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        水情自動測報(bào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

        2017-08-30 21:05:41蔣躍華
        黑龍江水利科技 2017年6期
        關(guān)鍵詞:信息系統(tǒng)

        蔣躍華

        ( 新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,烏魯木齊 830000)

        水情自動測報(bào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

        蔣躍華

        ( 新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,烏魯木齊 830000)

        水文信息需要現(xiàn)代科技進(jìn)行實(shí)時(shí)的遙測算、傳送和處理,因此水情自動測報(bào)技術(shù)就起到了這樣的作用,能夠?qū)λ畮斓姆篮檎{(diào)度、水資源的合理運(yùn)用等進(jìn)行合理的解決,是目前較為有效的非土建工程防洪措施。文章在對當(dāng)前水情自動測報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行了建設(shè)和分析的基礎(chǔ)上,提出水情自動測報(bào)系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)造、水情自動測報(bào)系統(tǒng)的精度預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)模型的及時(shí)校正、數(shù)據(jù)的補(bǔ)充自動采集、洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)的主要功能、洪水調(diào)度方案的合理性等問題進(jìn)行闡述,將洪水調(diào)度子系統(tǒng)包括的基本信息服務(wù)和主要功能等加以分析,分析了水情測報(bào)系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀,功能優(yōu)勢等,提出今后采用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行子系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度集成的論點(diǎn)。

        洪水測報(bào);自動調(diào)度;水情實(shí)時(shí)信息;發(fā)展現(xiàn)狀

        我國的地域遼闊,地形較為復(fù)雜。水災(zāi)旱災(zāi)頻繁出現(xiàn),但是土建防洪工程不能滿足災(zāi)情防護(hù)的需要。江河流域、水庫的洪水預(yù)報(bào)已經(jīng)達(dá)到采用現(xiàn)代化技術(shù)的程度,可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的水文信息的傳送和處理、遙測,合理利用當(dāng)前的水庫資源和水資源,水資源的防洪調(diào)度等加以水文等學(xué)科的綜合,對水文進(jìn)行測量和計(jì)算,提高洪水預(yù)報(bào)的精度,將以往的水庫安全度汛的落后情況進(jìn)行改善,改變了人工水情測量的弊端,提高了水情測報(bào)速度實(shí)和電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

        1 水情自動測報(bào)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

        1.1 基本的水情自動測報(bào)系統(tǒng)

        包括了要測站和中心站組。運(yùn)行的流程為:自動采集水情,實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)接收遙測數(shù)據(jù)、暫存和水情數(shù)據(jù)的發(fā)送。數(shù)據(jù)接收后形成了對洪水過程的預(yù)報(bào),將全國流域的水情信息進(jìn)行掌控。防洪調(diào)度的方案。監(jiān)控系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)交換信息,擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件庫,遠(yuǎn)距離信號傳輸系統(tǒng)等,需要進(jìn)行地面中繼站的設(shè)置,形成龐大的系統(tǒng)。但是這種設(shè)置維護(hù)較為困難。信息的再生和模擬方式的轉(zhuǎn)發(fā),每個(gè)基本遙測系統(tǒng)又相互獨(dú)立,超短波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),應(yīng)設(shè)置一個(gè)總調(diào)度中心,可以共享和可以自行取用,形成較大的行政設(shè)置和較大區(qū)域,設(shè)置多個(gè)分中心站,獨(dú)立的水情預(yù)報(bào)管理各個(gè)區(qū)段的測報(bào)任務(wù),總調(diào)度中心就是統(tǒng)管這些信息資料,能夠?qū)π畔?shù)據(jù)加以調(diào)度和決策,當(dāng)前的水情自動測報(bào)系統(tǒng)包括了自報(bào)式和應(yīng)答式體制,前者采用隨機(jī)發(fā)送信息的方式將數(shù)據(jù)采集到的參數(shù)的變化加以分析,后者按照調(diào)度中心的命令將信息進(jìn)行采集并且進(jìn)行發(fā)送。各組成部分的任務(wù)表見表1。

        表1 各組成部分的任務(wù)表

        1.2 當(dāng)前我國的超短波水情自動測報(bào)系統(tǒng)

        體質(zhì)遙測功能較為強(qiáng)大,采用的多為自報(bào)式體質(zhì),水情自動測報(bào)系統(tǒng)正在成為各個(gè)小區(qū)間的系統(tǒng)一般采用自報(bào)式采集數(shù)據(jù)。從當(dāng)前的傳感器的發(fā)展技術(shù)來看,水電工程建設(shè)中的一部分,水情的自動測報(bào)中,為大流域、大行政區(qū)的水能總調(diào)度提供依據(jù)[2]。采用遙測參量進(jìn)行水情信息的測算。

