胡程港

[摘 要] 近些年，我國(guó)水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，智能測(cè)控技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)都是通過(guò)人工、設(shè)備進(jìn)行，不僅效率慢、誤差大，而且難以保證實(shí)時(shí)性測(cè)控。智能測(cè)控技術(shù)體系含有智能傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、智能處理器，可以實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且減少人工勞力投入。本文首先概述智能測(cè)控技術(shù)的含義與應(yīng)用必要性，然后總結(jié)智能測(cè)控技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用方法。

[關(guān)鍵詞] 水文監(jiān)測(cè);智能測(cè)控技術(shù);應(yīng)用

[中圖分類號(hào)] P332 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2020）03-118-2

隨著我國(guó)水利水電工程項(xiàng)目不斷增多，加之近些年極端氣候頻繁出現(xiàn)，流量調(diào)節(jié)變化較大，提高了水文測(cè)驗(yàn)難度，僅憑借傳統(tǒng)人工測(cè)驗(yàn)方法已經(jīng)無(wú)法滿足要求，這就需要有更加智能的方案作為支撐。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛，可以更加有效地檢測(cè)水文活動(dòng)，幫助工作人員更好地掌握流域內(nèi)河道水體變化規(guī)律，通過(guò)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息來(lái)掌握該段水文特點(diǎn)。如今的智能測(cè)控技術(shù)已成為水文監(jiān)測(cè)中不可或缺的一部分，如何充分發(fā)揮智能測(cè)控技術(shù)的效用是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

1 智能測(cè)控技術(shù)概述

智能測(cè)控技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信、GPS測(cè)量等技術(shù)作為輔助，全面對(duì)流域情況進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)某個(gè)階段、某個(gè)特定時(shí)間流域水文資源進(jìn)行全面收集，精準(zhǔn)掌握整個(gè)流域的水文狀況。

智能測(cè)控具有手動(dòng)測(cè)驗(yàn)、自動(dòng)測(cè)驗(yàn)2種工作形式。其中，手動(dòng)測(cè)控以人工的方式遠(yuǎn)程掌控，主要是介入或配合自動(dòng)監(jiān)控工作，解決自動(dòng)測(cè)控難以實(shí)施的工作，或者對(duì)自動(dòng)化作業(yè)結(jié)果進(jìn)行人工分析，實(shí)現(xiàn)水文測(cè)驗(yàn)工作數(shù)據(jù)信息的收集、整合。自動(dòng)測(cè)控方法可以精準(zhǔn)收集各方數(shù)據(jù)信息，并對(duì)所收集的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。自動(dòng)測(cè)控方法是指利用智能系統(tǒng)、智能設(shè)備（軟硬件），對(duì)某個(gè)流域水文情況進(jìn)行監(jiān)察，從而獲取該流域的水文數(shù)據(jù)信息[1]。

智能測(cè)控系統(tǒng)主要包含泥沙測(cè)定系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、纜道流量測(cè)量系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、有線或無(wú)線通信系統(tǒng)等，其可以有效測(cè)控流域內(nèi)水流速度、泥沙含量等數(shù)據(jù)信息。

2 智能測(cè)控技術(shù)應(yīng)用的必要性

應(yīng)用水文測(cè)控技術(shù)可以收集某個(gè)流域一段時(shí)間的水文信息，將水文信息作為水文部門(mén)開(kāi)展水資源規(guī)劃、防洪抗旱等工作的依據(jù)，為后續(xù)開(kāi)展各項(xiàng)工作奠定基礎(chǔ)。只有保證水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量、水平，才可以提高水資源利用率、保證用水安全、減少水資源浪費(fèi)。以往水文監(jiān)測(cè)主要是依靠人工勞動(dòng)力，受到人為因素的影響，無(wú)法保證水文監(jiān)控的精度，特別是在新建水利工程數(shù)量不斷增多的情況下，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)和分析工作已經(jīng)無(wú)法滿足要求，也難以保證資料完整性、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，從而影響其他工作的正常開(kāi)展。

