水文信息监测（精选9篇）
水文信息监测 篇1
0 引言
水文信息是衡量水资源的重要指标，其中地下水位的变化与地下水的开采量和地面沉降有着密切的关系，对控制地面沉降具有重要的意义。传统的水文监测主要依靠人工、半人工的监测手段，造成了工作量大、效率低、数据处理繁杂易错、信息传输时效性差等问题，既不适应信息化的发展，又不能满足现代化管理的需要。而且劳动强度也很大，测量精度无法保障，尤其是监测一些地理位置比较偏远或分散的监测点，工作难度更大。为了合理利用水资源，充分了解各个流域水资源的状况，实现水文信息的自动化监测及远程管理，合理利用计算机技术、高精度的测量仪器、公众通信平台等工具，对实现水文信息的远程实时同步动态监测有重要意义。
随着无线通信技术的发展，我国信息化进程不断推进，各行各业对信息化要求也越来越高，在对信息化的认识上，从先前单纯的数字化提升到数字化与网络化、无线化相统一的高度。相对于目前信息化的要求，原有的有线系统虽然基本完成了数字化与网络化，但其布线复杂、维护成本高使得网络节点不能大范围地普及推广，这对信息化的深入和发展造成了很大的限制[1]。因此，信息化对无线数据传输技术的需求不断增大。如今移动网络覆盖范围广，它所提供的各项数据业务使许多智能设备、仪表实现了无线数据的远程传输。GPRS即通用系统无线业务可靠性高，且收费相对低廉。此外基于GPRS的系统，可以有效简化监测系统的地面设施。所以利用GPRS作为通信媒介是实现水文信息动态监测系统的一个有效途径[2]。
实现对水文信息的大面积自动监测需解决两个问题：
(1)如何在恶劣环境下准确测得水位信息;
(2)找到一种既能应用于人烟稀少的偏僻地区，又能在人口密集、建筑条件复杂的城市进行数据远程、实时通信，且耗资少，便于推广并进行计算机网络化管理的数据通信手段。
基于GPRS网络水文信息无线远程监测系统可实现自动化监测，可大大提高地下水动态监测的水平和质量，为科学、合理开发利用水资源，保护生态环境奠定扎实的基础。通过系统的应用，为城市可持续发展和减灾防灾工作提供了必要的决策支持和多元化服务。
1 系统的总体结构及工作过程
该系统利用GPRS通信方式，以基于嵌入式概念的单片机控制技术和GPRS无线模块的通信为核心，经数据采集、处理，传至监测中心用户终端，实现水位的实时动态监测。系统分为智能信息采集终端、信息综合服务器和用户终端三个部分。
系统总体结构框图如图1所示。
图1中的智能信息采集终端由单片机、GPRS无线模块、传感器、变送器等部分组成，主要负责采集水位信息，并将其发送至信息综合服务器;信息综合服务器主要分为数据接收和发送、控制管理、终端处理三个模块，用来对数据进行接收、处理、存储和显示;用户终端包括计算机用户终端和GPRS手机用户终端两种。使用计算机终端的用户需在计算机上安装终端应用程序，然后可上网查阅存放在信息综合服务器中的详细水位资料;手机用户在获得授权后，可通过手机得到实时的水文信息[3]。
系统的工作过程如下：信息采集终端采集现场水位数据，利用传感器和变送器将数据转换成标准信号，再经由模数转换器(A/D)转成数字信号，通过单片机的主控程序和发送数据子程序将采集到的数据经GPRS调制解调器(GPRS Modem)以短消息的方式发送出去。信息综合服务器接收到采集终端传来的由数据编码的短消息后，处理得到水位高程及相关信息，并将其存入数据库方便用户查阅。一旦用户有需要，便可启动收发模块，数据库中水位信息及相关信息将会发送到用户终端[4]。
系统的基本功能如下：
(1)定时自动采集水位数据并存储;
(2)人工录入基础数据及相关数据的编辑与修改;
(3)对所采集数据进行统计分析并制表绘图;
(4)利用计算机及专用软件，通过GPRS系统提供的手机短信功能对观测子站直接进行设置、调试和监测;
(5)能进行数据远程传输。
2 智能信息采集终端的设计
2.1 智能信息采集终端硬件
智能信息采集终端硬件主要由液位变送器、温度变送器、连接电缆和水文信息智能监测仪等构成，如图2所示。设计采用防腐性投入式液位变送器和铂电阻温度变送器。变送器前端采用不锈钢外壳用来防止观测井内水中杂质的干扰。连接电缆是指变送器与水文信息智能监测仪之间连接的电缆。由于液位测量时采用压力比较形式，故连接电缆采用中心有通气导管的专用电缆。水文信息智能监测仪以单片机为核心，配合模数转换、时钟芯片、数据存储、数据显示、后备电源等部分。
观测子站工作原理如下：利用分散设置在观测点的液位、温度变送器将测量得到液位、温度变量转换为可传送的标准化输出信号。系统采用4～20 mA电流信号传输方式将信号送入信息采集终端模数转换部分将模拟信号转成数字信号，以减少信号的衰减和接线的复杂性，再经单片机将转换后的数字信号进行分析处理。数据存储部分使用大容量存储芯片存储处理后的数据。日历时钟具有实时时钟计数功能还能为监测仪提供准确的日期及时钟信号。数据显示部分现场显示出实时监测数据。最后经由数据通信模块利用其内置的调制解调器，实现现场监测仪与各级水务部门中心监测站的计算机之间的数据交换。后备电源部分能在市电无法正常提供的时候保证监测仪的正常使用，且后备电源能与市电自动切换。
2.2 智能信息采集终端软件
滤波能将信号中特定波段频率滤除，是抑制和防止干扰的一项重要措施，基于数字滤波具有精度高、可靠性强、可程控改变特性和便于集成等优点考虑。本系统利用程序用数字滤波来提高水位采样信号的真实度。测量水位时，江河、湖泊和水库等的波浪冲击可能引起采样信号产生瞬时、幅值较大的脉冲干扰，而一旦在采样时刻出现这种干扰，系统就无法正常工作，所以对采样数据进行滤波十分必要。智能信息采集终端采用中值滤波法，即从采样窗口取出奇数个数据进行排序，用排序后的中值取代要处理的数据。系统软件的程序中安排了“冗余指令”可在PC因干扰出错，程序脱离正常轨道，出现“乱飞”时使程序迅速进入正轨，还安排了“软件陷阱”可在乱飞程序进入非程序区或表格区无法用冗余指令使程序入轨时发挥作用。数据采集分机软件包括主程序和数据传送子程序[5]。数据传送子程序流程如图3所示。
智能信息采集终端软件，使用C++语言编写，利用面向对象程序设计的编程架构，以构件的形式搭建应用软件的主要功能部件，以提高系统的可视性，也便于数据汇总和数据交换。利用Microsoft Access数据库保存及处理数据，提高系统的可靠性和运行效率[6]。
3 信息综合服务器程序的设计
水文远程监测网络系统主要由中心监测站和现场观测子站组成，分为两级联网。由三个环节构成：现场数据采集与存储、远程数据传输、数据分析与数据库管理，如图4所示。水文信息遥测管理系统使用C++语言编写，完成了由上到下的模块式总体设计。系统集合了水位信息的实时采集、预处理、数据存储及管理功能，构成了一个一体化的综合信息平台。通过无线远程传输技术，实时获取监测点的水资源信息，按照日、月、年，分不同时段将数据存入数据库，并绘制曲线(见图5)与直方图对比分析数据，最终将结果显示给用户，并能依照用户需求自动生成报表。上位机软件管理系统功能主要由信息综合管理模块、实时远程监测模块、水资源决策支持系统、输出模块及其他辅助功能组构成[4]。
3.1 实时远程监测模块
