付英杰，張永學(xué)

(沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展局，沈陽(yáng) 110016)

1 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)的意義

水文現(xiàn)代化建設(shè)是以推動(dòng)水文適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求為目標(biāo)的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程，具有強(qiáng)烈的時(shí)代特征，反映了時(shí)代的科技發(fā)展水平和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求[1]。水文現(xiàn)代化建設(shè)是水利信息化的基礎(chǔ)。其中信息傳輸是水利信息化的重要基礎(chǔ)工作之一。

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

1976年，美國(guó)SM公司與美國(guó)氣象局合作研制了一套在當(dāng)時(shí)具有代表性的水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，之后美國(guó)HANDAR公司與Sutton公司合作也研制了一套水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

隨著科技的進(jìn)步，美國(guó)將水文站數(shù)據(jù)的傳輸擴(kuò)展到衛(wèi)星平臺(tái)上，到1987年已有1700個(gè)水文站數(shù)據(jù)應(yīng)用GOES衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，到現(xiàn)在已有4000多個(gè)水文站使用衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。除了上述衛(wèi)星外美國(guó)還有測(cè)雨雷達(dá)，從80年代開(kāi)始，美國(guó)國(guó)家天氣局與三個(gè)部門(mén)共同建設(shè)了NEXRAD新型雷達(dá)，這種雷達(dá)經(jīng)過(guò)雨量計(jì)參數(shù)修正后，可在幾千平方公里范圍內(nèi)形成一個(gè)類(lèi)似于一個(gè)大雨量計(jì)的網(wǎng)，從而大大提高了水文預(yù)報(bào)和洪水預(yù)報(bào)的精度和時(shí)間。美國(guó)還是世界上唯一一個(gè)使用流星余跡進(jìn)行水文遙測(cè)的國(guó)家，1980年在美國(guó)西部山區(qū)建立一個(gè)由525個(gè)監(jiān)測(cè)站組成的名叫SNOTEL的測(cè)站網(wǎng)絡(luò)，直到現(xiàn)在還在運(yùn)行著并且效果越來(lái)越好，這些傳輸網(wǎng)絡(luò)所傳送的數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間非常接近，在4～5 min即可獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，而且其可控性比衛(wèi)星要高[2]。

日本對(duì)于水文遙測(cè)的投資可謂相當(dāng)巨大而且建設(shè)時(shí)期也比較早。1986年，日本建成了世界上最大的水文遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)使用了12個(gè)測(cè)雨雷達(dá)和GMS衛(wèi)星。日本在僅有的37萬(wàn)km2的國(guó)土面積上，建有26個(gè)雷達(dá)雨量站，2 500個(gè)地面雨量站和2 100個(gè)水位站，觀測(cè)范圍覆蓋整個(gè)日本[3]。

英國(guó)等一些西歐各國(guó)和日本一樣由于國(guó)家面積較小，水文監(jiān)測(cè)站覆蓋范圍基本遍及全國(guó)，他們主要采用2種方式進(jìn)行傳輸:

1)采用可靠的電話(huà)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

2)采用同步衛(wèi)星進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸。

法國(guó)主要對(duì)其境內(nèi)的兩條河流加隆河和洛依爾河進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)以提高本國(guó)的防洪準(zhǔn)確性。法國(guó)采用VHF/UFH通訊作為預(yù)報(bào)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)手段，加隆河系統(tǒng)包括120個(gè)監(jiān)測(cè)站覆蓋了法國(guó)境內(nèi)全部的加隆河流域，系統(tǒng)采用應(yīng)答式預(yù)報(bào)方式，在不到10 min內(nèi)就可以收集到全部數(shù)據(jù)。洛依爾河系統(tǒng)則是一個(gè)綜合性系統(tǒng)，他不僅使用VHF/UFH通訊還應(yīng)用了電話(huà)機(jī)ARGOS衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，電話(huà)通訊主要用于傳輸流域內(nèi)支流的數(shù)據(jù)。

印度作為亞洲發(fā)展水文監(jiān)測(cè)比較早的一個(gè)國(guó)家在1985年在yamuna河上游建立了一個(gè)大流域系統(tǒng)，系統(tǒng)采用UHF通訊并且使用印度自己的衛(wèi)星INSAT－1B，INSAT是一個(gè)雙衛(wèi)星系統(tǒng)，它由印度空間研究組織管理，擁有100個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)。

蘇聯(lián)的水文數(shù)據(jù)是來(lái)自GOMS衛(wèi)星，它和大多數(shù)氣象衛(wèi)星一樣，用于傳輸一些云圖及氣象數(shù)據(jù)。

