金 哲 張建軍 宋紅翔 肖旎旎

(長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441022)

無線傳輸設備在襄陽水文站H-ADCP上的應用

金 哲 張建軍 宋紅翔 肖旎旎

(長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441022)

以襄陽水文站H-ADCP流量在線監(jiān)測系統(tǒng)為例，探討了儀器自身信號傳輸在受外界強干擾信號影響下的應用方法和改進方案。分析表明，通過采用流量通網(wǎng)絡遠程終端的試運行，較好地解決了目前儀器自身信號傳輸受外界強干擾信號影響和基層偏遠測站對在線數(shù)據(jù)的監(jiān)測等問題；該系統(tǒng)運行維護成本低，適用范圍大、數(shù)據(jù)質量穩(wěn)定，符合水文自動監(jiān)測的要求。

流量監(jiān)測；H-ADCP;無線傳輸；襄陽

1 概 述

襄陽水文站位于湖北省襄陽市城區(qū)，是漢江中游重要水文控制站。該站測驗斷面上游70 km處有王甫州水利樞紐工程，下游13 km有崔家營航電樞紐工程。由于該站處于水庫庫區(qū)，常規(guī)的測驗手段無法滿足流量測驗精度要求。為掌握實時流量變化過程，該站于2009年引進了美國RDI儀器公司的流量在線監(jiān)測設備H-ADCP，經(jīng)比測后投產(chǎn)運行。自2013年襄陽市完成古城墻亮化工程后，H-ADCP有線信號傳輸一直受到干擾，致使站房內(nèi)接收的流量數(shù)據(jù)存在紊亂現(xiàn)象。

2 襄陽站流量在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

H-ADCP在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設備主要由3部分組成：①數(shù)據(jù)采集，即采用H-ADCP儀器實時采集流量斷面上二維流速分布數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)傳輸，即將100 m五芯信號屏蔽傳輸線連接H-ADCP設備和站房計算機；③數(shù)據(jù)接收，即采用計算機和相關軟件對所測數(shù)據(jù)進行儲存與整理。

2.2 數(shù)據(jù)接收

計算機數(shù)據(jù)接收軟件采用WinH-ADCP，圖1為2011年5月6日0：42的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖1 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)(2011年5月6日0∶42)

圖2 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)界面(2013年12月10日09∶24)

從圖中可以看出：①區(qū)間-流速關系圖中，流速符合區(qū)間橫向分布形態(tài)；②斷面相關性圖中，波束符合區(qū)間分布且兩個發(fā)射探頭的波束數(shù)吻合。以上結果反映出在線監(jiān)測系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)質量較好。

3 信號傳輸受干擾情況

3.1 干擾現(xiàn)象

選取2013年12月10日09∶24數(shù)據(jù)(見圖2)，從中明顯可以看出：①流速不符合區(qū)間橫向分布形態(tài)，線條出現(xiàn)紊亂；②波束不符合區(qū)間分布，且兩個發(fā)射探頭的波束數(shù)不吻合。以上結果反映出此時接收到的數(shù)據(jù)質量較差。

3.2 原因分析及處理措施

2009年該系統(tǒng)投產(chǎn)后，設備在數(shù)據(jù)采集、信號傳輸以及接收、處理等環(huán)節(jié)均處于正常狀態(tài)，但自從2013年襄陽市完成古城墻亮化工程后，H-ADCP有線信號傳輸出現(xiàn)不正常現(xiàn)象(如圖2所示)，即每天0∶00至8∶00段正常，其余時間數(shù)據(jù)質量較差。經(jīng)分析判斷得出， H-ADCP有線信號傳輸線在穿越城墻上空時，可能受到亮化工程中的強電磁干擾。

為此，將站房內(nèi)接收信號的計算機置于H-ADCP設備旁，并直接通過原裝20 m數(shù)據(jù)線與H-ADCP數(shù)據(jù)采集儀器連接，結果顯示接收的數(shù)據(jù)正常，無紊亂現(xiàn)象。據(jù)此推測H-ADCP、計算機包括相關軟件未出現(xiàn)故障，而信號傳輸出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象可能是因為數(shù)據(jù)從采集到接收傳輸過程中受到了干擾。為了排除傳輸導線本身的問題，在信號采集設備(斷面上)與信號接收(站房內(nèi))之間重新埋設了一根長約100 m的數(shù)據(jù)傳輸線，結果顯示接收到的數(shù)據(jù)有明顯改善，但仍未達到滿意的效果。推測為新設的傳輸線依然受市政交流電線干擾，但由于地理條件因素限制無法繼續(xù)遠離干擾源。

圖3 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)界面(2014年7月11日0∶48)

基于此種情況，提出H-ADCP無線信號傳輸模式，購置H-ADCP專用高速雙工數(shù)傳電臺兩個(信號接收電臺及用于數(shù)據(jù)處理的計算機仍然放置于100 m外的辦公室)，放棄有線傳輸模式。電臺技術參數(shù)見表1。