实时远程监测系统采用无线数据传输技术和串口通信技术采集数据信息，能随时监控监测点的运行情况，实时采集水位、水温数据。监测点的水位、水温传感器将水位、水温这两个物理量信息转换成模拟电信号传输至测报仪，经A/D将模拟信号转换成数字信号进行数据处理，并储存。需要水资源信息时，用户终端可以依据指定的通信协议将数据送至与之相连的Modem即调制解调器，再利用GPRS网络将数据以短信形式发出。监测中心的Modem收到短信后，经串口将收到的数据传至与之相连的上位PC机。当监测中心需要采集实时数据时，可以经由遥测管理系统的实时数据采集模块向监测站发送信息。
3.2 水资源决策支持系统
该系统采用信息融合技术对多个传感器的观测信息进行分析、综合处理，根据采集到的信息，在水资源数据库中查找并计算出每个测点每个年月水位的最大值、最小值、平均值等数据建立模型，结合当时的水环境情况、区域发展的现状、总体规划的要求，结合模型对数据进行综合处理和全面分析。
3.3 输出模块
在此部分用户可将数据导入到Excel或Word中进行查阅或做进一步处理，根据各自需求的格式自动生成电子报表，有一日报、三日报和五日报三种，并可通过打印机打印出来。
4 系统的功能扩展及创新点
目前该系统只用来监测水位，但其监测终端提供了多路模拟量输入接口，可实现多路信号的同时接入。即在监测水位的同时，对水温、流速等进行测量。系统能够实现数据的远程传输，同时不受环境条件的限制，不但能用于水位的远程监测，还能对水库堤坝、江河水渠、蓄水池等的水位进行远程监测。系统符合监测领域中GPRS技术、嵌入式系统技术相互结合的发展趋势，使用方便，结构简单，操作容易，应用前景广。
5 结语
随着信息化进程，水文信息监测系统趋向网络化科技化发展，要求水文信息的获取更加精准及时，水文观测项目和内容也不断增加，对观测手段和方法及水文监测技术的研发和应用提出了越来越高的要求。本文设计的基于GPRS的水文信息无线远程监测系统，基于GPRS网络(在现有的GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现)，利用短消息方式，进行单片机模块开发的远程数据采集系统。将远距离采集数据与GPRS无线数据传输技术相结合，改变了以往有线的局限，能够实现水文站的无人值守功能，改变以往人工监测造成的低准确性。系统的结构简单，易于扩展，网络覆盖广，不受地理位置限制，通信费用低，数据实时在线，可广泛用于地质，水文等领域，能应用于交通不便、没有电力的偏远地区，具有较高的应用与推广价值。
摘要：研究设计了一种基于单片机与GPRS网络的水文信息远程监测管理系统,利用GPRS网络的短消息业务来完成水位、温度等参数的无线、远程和实时传输,实现测量结果的计算机管理,测量精度高。经过实际使用证明,系统具有较高的稳定性与实用性,从而为科学开发和合理利用地下水资源、有效地预防地面沉降及地裂缝的发展和政府决策提供了科学依据。
关键词：水文信息,遥测系统,GPRS,嵌入式系统
参考文献
[1]郝晓弘,李桂肃,瞿华.基于移动网络的嵌入式远程数据终端实现[J].微计算机信息,2007(z2):24-25.
[2]史素美,李战明.嵌入式远程测控系统在GSM/GPRS网络基础上的研究[D].兰州:兰州理工大学,2006.
[3]靳孝峰,毋玉芝,董栋.基于GSM网络的智能遥测水位系统[J].通信技术,2009(7):122-124.
[4]张玉杰,葛金娟.地下水资源遥测管理系统设计[J].计算机测量与控制,2010(12):2869-2871.
[5]靳孝峰,张艳.水位遥测系统的研制[J].人民黄河,2010(4):23-25.
[6]张银亮.西安市地下水远程监测网络系统的应用[J].地下水,2005(4):270-271.
水文信息监测 篇2
第二条 本办法适用于国家基本水文测站(以下简称水文测站)水文监测环境和设施的保护。
本办法所称水文监测环境，是指为确保准确监测水文信息所必需的区域构成的立体空间。
本办法所称水文监测设施，是指水文站房、水文缆道、测船、测船码头、监测场地、监测井(台)、水尺(桩)、监测标志、专用道路、仪器设备、水文通信设施以及附属设施等。
第三条 国务院水行政主管部门负责全国水文监测环境和设施保护的监督管理工作，其直属的水文机构具体负责组织实施。
国务院水行政主管部门在国家确定的重要江河、湖泊设立的流域管理机构(以下简称流域管理机构)，在所管辖范围内按照法律、行政法规和本办法规定的权限，组织实施有关水文监测环境和设施保护的监督管理工作。
省、自治区、直辖市人民政府水行政主管部门负责本行政区域内的水文监测环境和设施保护的监督管理工作，其直属的水文机构接受上级业务主管部门的指导，并在当地人民政府的领导下具体负责组织实施。
第四条 水文监测环境保护范围应当因地制宜，符合有关技术标准，一般按照以下标准划定：
(一)水文监测河段周围环境保护范围：沿河纵向以水文基本监测断面上下游各一定距离为边界，不小于五百米，不大于一千米;沿河横向以水文监测过河索道两岸固定建筑物外二十米为边界，或者根据河道管理范围确定。
(二)水文监测设施周围环境保护范围：以监测场地周围三十米、其他监测设施周围二十米为边界。
第五条 有关流域管理机构或者水行政主管部门应当根据管理权限并按照本办法第四条规定的标准拟定水文监测环境保护范围，报水文监测环境保护范围所在地县级人民政府划定，并在划定的保护范围边界设立地面标志。
第六条 禁止在水文监测环境保护范围内从事下列活动：
(一)种植树木、高秆作物，堆放物料，修建建筑物，停靠船只;
(二)取土、挖砂、采石、淘金、爆破、倾倒废弃物;
(三)在监测断面取水、排污，在过河设备、气象观测场、监测断面的上空架设线路;
(四)埋设管线，设置障碍物，设置渔具、锚锭、锚链，在水尺(桩)上栓系牲畜;
(五)网箱养殖，水生植物种植，烧荒、烧窑、熏肥;
(六)其他危害水文监测设施安全、干扰水文监测设施运行、影响水文监测结果的活动。
第七条 国家依法保护水文监测设施。任何单位和个人不得侵占、毁坏、擅自移动或者擅自使用水文监测设施，不得使用水文通信设施进行与水文监测无关的活动。
第八条 未经批准，任何单位和个人不得迁移水文测站。因重大工程建设确需迁移的，建设单位应当在建设项目立项前，报请对该水文测站有管理权限的流域管理机构或者水行政主管部门批准，所需费用由建设单位承担。
第九条 在水文测站上下游各二十公里(平原河网区上下游各十公里)河道管理范围内，新建、改建、扩建下列工程影响水文监测的，建设单位应当采取相应措施，在征得对该水文测站有管理权限的流域管理机构或者水行政主管部门同意后方可建设：
(一)水工程;
(二)桥梁、码头和其他拦河、跨河、临河建筑物、构筑物，或者铺设跨河管道、电缆;
(三)取水、排污等其他可能影响水文监测的工程。
因工程建设致使水文测站改建的，所需费用由建设单位承担，水文测站改建后应不低于原标准。
第十条 建设本办法第九条规定的工程，建设单位应当向有关流域管理机构或者水行政主管部门提出申请，并提交下列材料：
(一)在水文测站上下游建设影响水文监测工程申请书;
(二)具有相应等级水文水资源调查评价资质的单位编制的建设工程对水文监测影响程度的分析评价报告;
(三)补救措施和费用估算;
(四)工程施工计划;
(五)审批机关要求的其他材料。
第十一条 有关流域管理机构或者水行政主管部门对受理的在水文测站上下游建设影响水文监测工程的申请，应当依据有关法律、法规以及技术标准进行审查，自受理申请之日起二十日内作出行政许可决定。对符合下列条件的，作出同意的决定，向建设单位颁发审查同意文件：
(一)对水文监测影响程度的分析评价真实、准确;
(二)建设单位采取的措施切实可行;
