智能測(cè)控技術(shù)在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用研究

□呂正虎

近年來，在降雨時(shí)空分布不均、洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的情況下，水文測(cè)驗(yàn)的工作量和難度逐步加大，傳統(tǒng)的水文測(cè)驗(yàn)方法越來越不適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要，逐漸顯現(xiàn)其滯后特征。所以，如何將智能化測(cè)量與控制技術(shù)，運(yùn)用到水文測(cè)驗(yàn)工作之中，是目前水文工作的重要任務(wù)之一。隨著科技的發(fā)展，先進(jìn)的智能化測(cè)量與控制技術(shù)，開始應(yīng)用于水文測(cè)驗(yàn)，可以快速高效地獲取綜合、精確的資料，同時(shí)提高工作效率與質(zhì)量。

1.智能測(cè)控技術(shù)綜述

智能測(cè)控技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、無線通信、GPS等高技術(shù)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的一種技術(shù)方法。在水文測(cè)驗(yàn)工作中，將水位、流量、泥沙等多元素的測(cè)量與控制技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化收集、整理和分析某一具體水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的水文資料，從而確保及時(shí)掌握水文資料的真實(shí)狀況。在實(shí)踐中，為了確保水文測(cè)驗(yàn)工作的順利進(jìn)行，必須將兩者有機(jī)地結(jié)合起來。

其中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、變頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、無線通信技術(shù)、智能測(cè)量設(shè)備、纜索流量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)等，能夠在水文自動(dòng)測(cè)量中起到非常重要的作用，確保各種水文要素信息的自動(dòng)獲取。在水文測(cè)驗(yàn)工作中，加大對(duì)智能測(cè)量和控制技術(shù)的研究，可以提高其應(yīng)用的有效性。

2.水文測(cè)驗(yàn)運(yùn)用智能測(cè)控技術(shù)的必要性

2.1 快速獲得資料

從目前的形勢(shì)判斷，許多城市的水文測(cè)驗(yàn)工作耗時(shí)耗力，自動(dòng)化程度相對(duì)較低。而智能測(cè)量與控制技術(shù)由于其自身優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地解決以往測(cè)量方法的缺陷，能夠快速地收集、整理、分析、獲取最完整的水文信息。

2.2 保障資料質(zhì)量

由于人員專業(yè)水平、設(shè)備操作水平和外部環(huán)境等多種原因的影響，水文測(cè)驗(yàn)的精度會(huì)降低。比如地處偏僻的水文站，人跡罕至，降水多、流量大的地方，每逢洪水來臨，流速較大，漂浮物較多，用流速儀法施測(cè)極易被卡住或沖走，時(shí)效性低，測(cè)量結(jié)果的精度也不能得到保障。通過智能測(cè)控技術(shù)，工作人員可以無需到現(xiàn)場(chǎng)，由高科技儀器實(shí)現(xiàn)全流程的自動(dòng)化測(cè)驗(yàn)，無需人為的干涉，數(shù)據(jù)質(zhì)量得到了保障。

2.3 易于操作使用

在進(jìn)行防汛工作的過程中，采用人工方法，很容易出現(xiàn)各種風(fēng)險(xiǎn)，甚至出現(xiàn)一些安全事故。智能化的測(cè)量和控制在室內(nèi)進(jìn)行，使用方便、快捷、安全。在水文測(cè)驗(yàn)工作中，引入智能化測(cè)量與控制技術(shù)是一種必然的發(fā)展方向，可以更好地適應(yīng)現(xiàn)代水利計(jì)量技術(shù)的要求，提高水利計(jì)量技術(shù)的質(zhì)量。

3.水文測(cè)驗(yàn)運(yùn)用智能測(cè)控技術(shù)的途徑

將智能測(cè)控技術(shù)運(yùn)用于水文監(jiān)控系統(tǒng)總體框架、軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。

3.1 總體體系結(jié)構(gòu)

水文測(cè)量與控制系統(tǒng)是將現(xiàn)代通訊、計(jì)算機(jī)、傳感系統(tǒng)有機(jī)地融合在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)水文站的水文、流量和泥沙等多要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該體系以數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、利用和儲(chǔ)存為中心，自動(dòng)收集水文站的資料，利用智能化的處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合大數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)對(duì)水文狀況進(jìn)行分析，并對(duì)位置傳感器的錯(cuò)誤進(jìn)行智能修正，一秒內(nèi)就可以處理數(shù)十上百組的數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行快速計(jì)算和分析，效率極高。而且，與傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)不同，它擁有自我調(diào)整的能力，可以根據(jù)隨機(jī)因素和不確定結(jié)果來進(jìn)行預(yù)測(cè)，提供更加真實(shí)、有效的數(shù)據(jù)。

