dāng)天日期。中心水位監(jiān)控室計(jì)算機(jī)利用遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制各個(gè)水位監(jiān)測(cè)站計(jì)算機(jī)，并通過(guò)遠(yuǎn)程軟件控制端將原始數(shù)據(jù)回傳至中心監(jiān)控室計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。

3.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理前需要對(duì)存儲(chǔ)于中心監(jiān)控室計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分類(lèi)，分別將各監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)按日、月、年進(jìn)行歸類(lèi)。由于原始數(shù)據(jù)中包含了較多與數(shù)據(jù)分析無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，因此需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理軟件采用的是自行開(kāi)發(fā)的Visual Basic數(shù)據(jù)處理程序[2]，并結(jié)合微軟的Office Excel軟件對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編輯分類(lèi)，最后生成的數(shù)據(jù)格式為時(shí)間和對(duì)應(yīng)的水位（本文采用的1985黃海高程）。

3.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后利用Excel電子表格軟件分類(lèi)提取得到各個(gè)監(jiān)測(cè)站各個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)，最后通過(guò)各種圖表來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)時(shí)段與水位的相對(duì)關(guān)系（見(jiàn)圖1）。從各個(gè)觀測(cè)站每日、每月、每年的水位變化曲線(xiàn)及各個(gè)觀測(cè)站之間的日相對(duì)變化關(guān)系對(duì)比（見(jiàn)圖2），可以掌握基本的水位變化情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

作為嘉陵江數(shù)字化、智能化航道建設(shè)的一部分，嘉陵江水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自2016年建立以來(lái)已取得了初步成效，實(shí)現(xiàn)了嘉陵江各個(gè)站點(diǎn)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)分析等成果，同時(shí)也積累了相關(guān)的建設(shè)、管理和使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于將該系統(tǒng)逐步向嘉陵江全河段推廣起到了積極的示范作用。該系統(tǒng)的建設(shè)將進(jìn)一步提升航道維護(hù)管理的質(zhì)量和效率，大大降低航道洪水期過(guò)往船舶的航行風(fēng)險(xiǎn)，為嘉陵江航道的健康發(fā)展帶來(lái)新的展望。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅靈軍，徐永書(shū)，夏定輝，等.重慶市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（CQGISS）建設(shè)[J].測(cè)繪科學(xué)，2007（6）：164-166，210.

[2] 吳敬兵，潘偉峰.基于VBA的Excel二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究[J].湖北教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（2）：64-65.