(三)工程对水文监测的影响较小或者可以通过建设单位采取的措施补救。
第十二条 水文测站因不可抗力遭受破坏的.，所在地人民政府和有关水行政主管部门、流域管理机构应当采取措施，组织力量修复，确保其正常运行。
第十三条 在通航河道中或者桥上进行水文监测作业时，应当依法设置警示标志，过往船只、排筏、车辆应当减速、避让。航行的船只，不得损坏水文测船、浮艇、潮位计、水位监测井(台)、水尺、过河缆道、水下电缆等水文监测设施和设备。
水文监测专用车辆、船只应当设置统一的标志。
第十四条 水文机构依法取得的无线电频率使用权和通信线路使用权受国家保护。任何单位和个人不得挤占、干扰水文机构使用的无线电频率，不得破坏水文机构使用的通信线路。
第十五条 水文监测环境和设施遭受人为破坏影响水文监测的，水文机构应当及时告知有关地方人民政府水行政主管部门。被告知的水行政主管部门应当采取措施确保水文监测正常进行;必要时，应当向本级人民政府汇报，提出处置建议。该水行政主管部门应当及时将处置情况书面告知水文机构。
第十六条 新建、改建、扩建水文测站所需用地，由对该水文测站有管理权限的流域管理机构或者水行政主管部门报请水文测站所在地县级以上人民政府土地行政主管部门，依据水文测站用地标准合理确定，依法办理用地审批手续。已有水文测站用地应当按照有关法律、法规的规定进行确权划界，办理土地使用证书。
第十七条 国家工作人员违反本办法规定，在水文监测环境和设施保护工作中玩忽职守、滥用职权的，按照法律、法规的有关规定予以处理。
矿井水文自动监测系统研究 篇3
系统可全天候监测引起矿井水害的各种参数, 并在地面监控计算机上显示和存储, 一旦出现险情 (根据综合信息预报) , 井上、井下立即报警, 以便及时采取措施, 保证矿井及井下人员安全。监测数据可通过计算机网络查询。
2 系统组成及工作原理
系统主要由各种智能传感器 (如智能堰式流量传感器、智能管路流量传感器、智能水压传感器等) 、通信分站、通信线路、通信接口及监控计算机组成, 分布在各测点的智能传感器完成被测量 (如涌水量、水仓水位、钻孔水压、防水设施变形等) 的测量, 并通过一条公共传输线路 (传感器级M-BUS总线:四芯电缆, 其中两根供电, 两根通信) 将测量数据发送给通信分站, 再由通信分站通过另一条公共传输线路 (分站级RS485总线:两芯电缆) 远传至地面监控计算机, 实现集中处理、存储、报警。报警信息既被送给井下声光报警器, 提醒井下人员采取相应的行动。监控计算机具有网络服务器功能, 有关领导和部门只要打开各自的计算机, 就可通过浏览网页来查询全部监测内容。各类传感器一般都受环境温度影响, 为掌握影响程度, 进行温度补偿, 所有智能传感器都装有温度传感器, 温度传感器还可用于测水温。
井下系统分为三个网络层次, 底层网络由智能传感器、声光报警器及通信分站组成, 通信分站为主机, 通过发送不同的地址 (每个智能传感器、声光报警器都设有唯一的地址, 地址范围1~80) 依次控制各智能传感器执行测量工作, 并读取和存储其测量数据。智能传感器采用总线集中供电方式, 即由通信分站输出一对电源线, 给智能传感器供电, 而通信分站由本安电源直接供电。因声光报警器耗电较大, 故直接由127V交流电供电。地面监控计算机根据监测数据产生报警信息, 并由通信分站转给声光报警器;中间层网络由通信分站与监控计算机组成, 监控计算机为主机, 通过发送不同的地址 (每个通信分站都设有唯一的地址, 地址范围1~32) 依次选通各通信分站, 并读取其存储的测量数据;上层网络为计算机局域网络, 监控计算机作为网络结点, 具有网络服务器功能。底层、中层网络的拓扑结构分别为M-BUS总线型、RS485总线型, 特点是多个网络结点可共用一条通信信道, 非常适合煤矿井下测点分布较广的情形。M-BUS总线是欧洲标准的2线串行总线, 专门为耗能测量仪器传送信息而设计, 具有布线简便 (无极性、可任意分支, 普通双绞线) 、抗干扰能力强等优点。
当分站级RS-485总线过长或挂接通信分站过多时, 需在总线上加RS485中继器, 以提高通信距离和可靠性, RS485中继器由单独的本安电源供电。
3 通信接口
3.1 通信线路
通信接口是地面计算机与井下通信分站通信的转换接口。将通信接口后面板的RS232通信线插到计算机后面的RS232串行口上;用两芯通信电缆将通信接口后面板的“总线”口接到井下, 并接入通信分站内的接线端子上, 注意+、-不能接反, 可先将通信接口上电, 用万用表在井下量电压 (5V左右) 来判断+、-。通信电缆做接头时, 必须保证同颜色的线相连, 千万不要接错。为防雷击, 通信接口采取了防雷击设计。为保证井下系统安全, 下井信号为本安信号。
3.2 供电电源
通信接口供电电压为AC220V, 由市电提供, 必须良好接地。
3.3 运行
系统全部安装完毕, 打开电源开关, 正常工作后, 计算机向井下通信分站发送数据时, 通信接口前面板上“发送”指示灯亮;井下通信分站向计算机发送数据时“接收”指示灯亮。
4 通信分站
4.1 功能
通信分站不断读取和存储所接智能传感器的测量数据, 当地面监控计算机选通通信分站并发“读数据”命令时, 通信分站就将存储数据发给计算机;当地面监控计算机选通通信分站并发“搜索”命令时, 通信分站就自动搜索其所带智能传感器的数量、地址、类型等, 并发给计算机。
4.2 容量
一台通信分站所带智能传感器的数目不能超过100, 各智能传感器必须设置不同的地址 (范围为1~100, 通过专用设置器设置) 。必须记住安装在各测点的智能传感器地址, 以便在地面微机“系统生成”时使用。
4.3 地址设置
各通信分站必须设置不同的地址 (1~255) , 通过“地址设置开关”设置, 所有小开关打到左边 (ON) 时均为0, 打到右边时, 各小开关代表的值不同 (从下“1”至上“4”, 分别代表1、2、4、8) , 各小开关值的和为通信分站的地址。例如:如果通信分站的地址要设为9=1+8, 则小开关“1”和“4”要打到右边, 而小开关“2”和“3”要打到左边。
4.4 供电
通信分站的供电电压为DC24V, 由隔爆兼本安电源提供, 隔爆兼本安电源的供电电源为AC127V, 需用三芯电源线接井下127V交流电, 其中一芯为接地线。本安电源的直流输出端与通信分站电路板上的电源端用两芯电源线相连, 注意:正负极不能错。
4.5 与智能传感器连接
通信分站与智能传感器通过四芯通信电缆 (传感器级M-BUS总线) 连接, 其中两芯 (红、白) 为供电线, 通信分站给各智能传感器供电;另外两芯 (蓝、绿) 为通信线。注意:不要接错, 要同一颜色相接。通信电缆通过喇叭口接到电路板的接线端子上 (见图1.2) 。
4.6 与分站级RS485总线连接
通信分站经过地面通信接口与地面监控计算机通信, 通信电缆为两芯, 分+、-, 可先将通信接口上电, 用万用表在井下量电压 (5V左右) 来判断+、-, 然后接入通信分站内的接线端子上。
结束语:矿井水文自动监测系统的推广与应用有利于提高矿井水害预报、预测水平, 掌握矿井水文动态变化规律, 指导矿井水害治理, 保证矿井安全生产, 具有广阔的应用前景。
摘要：水害作为煤矿井下主要灾害之一, 严重威胁着煤矿的安全生产, 其表现形式是矿井涌水量突然增大超出矿井排水系统的排水能力, 因此, 建立矿井水文自动监测报警系统十分必要。