3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)包括3個(gè)階段:探索階段、發(fā)展階段和提高階段。20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始到90年代中期為探索階段。主要是引進(jìn)、吸收和消化國(guó)外引進(jìn)的水文監(jiān)測(cè)方面的先進(jìn)技術(shù)和方法。1981年，我國(guó)由南京自動(dòng)化研究所負(fù)責(zé)，引進(jìn)美國(guó)SM公司的設(shè)備，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)，主要用于監(jiān)測(cè)第二松花江豐滿(mǎn)白山水情測(cè)報(bào)。由于受到美國(guó)的影響，遙測(cè)站采用了自報(bào)式的工作體制，使用VHF通訊。由于資金及技術(shù)個(gè)方面的問(wèn)題，我國(guó)在此以后幾乎沒(méi)有再引進(jìn)國(guó)外水情監(jiān)測(cè)設(shè)備直到1994年，才又一次引進(jìn)了美國(guó)HANDAR公司產(chǎn)品。

這一次的引進(jìn)使得我們清楚的認(rèn)識(shí)到自己與國(guó)外水文監(jiān)測(cè)技術(shù)的差距，無(wú)論是從穩(wěn)定性、可靠性、智能化程度、工藝水平等方面都存在巨大的問(wèn)題。

90年代后到21世紀(jì)初始是水文監(jiān)測(cè)的發(fā)展階段。由于看到了差距和不足，我國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展和研究水文監(jiān)測(cè)技術(shù)，國(guó)內(nèi)許多系統(tǒng)集成商也紛紛引進(jìn)和學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的設(shè)備和通訊方式。在此階段我國(guó)水文監(jiān)測(cè)技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)可以接近國(guó)外同期產(chǎn)品的技術(shù)水平。

1996年，國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星(INMARSAT)開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣，由于衛(wèi)星通信的大范圍覆蓋和傳輸可靠性，國(guó)內(nèi)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商和用戶(hù)對(duì)此給予了高度重視。由于其良好的覆蓋和傳輸性能在經(jīng)歷了2 a的調(diào)試后于1998年正式應(yīng)用于我國(guó)水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)踐中。

同一時(shí)期，由于我國(guó)公共交換電話(huà)網(wǎng)(PSTN)有線通信設(shè)備逐步成熟和防雷技術(shù)的發(fā)展，PSTN通信質(zhì)量明顯提高，采用PSTN電話(huà)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入了實(shí)用階段。

更為可貴的是，基于通信技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)采集器的開(kāi)發(fā)得到深入，多串口、多通信協(xié)議、多傳感器接入等要求不斷豐富，基于嵌入式工業(yè)控制總線的PC104、基于單芯片系統(tǒng)的片上系統(tǒng)(SOC)等設(shè)計(jì)技術(shù)得到應(yīng)用，系統(tǒng)的智能化和靈活性得到長(zhǎng)足發(fā)展。

提高階段是從2002年至今。2002年我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)建立了基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)短消息的通信方式即GMS，這使得其可以正式應(yīng)用于我國(guó)的水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。同年，國(guó)電自動(dòng)化研究院(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院的前身)研制了國(guó)內(nèi)首款采用表貼技術(shù)、基于平臺(tái)化概念設(shè)計(jì)的模塊化和小型化的ACS300數(shù)據(jù)采集器，將微功耗和寬工作溫度范圍指標(biāo)提升到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

2003年，由中國(guó)自己研發(fā)的的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)始商用，此系統(tǒng)的短信服務(wù)迅速被國(guó)內(nèi)的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)爭(zhēng)相應(yīng)用。2004年5月，我國(guó)建立了長(zhǎng)江三峽水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，覆蓋了重慶至宜昌的6萬(wàn) km2流域，系統(tǒng)采用 VHF、INMARSAT－C、PSTN和全線通等4種通信方式，包括126個(gè)水情遙測(cè)站，全部數(shù)據(jù)收集僅10 min，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)已經(jīng)與國(guó)際接軌，測(cè)報(bào)方式也由原始而單一的超短波變成了使用電話(huà)公網(wǎng)、衛(wèi)星及短波通訊的多元化格局，為收集時(shí)間和信息準(zhǔn)確性都提供了有力的保障。

4 結(jié)語(yǔ)

本文歸納了國(guó)內(nèi)外水文自動(dòng)化報(bào)測(cè)技術(shù)的解決措施與對(duì)策，討論了水文測(cè)報(bào)在水庫(kù)防洪預(yù)測(cè)、綜合治理和水利調(diào)度中的作用、目的、研究意義，對(duì)水庫(kù)水文自動(dòng)化報(bào)測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入研究。希望以后能夠結(jié)合工程實(shí)例對(duì)水文報(bào)測(cè)方面存在的問(wèn)題、區(qū)域、原因、通訊措施失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行了深入分析;在此基礎(chǔ)上，從方法、設(shè)備、技術(shù)等方面，研究水文自動(dòng)報(bào)測(cè)方案。本文對(duì)于今后水文自動(dòng)化報(bào)測(cè)采用更為科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的綜合治理方法具有一定的實(shí)踐和指導(dǎo)意義。

[1]郭澤辰.基于GPRS的遠(yuǎn)程自動(dòng)水文監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)[J].電力系統(tǒng)通信，2004(08):11－12.

[2]駱蘭.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]，河南水利與南水北調(diào)，2011(14):4－5.

[3]王樂(lè).水利工程自動(dòng)化控制應(yīng)用趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(10):96.