        當(dāng)前進(jìn)行水情自動測報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)程序?yàn)椋合葘ο到y(tǒng)建設(shè)的必要性和可行性進(jìn)行規(guī)劃和論證,包含了流量、蒸發(fā)量、含沙量以及降雪量等。得到遙測站點(diǎn)以及通信方式的信道組網(wǎng)規(guī)劃,對系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和通信信道進(jìn)行現(xiàn)場測試和設(shè)計(jì),得到軟硬件的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工信道等的試運(yùn)行結(jié)果,確定系統(tǒng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)。進(jìn)入系統(tǒng)性能指標(biāo)的評估。根據(jù)審查通過的設(shè)計(jì)方案,當(dāng)今水利區(qū)域間監(jiān)理的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)多樣化發(fā)展態(tài)勢。經(jīng)過移交和鑒定,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

        1.3 系統(tǒng)功能

        1)系統(tǒng)的精度包含了數(shù)據(jù)精度和洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的精度,一般經(jīng)過運(yùn)行、考核和數(shù)學(xué)模型的建立后對水資源調(diào)度的信息處理等。對數(shù)據(jù)的合理性和必要性進(jìn)行數(shù)據(jù)的插補(bǔ),對雨量、水位等參數(shù)進(jìn)行自動采集,得到了系統(tǒng)和危險(xiǎn)水情的報(bào)警信號,水文數(shù)據(jù)庫文件的剪力,洪水預(yù)報(bào)方案的制定以及系統(tǒng)功能要求的設(shè)定[3]。

        2)傳感器的分辨率系統(tǒng)、水情參數(shù)的精度等。例如雨量傳感器的分辨率應(yīng)保持在水位計(jì)的分辨率的工作范圍內(nèi)按照質(zhì)量要求數(shù)據(jù)的傳輸?shù)恼`碼率不能超過10-E4,對流量、含沙量等進(jìn)行水情的預(yù)報(bào),對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的最終處理包括了數(shù)據(jù)報(bào)表的繪制,洪水的預(yù)報(bào)和調(diào)度的精度能偶控制在90%左右。

        3)對系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析,得到預(yù)定功能的概率,最終在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)形成了報(bào)訊率的成功的概率計(jì)算公式:

        ps=n/N×100%

        (1)

        式中:N為報(bào)訊總次數(shù),P值為預(yù)報(bào)軟件的優(yōu)良性和水文模型的可靠性。

        4)超短波的數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)了水情自動測報(bào),這一系統(tǒng)的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了水情自動測報(bào),系統(tǒng)站點(diǎn)分布面廣,對應(yīng)答式體質(zhì)的系統(tǒng)的反應(yīng)速度中,因?yàn)橄到y(tǒng)越大,反應(yīng)速度就越慢,數(shù)據(jù)的收集時(shí)間就越長,系統(tǒng)的容度會受到限制,信道的占用時(shí)間越長,信號的受碰撞概率就越大,系統(tǒng)的容度會受到限制,在反應(yīng)速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壬?,誤碼率會逐漸地被降低。

        2 水情自動測報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展

        1)由于由于遙測站點(diǎn)的布設(shè),洪水預(yù)報(bào)精度要求而設(shè)置,應(yīng)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)收集的耗費(fèi)時(shí)間的限制,只能采用無線通信方式[4]。 一般超短波無線通信對水情的自動測報(bào)系統(tǒng)多處于高山邊遠(yuǎn)地區(qū),必須選擇合理的地址建立中繼站,組成合理的超短波通信網(wǎng)絡(luò),以收集遙測信息。超短波通信網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前我國絕大多數(shù)采用的數(shù)據(jù)通信手段組成合理的,用以收集遙測信息。

        2)中心站功能,預(yù)報(bào)洪水防洪調(diào)度,將采集到的水情信息進(jìn)行處理和存儲,采用全系統(tǒng)的監(jiān)控中樞,對后臺機(jī)進(jìn)行送數(shù)的信令的水文數(shù)據(jù)的傳送,執(zhí)行不同的功能和任務(wù),主要工作內(nèi)容是以遙測的水情數(shù)據(jù)信息為依據(jù),對水文數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的接收和遙測,對數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行監(jiān)測和解碼和糾錯,對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。對水文信息進(jìn)行報(bào)警和提示,檢查、查詢水文數(shù)據(jù)庫的操作,將網(wǎng)上的數(shù)據(jù)加以連接和交換。對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,全系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,根據(jù)率定的水文模型進(jìn)行流域的產(chǎn)流、匯流和洪水演進(jìn)計(jì)算,修訂預(yù)報(bào)成果,按照水庫的泄洪閘孔進(jìn)行水利的優(yōu)化調(diào)度,建立起水庫的歷史水文數(shù)據(jù)庫。