3.2 應(yīng)用軟件系統(tǒng)

在智能測(cè)控軟件中，要使其功能得到最大程度地利用，必須編制和設(shè)計(jì)報(bào)表和硬件控制程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水文數(shù)據(jù)的收集、整合、分析、存儲(chǔ)等功能，保障硬件設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)硬件的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，保障水文測(cè)驗(yàn)工作的順利進(jìn)行。

3.2.1 編制報(bào)告流程

根據(jù)我國(guó)水文專業(yè)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定和受監(jiān)控的區(qū)域?qū)嶋H情況，提出了采用綜合評(píng)價(jià)報(bào)告的方法，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。系統(tǒng)將受監(jiān)控的區(qū)域監(jiān)測(cè)斷面集中存儲(chǔ)在服務(wù)器上，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析，繪制出流速和水深的橫向分布圖，并將各種項(xiàng)目工作的計(jì)算分析成果報(bào)告等納入系統(tǒng)。

3.2.2 編寫軟體控制程式

通過VB編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)受監(jiān)控的特定數(shù)據(jù)信息的錄入、對(duì)人機(jī)接口進(jìn)行調(diào)節(jié)，使信息數(shù)據(jù)、圖標(biāo)等直觀顯示，從而增強(qiáng)了使用者的方便性。該系統(tǒng)包含了運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和功能設(shè)置，并對(duì)各個(gè)參數(shù)和功能點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水文監(jiān)測(cè)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，以達(dá)到對(duì)水文測(cè)驗(yàn)的要求。

3.2.3 制定軟件體系結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)的開發(fā)是一種以視窗多任務(wù)、多線程操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的圖形系統(tǒng)。整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是基于C/S（Client/Server）和B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)。通過SQLserver 2018在Windows數(shù)據(jù)庫中管理和維護(hù)數(shù)據(jù)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)水文站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，并具有遠(yuǎn)程發(fā)布和網(wǎng)頁訪問等多種作用。同時(shí)，利用GIS技術(shù)對(duì)流域內(nèi)的下墊面地形和構(gòu)成進(jìn)行了全面的測(cè)量，建立了流域地形數(shù)學(xué)模型，從而大大提高水文預(yù)報(bào)工作的質(zhì)量。

3.3 使用硬件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為岸上和水下兩部分，保證兩套體系的獨(dú)立和互連，以便對(duì)流域的水文特性有較好的了解。

3.3.1 岸上設(shè)備

岸上設(shè)備主要由通信、信息處理設(shè)備組成，主要由電力設(shè)備、計(jì)算機(jī)測(cè)控設(shè)備、通信模塊、信息轉(zhuǎn)換模塊、接收機(jī)、譯碼模塊等組成，每一個(gè)模塊都向智能化處理設(shè)備供電，確保了對(duì)水文監(jiān)測(cè)（流速、泥沙含量）信息的準(zhǔn)確性，并為以后的信息處理打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，該系統(tǒng)具有自動(dòng)修復(fù)的能力，能夠自動(dòng)調(diào)整各種故障的狀態(tài)（自動(dòng)恢復(fù)、自動(dòng)糾正傳輸錯(cuò)誤等），一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)自動(dòng)通知到監(jiān)控系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的運(yùn)行。另外，此系統(tǒng)的硬件具有自動(dòng)優(yōu)化和升級(jí)的功能，以適應(yīng)不同的測(cè)驗(yàn)要求，達(dá)到了智能化的要求。

3.3.2 水下設(shè)備

水下硬件系統(tǒng)的開發(fā)比較困難，要求的是硬件的防水性和適應(yīng)性。水下智能裝置是一種以多普勒效應(yīng)傳感器為核心的設(shè)備，通過向水底發(fā)送聲波脈沖，收集反射信號(hào)計(jì)算流速和水深，從而自動(dòng)計(jì)算出流量并傳送至服務(wù)器。一般通過安裝多組傳感器可以提高流量測(cè)驗(yàn)的精度。

4.結(jié)語

將智能測(cè)控技術(shù)運(yùn)用于水文測(cè)驗(yàn)，能夠克服以往傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)技術(shù)存在的不足，大大提高水文測(cè)驗(yàn)工作效率。通過建立智能測(cè)控體系，結(jié)合岸上和水下硬件體系，編寫相應(yīng)的軟件控制體系，以達(dá)到水文測(cè)驗(yàn)的智能化操作，最終實(shí)現(xiàn)水文站全量程、全自動(dòng)化測(cè)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，不斷推動(dòng)水文向現(xiàn)代化邁進(jìn)。