而智能測(cè)控技術(shù)融入了傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、智能處理器、大數(shù)據(jù)等，傳感器可以直接獲取水文數(shù)據(jù)信息，時(shí)刻傳遞精準(zhǔn)的流域內(nèi)河道水體變化規(guī)律，更好地呈現(xiàn)出水文數(shù)據(jù)變化規(guī)律，提高對(duì)水文條件現(xiàn)狀的了解程度。利用高性能傳感器可以保證水文監(jiān)測(cè)精度，通過(guò)有線或無(wú)線通信系統(tǒng)傳遞給智能處理器，實(shí)現(xiàn)信息不間斷傳遞，使人們?nèi)嬲莆账淖兓闆r。由此可見(jiàn)，全面加強(qiáng)智能測(cè)控技術(shù)應(yīng)用有著重要意義[2]。

3 智能測(cè)控技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用方法

智能測(cè)控技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用整體上涉及系統(tǒng)整體框架、軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)整體框架

水文測(cè)控系統(tǒng)結(jié)合了現(xiàn)代通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)，可以對(duì)水文流域流量、泥沙量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。整個(gè)系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)利用和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為后續(xù)開(kāi)展相關(guān)活動(dòng)奠定信息基礎(chǔ)。應(yīng)用智能測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器的精準(zhǔn)定位，采集每個(gè)區(qū)域的信息，智能處理器可以處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，結(jié)合大數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)分析水文情況，智能修復(fù)定位傳感器的監(jiān)測(cè)誤差，可以在1 s內(nèi)完成幾十個(gè)甚至幾百個(gè)數(shù)據(jù)集處理工作，短時(shí)間內(nèi)計(jì)算、分析測(cè)量結(jié)果，效率非常高。此外，相比自動(dòng)化系統(tǒng)，智能化系統(tǒng)最大的差異就是具有自主調(diào)節(jié)功能，也就是針對(duì)隨機(jī)因素、不確定結(jié)果進(jìn)行智能化測(cè)算，從而提供更加真實(shí)、更加貼近實(shí)際的數(shù)據(jù)信息?？紤]到水文環(huán)境十分復(fù)雜，所以在特殊條件下為了保證數(shù)據(jù)精度，還要憑借手動(dòng)模式或者專家系統(tǒng)輔助測(cè)算，從而實(shí)現(xiàn)智能測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 軟件系統(tǒng)

在智能測(cè)控軟件系統(tǒng)中，為了能充分發(fā)揮智能測(cè)控技術(shù)的效用，要對(duì)報(bào)表、硬件控制程序進(jìn)行編制、設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)收集、整合、分析、存儲(chǔ)等功能，保證硬件設(shè)備可以正常運(yùn)行，并規(guī)范硬件設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)，這樣才能確保水文監(jiān)測(cè)工作順利開(kāi)展。

3.2.1 報(bào)表程序編制。結(jié)合水文監(jiān)測(cè)行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求及被監(jiān)測(cè)流域現(xiàn)狀，報(bào)表程序編制要確?？煽匦?、數(shù)據(jù)精度、可操作性，適用于整個(gè)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。將傳感器采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合、應(yīng)用、存儲(chǔ)、應(yīng)用，繪制流域的流速、水深橫向分布圖，同時(shí)還需將各項(xiàng)測(cè)驗(yàn)工作計(jì)算、成果報(bào)表等編制到程序體系中。

3.2.2 硬件控制程序編制。智能化硬件控制程序編制難度較大，可以借助VB程序軟件輔助編制硬件控制程序，輸入被監(jiān)測(cè)流域的具體數(shù)據(jù)信息，調(diào)整人機(jī)交互界面，以可視化形態(tài)展示信息數(shù)據(jù)、圖標(biāo)等，提高用戶操作便捷性和準(zhǔn)確性。整個(gè)系統(tǒng)中包括硬件運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)功能設(shè)定，同時(shí)具備各項(xiàng)參數(shù)、功能點(diǎn)調(diào)整功能，通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水域情況、實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)變化等，從而滿足水文監(jiān)測(cè)工作需求。同時(shí)，智能化測(cè)控程序應(yīng)用應(yīng)盡可能減少人工勞動(dòng)力的投入，也就是實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化監(jiān)控，保證操作步驟足夠精簡(jiǎn)、迅速[3]。

