趙軍

（略陽水文站 陜西 略陽 724300）

1 概述

略陽水文站位于陜西省漢中市略陽縣城關(guān)鎮(zhèn)，處于陜甘川三省交界地帶，海拔高約1400m～1500m，境內(nèi)山脈主要走向呈東西延展，全區(qū)山高谷深，山勢雄偉，嘉陵江由北向南，大體與東西向的構(gòu)造線垂直，河面狹窄，谷坡陡峻、呈峽谷地形，是長江流域嘉陵江干流控制站，屬國家級重要站、中央報汛站,斷面以上流域面積 19206km2。受“5·12”地震影響，該站基本斷面附近山體垮塌，地錨出現(xiàn)裂紋、控制臺受損，主索鋼塔變形，嚴(yán)重地影響了水文測驗工作。在災(zāi)后重建過程中，國家安排資金，重新建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的水文纜道設(shè)施，引進(jìn)具有國內(nèi)先進(jìn)水平的計算機測流系統(tǒng)及其他儀器設(shè)備，全面恢復(fù)了水文測驗工作，提升了略陽站的測驗技術(shù)水平。

2 略陽站原有測流設(shè)施、設(shè)備及測流情況

略陽站的纜道設(shè)施始建于上世紀(jì)70年代，主索跨度175m，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)備老化，流量數(shù)據(jù)的采集，主要依賴人工定位、計時操作，人工記數(shù)，手工計算的方法，技術(shù)水平落后。原有纜道設(shè)備主要存在以下問題：

（1）測流設(shè)備故障多，保證率低，遇復(fù)雜情況，人工難于判定；

（2）測洪標(biāo)準(zhǔn)低，勞動強度大，測驗時間長，時效性差，無法保證防汛工作的需要；

（3）測流信號不穩(wěn)定，效率低下，技術(shù)手段落后，影響資料成果的精度。

3 計算機測流系統(tǒng)組成

在新建水文纜道的基礎(chǔ)上，引進(jìn)江西生產(chǎn)的LXD-1型纜道測流系統(tǒng)，應(yīng)用計算機測控技術(shù)、無線通訊技術(shù)、變頻技術(shù)及相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，對復(fù)雜情況進(jìn)行智能判斷，自動采集、自主識別，可以自主判斷、動態(tài)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)，較精確地控制鉛魚定位、自動計算起點距和流速，顯示并存儲測流結(jié)果，實現(xiàn)了流量測驗的自動化功能。該系統(tǒng)由硬件和軟件組成。

3.1 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件主要包括鉛魚上的測流信號裝置、絞車上的計數(shù)裝置及變頻調(diào)速控制系統(tǒng)等。

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)見圖1。

3.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由測控軟件和報表軟件組成。系統(tǒng)的軟件模塊見圖2。

4 系統(tǒng)在略陽站操作使用情況

4.1 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

（1）硬件的安裝與調(diào)試。該系統(tǒng)硬件比較簡單，測控部分由2個模塊組成，采用搭積木的方式完成，變頻器模塊負(fù)責(zé)電機調(diào)速和換向，控制器模塊負(fù)責(zé)和計算機通信和信號的采集。信號部分由2個高頻電臺完成水下信號的收發(fā)，其信號的傳輸不依賴?yán)|道，通過空氣輻射，信號穩(wěn)定可靠。

（2）軟件的安裝與調(diào)試。軟件的安裝調(diào)試，主要是按默認(rèn)的提示，在較短的時間內(nèi)即可完成。

4.2 系統(tǒng)的比測率定

原有纜道測流人工控制的比測率定工作量大，需要幾個人才能完成，比測率定完后，由于主索垂度影響，還要人工來修正起點距，由于每根垂線的修正值不一樣，需制作一張查算表，每測一根垂線，根據(jù)表中的修正值，換算成實際值，由于換算復(fù)雜，實際工作中容易經(jīng)常出錯。

應(yīng)用纜道測流系統(tǒng)的比測率定工作就比較簡單，譬如起點距比測的基本操作方法是將傳感器采集的信號脈沖數(shù)和實測起點距輸入計算機，點擊保存按鈕，系統(tǒng)就完成了起點距比測率定工作，同時可以自動將主索垂度進(jìn)行修正，系統(tǒng)顯示的起點距的就是實際測得的起點距值。

水深和流速的比測率定方法與起點距基本相同，這里不再贅述。

4.3 系統(tǒng)的測控

系統(tǒng)的控制界面如圖3。

系統(tǒng)提供了多種控制方式，操控非常方便，在對速度的操作方式中，可以用鼠標(biāo)左鍵的拖動、點擊、滾輪的滾動等方式，也可以用鍵盤的左、右鍵，還可以用操作臺的速度旋鈕來控制速度；4個方向的操控和停車，也有多種方式，可以用鼠標(biāo)直接點擊界面上的方向按鈕，也可以用鍵盤的快捷鍵，還可以用操作臺的控制按鈕。

靈活方便的操控方式，滿足了每個人的使用習(xí)慣，使大家感到，系統(tǒng)很先進(jìn)，操作很簡單，控制很隨心，沒有高科技帶給大家的神秘感，更因為界面的友好、直觀，設(shè)計的人性化，最大限度的減少了操作者的恐懼感。

