□張國慶

ITMS實現(xiàn)流速儀法河流流量測驗自動化

□張國慶

河流流量測驗與成果管理系統(tǒng)（ITMS）實現(xiàn)了從流速儀測流信息來源性采集到加工處理，自動完成斷面測驗和分析計算、成果整編工作，由便攜式計算機支持測驗作業(yè)，把傳統(tǒng)的測驗?zāi)Ｊ教岣叩叫畔⒒臏y驗水平。

流速儀；便攜式計算機；COM端口；流量測驗；自動化

河流流量測驗是最基本的水文業(yè)務(wù)工作，流速儀測流一直是水文行業(yè)流量測驗的主要方法，也是率定和衡量其他各種測流方法精度的標(biāo)準(zhǔn)，一般采用橋測、船測或水文纜道測量，人工記時、記數(shù)和計算，手段落后，工作效率低?，F(xiàn)在ADCP測流方式已廣泛應(yīng)用且已納入行業(yè)規(guī)范，但受水質(zhì)、河床等條件限制，始終不能完全取代流速儀法、浮標(biāo)法等傳統(tǒng)測驗方式。河流流量測驗與成果管理系統(tǒng)（ITMS）的日益成熟，實現(xiàn)來源性采集信息和擁有一個成熟可靠的軟件系統(tǒng)來支持，達(dá)到自動化、信息化的最高水平。

1.ITMS簡介

ITMS是由測速信號采集和計算機軟件處理共同組成的流量測驗整編系統(tǒng)，是水文測驗整編人員在長期工作實踐中基于PowerBuilder工具開發(fā)的集流量、輸沙測驗信息的采集并自動計算、誤差分析、輔助整編等一體的計算機軟件系統(tǒng)，經(jīng)過多年的完善，已經(jīng)成為水文基層人員深深信賴的測報工具，特別是斷面流量自動測驗分析計算功能，以其同人工記錄相同的界面和即時得到測驗結(jié)果的人性化、規(guī)范化，對流速儀工作原理的理解的全面性、嚴(yán)謹(jǐn)性和作業(yè)中的簡單性、計算結(jié)果的正確性，以及程序設(shè)計了計時計數(shù)功能，使用便攜式計算機取代了停表、記錄紙、計算器等測驗工具，使測驗水平有了本質(zhì)的提高。

通過基于單片機的PC-LL3n型（無線）測速信號裝置、專用鼠標(biāo)信號器、人工操作這3種采集方式，實現(xiàn)流量、輸沙率智能分析計算、測驗不確定度和誤差分析、日平均流量沙量的推求及過水總量計算、成果輸出、流速儀自動注冊管理、大斷面更新維護等工作。

2.端口讀寫與施測過程設(shè)計

2.1 交互界面

對測速裝置的測試、施測、提示等均在分析計算界面進行，給用戶一個圖、文、聲、表并茂的開放式操作平臺，并為野外作業(yè)能有一個最佳視線，設(shè)計了多種屏幕顏色可供選擇。

2.2 信號獲取

PowerBuilder11.0新增的byte數(shù)據(jù)類型為本系統(tǒng)讀取COM端口數(shù)據(jù)提供了技術(shù)支持。測速信號裝置接收端接收的各路信號由單片機處理后通過COM端口向計算機發(fā)送，這里使用通用軟件轉(zhuǎn)換到USB口，并使用USB的5V電源支持工作。

一是識別端口。為保證接收端插入計算機的任一USB口能夠被有效識別，在每次工作開始前進行測試。點擊“接儀器信號”選擇圖框，通過遍歷windows虛擬的全部COM端口，發(fā)送和接收事先同單片機約定的口令，直到配對找到為止，給予成功連接提示并準(zhǔn)備施測，查找失敗則表明采集發(fā)射端電源未開啟或出現(xiàn)故障。二是數(shù)據(jù)讀取。識別成功并在接到計算機的開始工作指令后，單片機向端口以0.1s的頻率和波特率9600,N,8,1連續(xù)發(fā)送處理后的數(shù)據(jù)，程序采用Timer事件驅(qū)動，以0.055s的頻率和相同波特率讀取，這樣盡管函數(shù)Timer(0.055)的時間不是很精確，但足以保證不會丟失端口數(shù)據(jù)，當(dāng)然也必須對讀到的空值進行處理，采取累計連續(xù)讀空值的時間，并設(shè)置超過2s則判斷信號裝置出現(xiàn)故障。程序控制累加讀到的開始施測到結(jié)束的有效流速儀信號作為信號數(shù)，用于測點流速計算。為防止接觸絲式流速儀因老化而造成虛連接致使1個信號多次讀取的波動，允許用戶在測速前任意設(shè)置流速儀信號最短時間間隔，需要程序?qū)π∮谠摃r間間隔的相鄰2個或連續(xù)多個信號合并為1個，從而保證測速結(jié)果的正確。

2.3 施測過程

一是信號提示。同傳統(tǒng)的測驗方式使用的音響器一樣，對讀取的各路信號使用聲明的windows的API函數(shù)PlaySound實現(xiàn)多媒體播放形式提示用戶，包括水面、流速儀、河底，以及由此派生的其它提示信息共10個。二是用戶實施測驗。選擇第1條測速垂線（測點），流速儀置于相應(yīng)測速位置時，點擊停表圖框開始測驗，程序自動將停表和信號數(shù)（由流速儀轉(zhuǎn)數(shù)得到）同時復(fù)制到該測點所在行進行動態(tài)計時和計數(shù)，到達(dá)設(shè)定的測速時間（如60s）后的第一個流速儀信號接收，即完成本次測點流速測驗，并自動觸發(fā)EditChanged事件完成計算分析，自動跳轉(zhuǎn)下一垂線（測點），直至斷面最后一條垂線完成，相應(yīng)的斷面統(tǒng)計分析工作同時完成，整個斷面流量的測驗結(jié)束。對任一有疑問的測點，可重新選擇該測點或通過采集發(fā)射端的人工按鍵人為控制，以單向循環(huán)的方式跳轉(zhuǎn)至該測點重新施測。當(dāng)然也可以人工干預(yù)或全部由人工操作記錄測速歷時和信號轉(zhuǎn)數(shù)完成，即不必需選擇垂線，從點擊停表圖框開始施測，視為傳統(tǒng)測驗方式的音響器，由人工錄入取得的測驗信息。

3.結(jié)語

該系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用于水文基層測站，使用便攜式計算機取代了停表、記錄紙、計算器等測驗工具，特別是實現(xiàn)的斷面流量智能化分析計算功能，以其同人工記錄相同的界面和即時得到測驗結(jié)果的人性化、規(guī)范化，對流速儀工作原理的理解的全面性、嚴(yán)謹(jǐn)性和作業(yè)中的簡單性、計算結(jié)果的正確性，已經(jīng)成為測報人員依賴的測報工具?！?/p>

2016-04-12

張國慶，男，漢族，滄州水文水資源勘測局，工程師。