3.2.3 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于Windows多任務(wù)、多線程操作系統(tǒng)構(gòu)成的用戶圖形軟件。整個(gè)系統(tǒng)采用了C/S（客戶/服務(wù)器架構(gòu)）和B/S（瀏覽器/服務(wù)器）的架構(gòu)混合模式?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用基于Windows數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的SQLserver 2018進(jìn)行管理、維護(hù)，可以有效滿足礦井對(duì)水文數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的相關(guān)功能，同時(shí)具備遠(yuǎn)程發(fā)布、網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)等功能。此外，智能測(cè)控軟件系統(tǒng)配合使用GIS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)綜合處理和空間數(shù)據(jù)分析，可以構(gòu)建水文地質(zhì)領(lǐng)域分析模型，提高水文監(jiān)測(cè)工作效率。

3.3 硬件系統(tǒng)

智能測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要?jiǎng)澐譃榘渡?、水下兩個(gè)硬件系統(tǒng)，既要保障兩個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立性，也要確保兩個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)性，這樣才能更加全面地掌握流域水文特征。

3.3.1 岸上硬件設(shè)計(jì)。岸上設(shè)備以通信、信息處理等設(shè)備為主，包括電動(dòng)力設(shè)備、計(jì)算機(jī)測(cè)控設(shè)備、通信模塊、信息轉(zhuǎn)換模塊和接收解碼模塊等，各個(gè)部分為智能處理器提供信號(hào)，從而保證水文檢測(cè)（流速、泥沙含量等）信息的精準(zhǔn)性，為后續(xù)信息處理奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，智能化硬件具備自動(dòng)解決故障功能，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)故障參數(shù)（包括死機(jī)自送保存和重啟、通信中斷自動(dòng)重連、傳輸錯(cuò)誤自動(dòng)校正等），如果無(wú)法調(diào)節(jié)會(huì)向控制中心發(fā)送警報(bào)信息，保證數(shù)據(jù)安全。同時(shí)，針對(duì)系統(tǒng)不同功能模塊設(shè)計(jì)，采用可拓展接口設(shè)備，可以通過(guò)接口連接實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的自動(dòng)化升級(jí)，設(shè)置防雷接地系統(tǒng)有效應(yīng)對(duì)雷電、磁場(chǎng)干擾等問(wèn)題，保證硬件設(shè)施運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性[4]。此外，岸上硬件系統(tǒng)還需要具備系統(tǒng)程序的自動(dòng)優(yōu)化、升級(jí)等功能，從而滿足水文測(cè)驗(yàn)人員多樣化測(cè)驗(yàn)需求，確保智能測(cè)控工作順利開(kāi)展。

3.3.2 水下硬件設(shè)計(jì)。水下硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大，并且對(duì)硬件設(shè)備的防水性、適應(yīng)性要求很高。水下智能設(shè)備主要是各類傳感器，負(fù)責(zé)信號(hào)收集、轉(zhuǎn)化、傳遞工作，可以避免數(shù)據(jù)信號(hào)在傳遞中出現(xiàn)時(shí)序混亂情況。同時(shí)，水下設(shè)備中的單片機(jī)借助硬件控制程序軟件，確保信號(hào)傳遞的獨(dú)立性，避免信號(hào)之間產(chǎn)生干擾問(wèn)題。另外，還要在水下設(shè)置短波通信、高頻發(fā)射電路等設(shè)施，短波通信技術(shù)主要負(fù)責(zé)信息傳遞，高頻發(fā)射電路負(fù)責(zé)獲取經(jīng)過(guò)單片機(jī)編碼處理的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳遞，保證數(shù)據(jù)傳遞的完整性、安全性，配合岸上設(shè)備完成水下?tīng)顩r監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

在水文監(jiān)測(cè)中應(yīng)用智能測(cè)控系統(tǒng)可以有效緩解傳統(tǒng)人工測(cè)控的弊端，保證水文測(cè)控精度、實(shí)時(shí)性。這就需要相關(guān)人員認(rèn)識(shí)到水文監(jiān)控技術(shù)的作用，在確定智能測(cè)控框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合岸上、水下硬件體系，編制設(shè)計(jì)軟件控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)智能硬件的智能化操控，減少人工勞力投入量，從而充分發(fā)揮智能測(cè)控技術(shù)的積極作用。

參考文獻(xiàn)

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