3.3 處理后數(shù)據(jù)狀況

圖3為2014年7月11日0：48數(shù)據(jù)。顯然接收到的數(shù)據(jù)信號質量較好，滿足技術要求。

由于此款電臺適用的數(shù)據(jù)接收軟件是“流量通-H”，這里為了方便比較，采用“WinH-ADCP”回放流量通整理的數(shù)據(jù)，兩款軟件數(shù)據(jù)格式相同，互為通用。“流量通-H”的數(shù)據(jù)接收界面見圖4。

表1 電臺技術參數(shù)

圖4 “流量通-H”數(shù)據(jù)接收界面

4 無線傳輸技術的推廣

4.1 推廣背景

傳統(tǒng)的H-ADCP在線監(jiān)測采用有線傳輸方式，接收數(shù)據(jù)的PC機都放置在各測站內(nèi)，即使采用電臺無線近傳，距離也限制在5 km以內(nèi)。自2016年漢江局全面推行巡測管理制度，原先的測站駐守人員調(diào)回各個分局，致使測站的H-ADCP傳統(tǒng)在線監(jiān)測模式無法滿足現(xiàn)在的管理模式。考慮到此種情況，襄陽分局最近引進了H-ADCP流量通網(wǎng)絡遠程終端。

4.2 遠程終端介紹

此遠程遙控終端主要包括：①宏電GPRS遠程模塊，內(nèi)置移動電話卡，以流量方式傳輸數(shù)據(jù)；②H-ADCP外置擴容器，提供U盤大容量存儲接口，在實時傳輸數(shù)據(jù)的同時存儲流量數(shù)據(jù)，保障了設備通信出現(xiàn)故障時原始數(shù)據(jù)的完整性；③數(shù)據(jù)分析儀，當H-ADCP正常工作時，面板顯示當前設備序列號和內(nèi)外水位(若有外接水位將同時顯示外接水位，沒有則顯示0)，實施對數(shù)據(jù)的實時采集及發(fā)送。實物尺寸200 mm×280 mm×65 mm，12 V電源供電，安裝方便。

4.3 流量接收軟件介紹

接收軟件安裝在分局服務器上，需建立專用數(shù)據(jù)庫和IP端口，按此IP和端口號設定好GPRS模塊的傳輸?shù)刂泛缶涂梢跃W(wǎng)頁的形式查看接收到的流量數(shù)據(jù)，見圖5。軟件參數(shù)配置包括基本信息和斷面配置，基本信息包含測站編號、測站名稱、選擇指標流速算法、回歸方程參數(shù)、儀器位置、水位選項及平均單元范圍。斷面配置則需要內(nèi)業(yè)人員按規(guī)定格式編輯好此斷面的基本要素，上傳至服務器。全部參數(shù)設置完成后軟件會計算每次數(shù)據(jù)的瞬時流速和瞬時流量，方便人員的在線監(jiān)測，出現(xiàn)問題亦能及時發(fā)現(xiàn)。

圖5 流量在線監(jiān)測界面

5 無線傳輸技術應用展望

此前，漢江局現(xiàn)有的H-ADCP都是采用有線信號傳輸模式，比如黃龍站站房離H-ADCP采集設備300余米，中間穿越省道公路，給傳輸線架設帶來不便；其次，如果傳輸線長度超過1 km，信號會衰減嚴重，造成數(shù)據(jù)質量不理想，無疑限制了H-ADCP的適用范圍。無線傳輸模式安裝簡單、維護方便、受干擾影響小，同時符合漢江局現(xiàn)推行的水文信息現(xiàn)代化的理念，可實現(xiàn)H-ADCP在線監(jiān)測的無人值守。文中介紹的電臺適用于襄陽站這類H-ADCP與服務器距離較近的站點，屬近傳方式，無通信費用。流量通網(wǎng)絡遠程終端則屬于遠程傳輸模式，適合偏遠的站點，只需滿足手機信號覆蓋這一要求。

6 結 語

通過分析H-ADCP流量在線監(jiān)測系統(tǒng)2014年試運行所收集的在線流量數(shù)據(jù)，解決了有線傳輸模式信號干擾問題。通過流量通網(wǎng)絡遠程終端的試運行，解決了目前基層偏遠測站在線數(shù)據(jù)監(jiān)測問題。針對站房離斷面距離較遠、鋪設管線不易或周圍有強干擾源等因素，該方法適宜與H-ADCP配套使用。本文提出的改進方案雖實施成本略高于有線傳輸模式，但運行維護成本低、適用范圍大、數(shù)據(jù)質量穩(wěn)定，亦符合水文自動監(jiān)測的要求。

(編輯：朱曉紅)

2017-03-31

金哲，男，長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局，工程師.

1006-0081(2017)06-0015-05

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