賴寅基

【摘 要】 為保障嘉陵江航道暢通、安全、高效，介紹嘉陵江航道條件的現(xiàn)狀及建立水位監(jiān)測系統(tǒng)的必要性，闡述水位監(jiān)測系統(tǒng)建立的目的、結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)處理分析。水位監(jiān)測系統(tǒng)的建立為嘉陵江航道管理向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型奠定堅實的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 嘉陵江；水位監(jiān)測；數(shù)字化；智能化

0 引 言

嘉陵江作為內(nèi)河航運的重要干流，流經(jīng)甘肅、陜西、四川和重慶，其重要地位顯而易見。保障航道暢通、安全、高效是嘉陵江航道各級管理部門面臨的首要任務。內(nèi)河航運是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是綜合運輸體系中重要的組成部分。發(fā)展內(nèi)河航運對構(gòu)建“兩型”社會、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式具有重大意義，內(nèi)河航道作為內(nèi)河航運的三大要素之一，則是航運發(fā)展的先決條件。創(chuàng)新航道維護管理模式，促進航道維護由被動型向主動型轉(zhuǎn)變，對保障航道安全暢通、提升公共服務品質(zhì)至關(guān)重要。

嘉陵江水位變化快、幅度大，特別是在枯水季節(jié)或汛期更甚，快速、準確監(jiān)測水位并及時發(fā)布和共享水位信息就顯得尤為重要，直接關(guān)系到航道通航安全。傳統(tǒng)水位監(jiān)測的方法有人工讀水尺、浮子式水位計等，但這些方法都有一定的局限性，存在誤差大、無法及時獲取和共享信息、無法有效融入數(shù)字航道系統(tǒng)等諸多問題。隨著數(shù)字航道建設(shè)的穩(wěn)步推進，嘉陵江航道管理處在管轄范圍內(nèi)也同步建設(shè)了多個水位站點，但精度方面還有待提高，而且嘉陵江水文局定期發(fā)布的水位數(shù)據(jù)購買成本又比較高。為了彌補上述存在的實際問題，引入一種新型水位監(jiān)測技術(shù)一直是勘測中心重要的研究課題。

1 建立水位監(jiān)測系統(tǒng)的目的

（1）實時采集嘉陵江水域所規(guī)劃的監(jiān)測點位置坐標，以掌握實時水位數(shù)據(jù)，保證嘉陵江水域的安全。

（2）一旦出現(xiàn)緊急異常情況（如水位值超過警界值），系統(tǒng)能及時發(fā)出預警信息。

（3）實現(xiàn)各水位監(jiān)測站點水位自動記錄（無人值守情況下）、監(jiān)測系統(tǒng)的遠程登錄、遠程訪問、遠程管理、遠程控制和遠程維護。

（4）通過監(jiān)控中心實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)共享和存儲，運用分析軟件分別對各個航道基地各個時段的水位監(jiān)測數(shù)據(jù)進行歸納匯總統(tǒng)計，可以得到每年、每月、每天的水位變化曲線圖以及相對關(guān)系變化圖，從而直觀顯示水位信息數(shù)據(jù)的歷史變化及當前狀態(tài)，為管理人員提供簡單、明了、直觀、有效的信息參考。

2 水位監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

水位監(jiān)測系統(tǒng)主要包含連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）服務網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)等3個子系統(tǒng)。子系統(tǒng)間相互協(xié)作完成水位自動監(jiān)測：將水位監(jiān)測設(shè)備天線安裝于各水位監(jiān)測點所在基地的躉船頂部的開闊位置，利用基地岸電電源為監(jiān)測主機供電，主機通過3G/4G無線通信網(wǎng)絡(luò)，連接CORS服務網(wǎng)絡(luò)，將高精度的用戶位置電文（GGA）上傳，監(jiān)控中心服務軟件讀取CORS所存儲的監(jiān)測點高精度GGA，結(jié)合初始坐標和初始水位，得到監(jiān)測點實時水位及水位變化狀況。遠程監(jiān)控中心軟件可以將讀取的監(jiān)測數(shù)據(jù)生成報表，并在出現(xiàn)險情時發(fā)出預警，上級管理部門也能通過遠程方式進行檢查和巡視。

CORS指一個或若干個固定的、連續(xù)運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)（LAN/WAN）技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實時、自動地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶提供經(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值（載波相位、偽距），各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GPS服務項目的系統(tǒng)。水位監(jiān)測點監(jiān)測主機要實現(xiàn)高精度定位，就必須依托于CORS。[1]

3 水位監(jiān)測數(shù)據(jù)處理和分析

3.1 原始數(shù)據(jù)采集

原始數(shù)據(jù)采集軟件采用的是南方測繪自由行數(shù)據(jù)采集軟件，根據(jù)實際應用將水位數(shù)據(jù)自動采集時間間隔設(shè)置為6 min，各個水位監(jiān)測站會將每天24 h監(jiān)測數(shù)據(jù)自動存為一個數(shù)據(jù)包并存盤命名為當天日期。中心水位監(jiān)控室計算機利用遠程監(jiān)控軟件實時遠程控制各個水位監(jiān)測站計算機，并通過遠程軟件控制端將原始數(shù)據(jù)回傳至中心監(jiān)控室計算機存儲。

3.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)預處理前需要對存儲于中心監(jiān)控室計算機中的數(shù)據(jù)進行歸納分類，分別將各監(jiān)測站數(shù)據(jù)按日、月、年進行歸類。由于原始數(shù)據(jù)中包含了較多與數(shù)據(jù)分析無關(guān)的數(shù)據(jù)，因此需要對原始數(shù)據(jù)進行預處理，預處理軟件采用的是自行開發(fā)的Visual Basic數(shù)據(jù)處理程序[2]，并結(jié)合微軟的Office Excel軟件對預處理數(shù)據(jù)進行重新編輯分類，最后生成的數(shù)據(jù)格式為時間和對應的水位（本文采用的1985黃海高程）。

3.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)過預處理后利用Excel電子表格軟件分類提取得到各個監(jiān)測站各個時段的數(shù)據(jù)，最后通過各種圖表來實現(xiàn)各個時段與水位的相對關(guān)系（見圖1）。從各個觀測站每日、每月、每年的水位變化曲線及各個觀測站之間的日相對變化關(guān)系對比（見圖2），可以掌握基本的水位變化情況。

4 結(jié) 語

作為嘉陵江數(shù)字化、智能化航道建設(shè)的一部分，嘉陵江水位監(jiān)測系統(tǒng)自2016年建立以來已取得了初步成效，實現(xiàn)了嘉陵江各個站點水位實時監(jiān)測預警、遠程數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)分析等成果，同時也積累了相關(guān)的建設(shè)、管理和使用經(jīng)驗，對于將該系統(tǒng)逐步向嘉陵江全河段推廣起到了積極的示范作用。該系統(tǒng)的建設(shè)將進一步提升航道維護管理的質(zhì)量和效率，大大降低航道洪水期過往船舶的航行風險，為嘉陵江航道的健康發(fā)展帶來新的展望。

參考文獻：

[1] 羅靈軍，徐永書，夏定輝，等.重慶市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務系統(tǒng)（CQGISS）建設(shè)[J].測繪科學，2007（6）：164-166，210.

[2] 吳敬兵，潘偉峰.基于VBA的Excel二次開發(fā)應用研究[J].湖北教育學院學報，2007（2）：64-65.