4.4 系統(tǒng)的設(shè)置

系統(tǒng)沒有太多的設(shè)置，在測驗前，將水位輸入，再選擇好垂線，剩下直接用計算機操作就可以了。

4.5 流量測驗

略陽站原有纜道采用人工控制進(jìn)行流量測驗，操作者將儀器放到測驗位置，由于纜道的慣性、操作者的熟練程度等因素，使得測驗的時間長，定位精度因人而異，從而影響測驗時機和測驗精度。

應(yīng)用纜道測流系統(tǒng)施測流量，將整個測流過程程序化，按照預(yù)先設(shè)置好的垂線，點擊開始測流按鈕，自動完成斷面流量的測流過程，如根據(jù)水面寬設(shè)置測深、測速垂線，按照所測水深自動判定測速方法。當(dāng)啟動自動測速模式后，鉛魚自動完成測深、測速垂線布設(shè)，自動采集信號，并將其傳輸?shù)剿目刂婆_內(nèi)，控制臺自動對所收集的信號進(jìn)行處理，并發(fā)至后臺計算機內(nèi)。兼容半自動和人工測量。也可利用人工設(shè)置，布設(shè)測深測速垂線，控制鉛魚運行，能實現(xiàn)自動、半自動、手動等多種作業(yè)方式。在對鉛魚進(jìn)行運行控制的過程中，各種測量方式即可在測量控制臺上設(shè)置完成并保存，測量結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)的流量記載計算表格式輸出，同時對該次成果進(jìn)行合理性檢查,以評估數(shù)據(jù)的精度等級，進(jìn)而確定成果的不確定度,所有數(shù)據(jù)將以數(shù)據(jù)庫格式保存于計算機內(nèi)，以便于水文資料的整編。

系統(tǒng)提供了自動和手動兩種測流、測沙模式。由于洪水的演變規(guī)律極為復(fù)雜，極端情況下，在自動模式下，系統(tǒng)可一次性采集幾十個乃至幾百個點的水文數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計算，形成圖表打印出來,系統(tǒng)也可在手動模式下采集數(shù)據(jù)，這樣，系統(tǒng)的應(yīng)用就極為靈活機動，可在各種環(huán)境下使用。

4.6 測流信號的采集、傳輸和處理

略陽站傳統(tǒng)的測流信號是利用纜道鋼絲繩來傳輸?shù)?，其穩(wěn)定性差，維護(hù)困難，往往一次測流過程中，由于信號的不穩(wěn)定，導(dǎo)致測驗中斷，無法滿足測流要求。

新的系統(tǒng)其信號的傳輸不再利用鋼絲繩，而是采用高頻電臺，通過空氣輻射電磁波的方式來傳輸信號，穩(wěn)定性極好。

為了解決測驗中多個信號的傳輸，同時滿足計算機測流需要，系統(tǒng)中設(shè)置了水面、流速、河底3個信號，并對3個信號進(jìn)行數(shù)字編碼，編碼后的信號，抗干擾性極好。這是傳統(tǒng)信號無法比擬的。

4.7 略陽站計算機測流系統(tǒng)的測流測深精度

測流精度分析。測流的精度由以下4方面控制：

（1）起點距定位精度，由于垂線起點距的定位由軟件預(yù)置，到達(dá)位置前一段距離，程序控制運行速度由正常轉(zhuǎn)向慢速，其停車誤差被消除，起點距的定位精度非常高；

（2）測點定位精度，測點位置的放置也是由程序預(yù)置，到達(dá)位置后系統(tǒng)自動停車，其測點定位誤差也被消除；

（3）流速信號計數(shù)精度，流速信號的計數(shù)由軟件自動完成，不會存在多記或者少記，針對流速儀的接觸絲所產(chǎn)生的假信號，程序做了相應(yīng)的軟件濾波處理；

（4）計時精度，計算機調(diào)用操作系統(tǒng)的時鐘進(jìn)行計時，其計時誤差被消除。

5 略陽站計算機測流系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性

（1）穩(wěn)定性分析。該系統(tǒng)以軟件為平臺，硬件為輔助，原來很多用硬件來完成的邏輯控制功能，現(xiàn)在是通過軟件來完成，而軟件的穩(wěn)定性要高于硬件，使得系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性。

（2）可靠性分析。可靠性分析是指系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，在整個系統(tǒng)中，硬件有2個模塊組成，一個是變頻器，一個是控制器，操作人員可以在短時間內(nèi)判斷出2個模塊的故障情況，并加以更換，在短時間內(nèi)將系統(tǒng)恢復(fù)不會影響測流

6 結(jié)語

該系統(tǒng)在略陽站的使用，提高了該站的自動化測驗水平，系統(tǒng)實現(xiàn)了測深、測速、取沙等測驗項目測控、計算、資料打印輸出一體化，縮短了測驗歷時，提高了測驗精度。同時也減輕了勞動強度。該系統(tǒng)使用方便、操作簡單、界面直觀、運行穩(wěn)定、測驗精度符合水文測驗規(guī)范要求。陜西水利