水文信息监测 篇4
建设情况汇报
江西省水文局 二○一二年七月
一、项目基本情况
我省中小河流水文监测系统建设总规模为新建水文站124处，改建水文站58处，新建水位站162处，改建水位站7处，改建水情信息中心站9处，新建省级应急机动监测能力1处，建设雨量站866处，222条河流的预警预报软件系统，13个水文巡测基地建设。项目规划总投资5.9686亿元，分3年建设完成。
2011我省中小河流水文监测系统建设项目主要为改建水文站58处，新建水位站162处，改建水位站7处，改建水情信息中心站9处，新建省级应急机动监测能力1处，建设雨量站866处。
截止2012年7月1日，我省866处雨量站安装全面完成，22处水文站、84处水位站开工建设，其中20处水位站水雨情信息已入网，可在省中心查询到实时信息，在今年防汛工作中发挥了作用。
目前完成土石方33983立方米，混凝土3438立方米。完成投资约4000万元，其中雨量站标2293万元，土建标约1200万元，其他投资完成约500万元。
二、项目的组织实施
（一）江西省水利厅高度重视中小河流监测系统建设工作。成立了以孙晓山厅长任组长的江西省中小河流水文监测系统建设项目领导小组，负责协调项目建设中存在的重大问题。有四位厅领导任领导小组的正副组长。领导小组办公室设在省水文局，由谭国良局长任办公室主任，成员单位有： 省水文局、省防办、厅计财处、建管处、水资源处、监察室等。省水文局负责项目实施的管理工作。
厅领导十分关心中小河流水文监测系统建设，经常到省项目部检查指导工作，深入工程现场检查工程质量、进度。
为加强厅直属基建工程项目的监督管理，确保工程“四个安全”，水利厅成立了厅直属基建协调工作小组，由杨丕龙副厅长任组长，驻厅纪检书记李东江任副组长，对厅直属基建项目进行每月稽察，重点稽察工程建设项目的审批和基本建设程序，资金管理，工程建设进度、质量及安全保障措施，以及建设项目责任人及重点岗位工作人员的落实情况等。稽察情况每月报厅领导，对存在问题要求落实整改措施。
（二）省水文局组建了江西省中小河流水文监测系统建设项目部，作为项目法人负责项目的实施。从水利厅机关和厅直单位抽调了10余名专职人员组成，项目部内设综合处、工程技术处、财务合同处、安监处。根据我省中小河流建设站点高度分散的实际，在各地市（鄱阳湖）水文局组建了9个二级项目部，做为省项目部的现场管理机构具体负责辖区内项目的实施。项目部明确了内部职责分工，制定了项目部内部管理制度、建设管理办法、财务管理办法、招投标实施细则、设计变更程序管理规定、现场督促检查办法、工程价款结算管理办法、质量管理规定、档案管理办法等规章制度。2012年2月29日，省项目部在南昌和各二级项目部签订了责任书，责任书要求按中央确定的目标，完成2011年建设任务，到2014年底前完成全部建设任务。
（三）严格按照基建程序组织项目实施，加强监督检查力度。省项目部认真执行基建程序，建立健全了项目建设的各项管理制度。规范工程变更，做到依据充分，集体研究，程序规范。强化质量管理，充分发挥监理在质量、进度、资金控制方面的作用，同时采取省项目部有关人员按标段挂点、二级项目部按站点落实专人负责工程质量和进度的办法强化工程质量管理。加强质量监督，加强与省水利工程质量监督站和各设区市水利工程质量监督站的联系，把质量监督落到实处。规范价款结算，做到计量规范、手续齐全、支付规范。
（四）认真做好2012-2013实施方案的编制工作。根据2011年项目实施的经验和部稽察组对我省中小河流水文监测系统2011项目稽察时提出的意见，我们在编制2012-2013实施方案时，加强了测绘、地勘工作。在方案设计时针对水文的实际，对测验方式、方法进行优化比较，组织了专家审查。在设计效果上强调一站一设计，在外观形象上要求突出水文特点，形成符合江西实际的水文形象设计。目前已完成222条河流的预警预报系统软件实施方案送审稿，2012新建水文站实施方案已完成工程设计和概算，7月中旬可完成送审稿。
三、项目建设管理工作
（一）、严格基本建设程序，监理、施工、设备采购均采取公开招标和公开采购。
我省中小河流水文监测系统建设项目严格按照基本建 设程序进行，明确了江西省中小河流水文监测系统建设项目部为项目建设法人，建设过程中严格执行了招投标制。
2011年江西省中小河流监测系统建设按监理、施工、设备采购分别进行公开招标和采购。其中施工分为一般土建7个标段和缆道施工2个标段，设备采购目前进行了雨量水位设备采购，分7个包公开采购。
（二）、加强工程建设技术管理。按程序做好项目划分、施工图审查、开工审批。建立建设管理、设计变更、现场督促检查、工程验收、档案管理等技术管理制度。协助设计部门认真处理工程建设中出现的技术问题，加强工程现场督促检查，建立各类工程档案。
（三）、加强了管理人员培训
由于中小河流建设项目建设任务重，站点多、范围广、专业技术强，为规范建设程序，确保工程质量和资金使用效果，全面提升我省项目建设管理水平，2月份省项目部在南昌举办了我省中小河流水文监测系统建设管理培训班，对省项目部和各二级项目部的负责人和主要技术人员进行了培训。培训内容主要为水利工程项目法人项目管理、水利工程招投标及市场管理相关规定、监理质量控制及工程验收以及本项目建设管理有关情况。派员参加了部水文局举办的全国水文基础设施建设管理培训班学习。
（四）、加强征地协调工作
由于水文站点多面广，虽然征地不多但涉及范围广，为此省厅也专门向省政府行文，要求解决中小河流水文监测系 统水文（位）站建设用地问题。为确保2011年实施项目的顺利推进，省水利厅下发了《关于积极推进我省中小河流水文监测系统建设的通知》（赣水防办字[2012]10号）的文，要求各地市、县水利（务）局要指定专人积极配合水文部门完成中小河流建设工作。
我部以赣水文项目部发[2012]1号文件“关于我省2011年中小河流水文监测系统建设项目征地补偿标准的通知”规范我省2011年中小河流水文监测系统建设项目征地补偿标准。
（五）、加强安全生产
省项目部认真做好项目建设的安全生产工作，多次下文要求各二级项目部加强中小河流水文监测系统建设安全生产和测汛安全工作，建立了《江西省中小河流水文监测系统建设工程安全生产责任制》。组织参建单位落实安全生产措施、尽快上报施工渡汛方案，现在各二级项目部都已向各设区市防办上报并批复施工渡汛方案。根据上级安排组织开展了安全生产检查。
四、系统运行和信息应用
1、系统运行管理。目前我省中小河流水文监测系统的运行管理暂纳入现有水文监测管理体系。由于站点较多，当全部中小河流水文监测站点建设完成投入使用，运行成本将成倍增加，现有管理体系将不堪重负，难以为继。
2、已完建工程调试运行使用情况
目前雨量站866处已全部安装完成，现正在对水雨情数 据接收时效性、准确率及通信畅通率、雨量传感器、RTU、接地系统、太阳级充供电系统等进行了测试，目前数据采集、传输、系统运行正常。新建水位站中有20多个站已完成主体工程，设备已安装到位，信息已入网。这些水雨情信息已纳入省水文局水情信息网，在省水情信息网中可以查询应用。
五、存在问题
1、我省2011年中小河流水文监测系统站点高度分散，据统计58处水文站分布在47个县，169处水位站分布在75个县，866处雨量站分布在99个县中。由于建设地点高度分散，增加了项目建设管理、施工、监理的难度，项目建设管理与一般水利工程有一定差别，为了加强建设管理，省项目部和各二级项目部配备了40多名人员，有时仍然满足不了建设的需要，管理成本高。