        3)采集子系統(tǒng)分為水情自動測報(bào)數(shù)據(jù)庫和水情自動測報(bào)管理子系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,使得預(yù)報(bào)的精度和調(diào)度的決策在所有的資料的采集都源于子系統(tǒng)的功能發(fā)揮,自動遙測的調(diào)度和預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展,未來的洪水總量將進(jìn)入被預(yù)測的極端,雨情的變化、氣象的情況,洪水的變化等都會進(jìn)入趨勢預(yù)測和分析的階段,不斷地提升準(zhǔn)確率,甚至可以根據(jù)調(diào)度的信息進(jìn)行人工對洪水預(yù)報(bào)的干預(yù)[5]。

        例如對水庫的洪水進(jìn)行預(yù)報(bào)的方法,通過數(shù)學(xué)模擬的水文模型,將水溫現(xiàn)象進(jìn)行隨機(jī)的模擬。如水文模型的研究模擬,模擬的系統(tǒng)分析對水文模型進(jìn)行模擬和概括流域的降雨量和蒸發(fā)量的系統(tǒng)模擬,降雨的徑流的水文過程可進(jìn)行數(shù)學(xué)的模擬輸出等,達(dá)到數(shù)學(xué)表達(dá)式和邏輯計(jì)算的系統(tǒng)分析,將模型中的待定參數(shù)進(jìn)行時(shí)間的降雨和徑流的資料的測定,斷口流量的系統(tǒng)輸出等。

        將流域內(nèi)的產(chǎn)匯流水水文現(xiàn)象建立起來,就是通過將預(yù)報(bào)的降雨的凈流量以及出口斷面的徑流過程進(jìn)行實(shí)際流域的預(yù)報(bào),特別是對山區(qū)性小流域的洪水的漲落秦光,進(jìn)行實(shí)時(shí)的系統(tǒng)的誤差信息的預(yù)報(bào)精度的提高和修正。修正的方法包括修正模型的參數(shù)、輸入的誤差、綜合的參數(shù),根據(jù)壩下的關(guān)鍵點(diǎn)的水情和工況,分析出防洪的形式等等,將誤差系列進(jìn)行回歸模型的建立,通過卡爾門濾波的修正功能,生成社會經(jīng)濟(jì)狀況的控制預(yù)案,將洪水的調(diào)度的子系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)報(bào),分析效益,評價(jià)意見,將規(guī)則加以協(xié)商和綜合,提出調(diào)度的可行性方案。

        在求解洪水預(yù)報(bào)過程中,將水庫的調(diào)度決策加以指導(dǎo),對于洪水預(yù)報(bào)的產(chǎn)匯流的模型的調(diào)用和實(shí)施,將降雨的信息進(jìn)行過程的演進(jìn),使用更新和決策的調(diào)度模型,根據(jù)新信息的洪水預(yù)報(bào)作業(yè),循序漸進(jìn)地將洪水的降雨過程進(jìn)行逐次的調(diào)度。

        歷史的水雨情能夠通過當(dāng)前的子系統(tǒng)進(jìn)行查詢,可以將當(dāng)前和前期的水情進(jìn)行多方位的預(yù)測和查詢,給用戶和防汛部門提供汛情信息,為用戶提供綜合的水文頻率、洪量特征、水情的調(diào)度和預(yù)測結(jié)果等信息,并以報(bào)表的形式輸出。

        3 結(jié) 語

        隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步,新型傳感器的開發(fā),讓水情自動測報(bào)系統(tǒng)得到創(chuàng)新性的開發(fā)。作為擁有豐富水利資源的大國,我國在水情自動測報(bào)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展上,擁有著廣闊的發(fā)展前景,今后應(yīng)該不斷進(jìn)行開拓創(chuàng)新,縮短與世界先進(jìn)技術(shù)水平的距離,為水利水電事業(yè)發(fā)展做出更多的努力。

        [1]甘明慶.黔西電廠沙壩河水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)改造[J].云南水力發(fā)電,2016,32(03):9-13.

        [2]薛夢.阿克蘇地區(qū)柯柯牙河灌區(qū)水情自動測報(bào)與閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(03):615,629.

        [3]謝陳輝,楊英權(quán),羅兆鵬,等.水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(18):1989.

        [4]李繼清,楊卓.水情自動測報(bào)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐與應(yīng)用探析[J].教育教學(xué)論壇,2015(08):233-234.

        [5]師寧焉.白石水庫GPRS水情自動測報(bào)系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].黑龍江水利科技,2014(06):91-93.

        1007-7596(2017)06-0151-03

        2017-05-22

        蔣躍華(1984-),男,新疆烏魯木齊人,工程師。

        P338.9

        B

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