2、地方配套资金未到位。到目前为止，中央预算内投资全部到位，但地方投资尚未到位。为此，省水利厅高度重视本项目配套资金情况，已向省政府要求落实地方配套资金，省委省政府已将江西省中小河流水文监测系统建设项目列为省级重点项目，针对地方配套资金缺口问题，孙晓山厅长向常务副省长做了专题汇报，常务副省长批示财政和水利要在省级水利经费投入中落实解决配套资金。目前配套资金正在落实过程中。
3、前期雨水天气较多，入汛后江西省雨水较多，影响工程建设进程。在1月至3月中旬，我省出现持续低温阴雨 天气，全省平均降雨量427毫米，较历年同期偏多5.3成，出现了罕见的全省范围早汛，多条河流出现了超警戒水位的洪水，江河水位持续偏高，从项目1月初开工建设以来，3个月时间中，阴雨天气就达80多天。这些因素严重影响项目的实施，致使项目实施进度滞后。
4、运行费用不足，将影响工程效益的发挥。目前我省国家、省级基本水文站等监测站设施设备的运行维护经费，长期依靠事业费和专项资金补贴，特别是中小河流建设点多面广，巡测站多，设施设备长期在野外日晒雨淋，运行维护至关重要。特别是本次中小河流水文监测项目建成后，必须加强管理力度，加大运行维护费用，才能确保投资效益的充分发挥。
六、建议
1、目前我省国家、省级基本水文站等监测站设施设备的运行维护经费，长期依靠事业费和专项资金补贴。中小河流水文监测站点建设完成投入使用后，运行成本将成倍增加，现有管理体系将不堪重负，难以为继。为推进水文管理体制改革，健全良性运行机制，妥善解决我省水文监测系统项目养护经费短缺问题，建议中央财政按照中央一号文件要求，对我省水文监测系统项目工程维修养护经费给予补助。
2、建议中央对我省水文监测系统项目给予资金支持，确保任务如期完成。我省中小河流水文监测系统建设项目共需投资约6亿元。考虑到我省财力状况，配套50%有困难，应以中央投资为主，地方配套为辅，建议中央投资补助80%，省级以下地方配套20%。
基于水文监测技术的相关研究 篇5
1.1 水文监测的范围及相关内容
所谓的水文监测其实就是水文传感技术和采集、保存、传输以及处理技术的集合体;水文监测系统包含多种应用技术, 这些技术主要应用在地下水、渠道、水库、湖波以及江河等水文参数。水文监测的主要内容包括水质、墒情、冰凌、含沙量、蒸发系数、降雨降雪量、流速、流量以及水位等, 其中水位以及流量的监测是最重要的。
1.2 水文监测中对水位的采集以及传输
在水文监测技术中, 能够用于监测水位的技术设备主要有:超声波水位计、电子水尺、压力式水位计以及浮子式水位计等, 这些水位传感设备都能够直接与RTU进行连接, 从而达到自动监测水位的目的[1]。
目前, 大多数水文监测中心与各水文数据采集点之间的信息互通主要采用传统的手工抄录以及电话线传输, 这些方法损耗人力以及成本, 而且传输速度较慢, 保证不了实时性;另外各个水文监测点分布范围较广, 距离较远, 如果用电话线进行信息传输无疑会耗费大量的资源和资金, 而且对于自然环境复杂的地域也无法保证其安全性。
基于上述有关水文监测信息的传输问题, 可以通过对新兴技术GPRS的应用进行解决。GPRS的技术含量较高, 有非常快的信息传输速度以及非常低的使用成本。这种传输方式和其他有线通讯方式相比有非常大的优越性, 其使用起来更加灵活, 有性价比高、维护简单、运行费用低、扩展容易以及组网灵活等优点。所以这种方式在水文监测技术中的地位越来越重要。
2 水文监测的相关技术措施
当前我国水文监测领域之中拥有众多的技术, 主要包括:ADCP测流系统技术、无人测艇测量技术、无人立尺测量技术以及GPS水道测绘技术等, 下面将分别对这四项技术进行简要的介绍:
2.1 ADCP测流系统
ADCP是当今国际上最先进的水文测验仪器之一, 其在应用中可以表现出许多特点, 这个系统测速的范围比较大、测验所花时间较少并且还具有不扰动流场的能力。ADCP主要适用于对截流河段的水文监测, 可以准确快速的训测各个断面的流速、流量以及分流比, 在水文监测技术中占有较高的地位。
2.2 无人测艇测量技术
这个技术主要在河流上游150 米左右可以利用, 在锚锭船上用钢丝绳牵引无人测艇进行深水的水文测验。其中无人测艇是全密封的双船体结构, 以达到稳定船体、减小测艇阻力、保证其安全可靠性。无人测艇测量技术的应用范围较小, 并不常利用。
2.3 无人立尺测量技术
对戗堤头进行水位观测一般采用传统的标尺测量法, 无法满足水文监测安全高效的要求, 利用无人立尺测量技术对戗堤头进行相关观测就能够达到这一要求, 通过无人立尺测量技术以及高精度的激光全站仪可以对未知点进行相关测量, 技术水平较高。
2.4 GPS水道测绘技术
GPS水道测绘系统是由GPS接收机、通讯、数据链、计算机、绘图仪、多波束测深仪以及数字测深仪等设备组成, 这个系统可以对水下地形以及冲淤断面进行高效的绘测, 具有成图快、精度高、多功能以及全天候的特点, 有非常大的应用价值。
3 对水文监测中所出现的问题进行解决
3.1 水文监测系统的结构
3.1.1 水文数据采集点
在这里主要采用厦门宇能科技有限公司研究的YN2010 GPRS透明无线数据传输终端, 另外, 利用RS232/RS485/TTL与水文监测设备的有效连接来接入其专用的GPRS网络, 因为网络对水文监测信息采集点的接入数量、时间以及地点都是不加以限制的, 以此可以满足偏远地区以及山区等不易接受水文数据的相关传输需求。
3.1.2 水文监测中心站
这个系统采用网络注册服务器的形式来进行相关工作。首先系统代理服务器通过LANADSL等INTELNET公网连接, 然后采用公网固定的IP。在水文监测中心主站本身会维护接入的每一个终端IP, 同时也方便对这些监测点信息的接收;除此之外, 当水文监测主站也可以通过这个系统向某个或多个监测点发出相应的数据要求, 而且当水文数据采集点增加时监测中心不用进行扩展就可以满足其要求。
3.1.3 水位信息传输技术
根据以上所说的相关GPRS技术在数据传输中的作用及地位可以看出加强对GPRS技术进行研究的重大意义, 具体来说:现场水文监测点采集的水文信息是由GSM/GPRS网络空中接口功能来对信息进行解码处理并转化为在公网数据传送的格式, 最终传输至水文监测中心。
3.2 系统方案
通过对水文监测技术的充分研究来制定相应的系统方案。和上边所说的一样, 水文监测点应用厦门宇能科技有限公司YN2010 GPRSDTU透明数据传输终端系统来完成对监测信息的实时传送, 利用监测技术来设计传送方案。另外, 这里主要是对监测站、水文信息收集点以及之间信息传输三者的关系研究, 这些都可以通过水文监测技术来予以实现。
3.3 相应的安全措施
一般来说, 水文数据的采集系统具有特殊性, 这个采集系统需要比较高的安全保障和稳定性。其中, 安全保障主要是为了防止来自系统内外的有意以及无意的破坏, 这一保障系统主要表现为网络安全防护, 包括:防火墙、接人防护、访问连接、登陆防护、信源加密以及信道加密等。另外, 这里的稳定是指采集系统要在一个星期内不间断的运行, 要求在系统出现故障的情况下也能稳定的运行。
水文监测数据可以通过公网使用VPN接入到移动GPRS网, 一般来说利用VPN方式可以节省一定的成本, 不仅仅企业不用租用专线, 还可以继续使用原有的VPN设备, 在这里对于移动终端需要安装具有VPN二次拨号功能的软件。通过VPN技术来把客户端连接到应用服务器上, 还要经过Radius服务器的认证来将整个数据传送过程进行加密保护, 这样才可以有效地保证其安全性, 从而充分保障相关服务质量, 促进水文监测技术的发展。
4 结语
众所周知, 水是生命之源, 没有水就没有生命, 水利工程也是重要的民生工程, 将水文监测工作做好对于保证水的质量, 保证人们的正常生产生活具有非常重要的作用。因此一定要采取适当的措施将水文监测工作做好, 这需要相关工作人员的不懈努力。在新时期应该应用水文监测新技术进一步推动水文监测工作的进一步发展, 从而推动我国社会经济的稳定发展。
摘要：现代计算机技术、通讯技术、传感技术以及电子技术等的发展也给水文监测技术的发展提供了丰厚的技术基础。本文主要对水文监测技术与应用的相关内容进行了简要的分析, 具有一定的借鉴意义。
关键词：水文监测,测验方法,应用研究
参考文献
提高水文监测质量的对策分析 篇6
1 水文监测的作用要素
首先, 从业者的的素养高低。
从业者的素养对工作的开展有非常显著的影响。具体的讲有思想意识以及专业能力和价值观念等的一些内容, 它是众多的要素中非常关键的一项内容。其中专业能力是最为重要的, 我们都知道水文信息并不像是其他的一些信息一样可以随时测量, 一旦错失了有利的机会我们的工作就无法开展, 后续的各项事业也就没有了坚实的保障基础, 因此从业者的专业能力是非常重要的一项要素。针对这种情况, 我们在组建队伍的时候, 必须要注意合理地选取从业者, 首先一道关卡就是通过必要地措施验证他们的专业能力。行业价值观也是不容忽视的一项重要的作用要素, 从业者所进行的各项工作都是依据此来进行的。这项工作本身的独特性要求员工必须得树立正确的价值观念, 应该确保信息真实可靠, 而且不应该有拖延或者是遗漏等的状况发生, 工作中我们常会发现个别不具备高素养的员工随意地对信息进行修改或者是制造假信息等, 这些现象都是非常不利, 必须要通过各种方式严整队伍。
其次, 不断的完善工作措施
当今时代是一个信息技术高速前进的时代, 注意一下我们的日常生活以及工作, 就不难发现各种技术充满着我们的生活, 比如电脑的普及以及卫星定位等科技的应用, 正是由于先进的科技作支撑, 我们的水文监测工作才得以正常有效的前进。具体的讲, 我们可以通过电脑进行对数据的整合以及分类等, 当代发达的通信手段可以帮助我们及时的传递水情状况, 正是由于这些科技的存在, 才为我们开展工作长远的发展做足了必要地推动力。
2 目前的具体情况以及各种弊端现象
最近的一段时间, 由于国家加大整改的力度, 并且不断地引入先进的技术措施辅助开展工作。除此之外, 相关部门还不断的强化员工的思想意识教育工作的力度, 这些因素综合作用到一起, 我们发现我国的水文监测工作取得了非常显著地成就, 为我们及时有效地对抗灾害贡献了非常重要的信息。但是我们需要知道的是任何事物都是在不断的发展壮大发的, 这项工作也不例外, 它在发展的过程中也面临许多的弊端现象, 接下来展开相关的分析介绍。
首先, 工作装置的性能并不完美。自从上个世纪的末期以来, 国家加大对工作所需的装置的整改以及资金的投入力度, 也确实取得了一些成就, 很好的提升了监测水平。不过其中仍然有许多问题, 必须经过整改之后的装置的工作水平并不是非常好, 只是能够简单的历史的最大的水量, 对于其他的信息并不能有效的获取。这些问题的存在在一定程度上制约了行业的前进的脚步。
其次, 测深、测速、取沙技术和方法需要升级。目前普遍采用测深杆 (测深锤) 施测水深, 流速仪测速, 横式采样器采取沙样的测验技术, 这种方式只是适合用在当水量比较少的时候, 假如遇到大的水量时就难以开展, 并且精密性能不高。而且测量一次要耗费很长的时间以及人力物资等, 就算是获取到我们所需的信息, 由于没有合理地装置也不能够有效的传输到电脑中, 这些问题的存在也阻碍了工作的开展。
第三, 经验系数合理性应进行试验分析验证。部分站浮标系数、中泓浮标系数、测点流速系数等采用经验值, 系数选用的台理性未得到验证。大洪水、特大洪水流量测验不少站仍采用浮标法测验为主, 浮标系数受风向、风力影响很大, 无比测试验资料, 浮标系数选用影响流量成果单次质量;有的测站特性发生了很大变化, 测点流速系数 (水面、0.2) 、断面垂线和垂线测点布设、取样方法等仍延用原来分析成果或借用经验, 其合理性直接影响监测成果质量。
第四, 没有充足的全沙环境的检测信息。目前由于输沙率相关的探索活动正处于发展的过程之中, 工作中没有充足的信息指引。
最后一点, 没有将活动成就合理地加以利用, 并且国家的投资力度不是非常有效。在工作中很多的员工通过自身的实践活动积累了非常多的经验, 发明了许多对工作有利的装置材料等, 为工作起到了非常大的推动力, 但是很多时候这些成就只是局限在研究组织内部进行, 其他的一些单位机构不能够有效地使用, 导致这些技术发挥不出它们本身的作用。
3 针对问题开展的应对方式
通过上文的分析介绍, 笔者结合自身多年的时间经验, 总结出以下的一些应对方法。
首先, 建立高素质水文质量检查员专业队伍提高水文监测质量, 首先要从进一步提高水文职工整体素质人手, 争取确保我们的从业者都能够具备扎实的工作能力, 并且有合理正确的价值观念指引。其次, 在职工队伍中培养锻炼一批业务技术和管理人才。充分发挥高、精、尖技术人才的带动作用, 促使水文监测质量不断提高。
建立合理的职工队伍结构, 即培养一些拔尖人才, 使之成为水文监测、科研、经营、管理等方面的领军人物;培育一批懂技术善管理中层人才, 使之成为坚强的中坚力量;通过深入持久地开展学规练功、技能培训和业务技术竞赛等活动, 因地制宜采用送出去, 请进来等多种培训形式, 大力培养提高全体基层职工的业务技术素质, 夯实水文监测工作的基础。建立高素质的水文质量检查员队伍。建立健全质检队伍约束、监督制度, 质检员要对水文监测质量负责, 质检结果、质检报告真实可信, 具有说服力, 具有权威性。
其次, 提高水文监测质量, 研究引进新技术和设备
近几年来, 固态存储雨量计、非接触式超声波自记水位计、激光粒度分析仪、计算机整编程序等在黄河上广泛投入应用, 就是成功的例证。引进先进技术和设备, 采用包括卫星、雷达在内的各种遥感、遥测手段来提高水文监测质量和时效, 增长预见期, 满足防汛抗旱指挥、水利工程管理调度和建设的需求。研究、引进先进的测深、测速、取沙新技术和设备, 是解决流量、泥沙测验中存在问题的有效途径。在工作中, 很多单位自身研究的一些方式手段对于开展工作有很好的辅助作用, 不过由于资金以及其他一些制约因素的存在, 这些优秀的技术仅仅的只存在于单位的内部分享使用, 其他的一些机构利用不到这些方式, 针对此情况, 国家相关部门应该加大资金扶持, 尽快的讲这些零散的技术得到全面统一的推广使用, 合理地促进工作前进。
摘要：自从进入二十一世纪以后, 我们国家不论是在经济还是在社会等领域都取得了非常显著的成就。各行各业犹如雨后春笋般得发展壮大, 为我们国家的经济贡献着非常强大的力量, 在这些行业中我国的水利事业发展的尤为突出, 笔者基于这种背景重点得分析介绍了当前时间段如何做好水温监测工作的相关内容, 目的是为了更好地促进水利事业发展壮大, 促进经济稳步向前。
关键词：水文,水文监测,影响因素
参考文献
[1]GN95-86.中华人民共和国水利水电部《水文测验术语和符号标准》 (第一版) [s].北京, 中国计划出版社, 1987.12.[1]GN95-86.中华人民共和国水利水电部《水文测验术语和符号标准》 (第一版) [s].北京, 中国计划出版社, 1987.12.
水文信息监测 篇7
1 水文监测自动化技术的应用和发展
1.1 水文监测的范围与内容:
水文监测是水文传感器技术与采集、存储、传输、处理技术的集成。监测范围:江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数。监测内容:水位、流量、流速、降雨 (雪) 、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质等。
1.2 人工监测技术存在的问题:
从水文传统的人工监测技术分析来看, 主要存在以下问题:1.2.1记录方式以模拟方式为主, 就是数字方式记录的也很难方便的输入计算机处理;1.2.2据处理基本靠人工处理判断, 费时易错;1.2.3水文信息的采集、传输、处理的实时性和准确性较差, 无法适应现代水文的需求。因此, 要用自动化技术促进水文监测自动化的发展。
1.3 水位的采集和传输。
用于自动化监测的水位传感器主要有浮子式水位计、压力式水位计、电子水尺和超声波水位计等。这些传感器可以直接接到RTU上, 自动监测水位参数。地下水位的监测与地表水相同。目前, 水文监测站与各采集点之间的数据通信主要采用手工抄录或PSTN电话线传输。采用电话线传输数据时, 由于每次拨号都需要等待, 速度慢, 而且费用也较高。同时, 由于各监控点分布范围广、数量多、距离远, 个别点还地处偏僻, 因此需申请很多电话线, 而且有些监控点有线线路难以到达。GPRS具有速度快、使用费用低的特点, 其传输速度可达171.2kb/s。与有线通讯方式相比, 采用GPRS无线通信方式则显得非常灵活, 它具有组网灵活、扩展容易、运行费用低投, 维护简单、性价比高等优点因此, 目前正考虑采用GPRS无线传输方式解决污染源监测数据的实时传输问题。
2 GPRS技术简介及其在水情信息传输中的可行性
GPRS是通用分组无线业务 (General Packet Radio Service) 的英文简称, 是在现有GSM系统上发展起来的一种新的承载业务, 目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构, 这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此, 现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据, 而不需要利用电路交换模式的网络资源, 从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输, 也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS采用分组交换技术, 每个用户可同时占用多个无线信道, 同一无线信道又可以由多个用户共享, 资源得到了有效利用, GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s, 实际应用带宽大约为20~60Kbit/s, 在此信道上提供TCP/IP连接, 可以用于Internet连接、数据传输等应用。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收, 用户永远在线且按流量计费, 大大降低了通信成本。在防汛决策系统中, 水情信息的数据传输量不大, 但测点所处地理位置偏僻, 需要进行频繁、定期的数据传输以保证用户能够及时掌握最新的水情、雨情, 从而作出正确的决策, GPRS技术刚好适用于测点多, 地理位置偏, 频繁少量的数据传输, 是实现防汛决策系统的一种理想通信方式。
3 GPRS水文监控系统特点
3.1 可靠性高。
与SMS短信息方式相比, GPRS避免了数据包丢失的现象, 保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输, 互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制, 并具备极强的抗干扰性能, 完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。
3.2 实时性强。
GPRS具有实时在线的特性, 数据传输时延小, 并支持多点同时传输, 因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速, 实时地进行双向通信, 很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右, 完全能满足系统数据传输速率 (≥10Kbps) 的需求。
3.3 监控范围广。
GPRS网络已经实现全国范围内覆盖, 并且扩容无限制, 接入地点无限制, 能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于水文信息采集点数量众多, 分布在全省范围内, 部分水文信息采集点位于偏僻地区, 而且地理位置分散。因此采用GPRS网络是其理想的选择。
3.4 系统建设成本低。
由于采用GPRS公网平台, 无需建设网络, 只需安装设备就即可, 建设成本低;也免去了网络维护费用。
3.5 系统运营成本低。
采用GPRS公网通信, 全国范围内均按统一费率计费, 省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费, (1分-3分/1K字节) , 也可以按包月不限流量收费, 从而实现了系统的低成本通信。
3.6 可对各监测点仪器设备进行远程控制。
通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制, 如:时间校正、状态报告、开关等控制功能, 并可进行系统远程在线升级。
3.7 系统的传输容量, 扩容性能好。
水文监测中心要和每一个水文信息采集点实现实时连接。由于水文信息采集点数量众多, 系统要求能满足突发性数据传输的需要, 而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构, 具备良好的扩展性能, 一个监测中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。
3.8 GPRS传输功耗小, 适合野外供电环境。
虽然与远在千里的数据中心进行双向通信, GPRS数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可, 其整体功耗与一台普通GSM手机相当, 平均功耗仅为200毫瓦左右, 比传统数传电台小得多。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。
4 GPRS水文监控系统的应用
各水文监测点使用ZSD3120 GPRS DTU透明数据传输终端, 通过移动GPRS网络与监控中心相连。各水文监测点的GPRS DTU使用移动通信公司的GPRS普通数据卡或APN专用数据卡, 同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记, 并与采集点信息进行关联, 以便识别和维护处理。
4.1 水文信息监测点必须使用移动统一的APN卡, 用户使用本卡只能用于与水文站数据中心通信。
4.2 终端设备使用GPRS移动数据通信终端。
4.3 用户登记:符合省级水文局的规定。
5 安全措施
由于水文数据采集系统的特殊性, 本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环, 网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行, 即使出现硬件和软件故障, 系统也不能中断运行。
数据中心可通过公网接入, 或者到移动专网接入, 采用公网接入方式成本比较低, 企业不用租用专线, 而使用数据专线接入时, GPRS数据传输设备要经过Radius服务器的认证, 整个数据传送过程得到了加密保护, 安全性比较高, 可充分保障速度和网络服务质量。
结束语
采用GPRS构建水文数据采集系统, 不仅能很好地满足水文信息采集的需求, 而且, 做为网络运营商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户, 随着用户数量的增加, 移动通信公司的营收也随之增加, 调动了运营商的积极性, 符合网络建设和网络应用同步发展的要求。
参考文献
水文信息监测 篇8
水资源监测作为水利信息化的重要组成部分,其获得的数据是我国重要的水利基础信息资源和战略资源。野外水生生态监测点众多,分散,环境较为恶劣,通常采用人工方式对水流速度、水面高度、水质、流量、潮位,降水量等相关水文水生态参数进行监测,这种传统的数据采集和传输方式自动化程度不高,不利于水文水资源信息化建设。
GPRS是第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡技术,它基于移动分组数据业务,具有永远在线、自由切换、传输速率较高、计费灵活便宜的优点。在3G牌照迟迟未发的情况下,利用GPRS模块进行数据传输是信息传输比较理想选择。本文提出了采用分组无线业务 GPRS 技术实现水文水生态数据信息的采集传输方案,所设计的系统解决了水文水生态监测中分散数据监测、传输问题,实现了水文水生态信息实时采集传输和处理的无线化、网络化、智能化。
1 GPRS技术
GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与GSM 相同的无线调制标准、频带、突发结构、跳频规则以及TDMA 帧结构,允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,不需要利用电路交换模式的网络资源,特别适合用于水资源网监控这种间断的、突发的和频繁的数据传输。同时,基于GPRS 网络组建的无线水文水生态监测系统,具有以下特点:
永远在线 GPRS DTU ( GPRS 数据传输单元) 开机就能自动附着到GPRS 网络上,并与数据中心建立通信链路,随时收发用户数据设备的数据,具有很强的实时。
接入时间短 分组交换接入时间缩短为小于1 s,可大幅度提高远程水文监控效率。
按流量计费 按照数据包的数量来收取费用,没有数据流量则不收取费用。
较高的传输速率 GPRS 网络的理论传输速度最快将达到171.12 kb/ s,根据中国移动的网络情况,目前可提供40～60 kb/ s的稳定数据传输,完全满足水文水生态数据的传输要求。
覆盖范围广 GPRS 以GSM 网为基础,通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换,因此现有的基站子系统(BSS)可提供全面的GPRS 覆盖。
组网简单、迅速、灵活 同有线网相比,无需架设有线线路;同常规无线网相比,无需架设天线,而且免去无线电频率资源审批手续,为广大用户提供接入便利[1,2]。
在移动通信公司的GPRS平台上构建远程监控系统,实现水文水生态监控点的数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心,从而达到对现场监测设备的统一监控和分布式管理。通过GPRS 的无线数据传输,具有可充分利用现有网络,缩短建设周期,降低建设成本的优点,而且设备安装方便、维护简单。
2 系统设计
基于GPRS 技术设计的水文水生态数据信息的采集传输系统组成如图1所示。系统主要由远程监控中心、GPRS无线通信网络和多种数据(如流速、水位、水质、雨量等)信号检测器等组成。系统将采集的数据经通信处理程序后,发送到GPRS调制解调器,GPRS接收到数据后对数据进行解包,取出必要的信息后重新对数据进行封装,再发送到GPRS网中。由于GPRS网和互联网都是基于IP协议的,并且相互连接,因此,水文监控中心只要通过任意方式上网,即可将水文数据信息传到监控中心;监控中心的查询命令和控制命令通过互联网和GPRS网传到GPRS模块,最终将命令下达给检测器微处理器。
2.1 检测器设计
接入系统的检测器是由流速流量检测器,雨量检测器,水质检测器,水位检测器等组成,系统硬件主要由数据采集、信号调理电路,P89V51RD2微控制器,GPRS模块等组成。软件主要有信号采集处理模块,通信模块、参数设定及数据显示模块等组成。
涉及的检测器种类较多,但其结构原理类似,下面以软硬件较为复杂的流速流量检测器为例分析检测器工作原理,图2所示为流速流量检测器组成结构图,其他各检测器可由图示硬件电路裁剪得到。信号调理电路采集旋桨式流速仪的脉冲信号,并经过硬件滤波、抗干扰处理后送到微控制器,微处理器经数字滤波后,进行计算(开方运算、小信号切除、仿真功能、累积速率设置)后得到流速流量数据。
对流速分布不均匀、河道截面不规则、水质相对较差(盐碱度高)的河流进行精确测量,除了采用科学计算方法外,必须设计合理的数据采集电路,保证系统可靠工作,由于检测器置入水中,水电阻对电信号产生影响,直接影响信号转换电路电压、电流的大小。信号调理板中,信号转换电路将传感仪器触点的接通/断开转换为电信号,这部分电路元、器件参数的取值尤为重要。取值的基本原则是:考虑水电阻在内,传感仪器两端的电压在满足与后级光电隔离器件匹配的情况下要尽可能地低,电流信号在小于仪器允许的最大电流限制条件下尽可能地大,这样可以最大限度地抑制由于水电阻变化而引起的电信号的变化,有效地降低干扰信号带来的影响,同时也把电离对仪器造成的损害减至最低水平;由此保证了检测器可在盐碱度较高的水质中测量要求。
2.2 数据的就地存储与无线传输
现场监测数据通过GPRS网络实时传输,同时将数据存储到固态存贮芯片中。水文水生态数据监测系统产生的数据量很大,一般要求定时采集保存,而微处理器内存储空间有限,不能实现数据的大容量长时间保存。系统配置容量相对较大的SPI Flash ROM芯片为主要数据载体,存贮容量4 MB,存贮时间1～2年,固态存储芯片通过SPI串行口进行数据存取,其存取控制命令由微控制器发出。主机发出的指令控制,一个有效指令包括一个字节,4位操作码、4位器件地址以及目的缓冲器或主贮器地址位置。Flash存贮的雨量、水位、水质数据采用时间映射地址技术,将存储时间作为原始数据的地址,有了该时间段就可以读取该时间段内对应的数据。根据时间与地址的唯一对应关系,计算存贮单元的位置,得到可靠的存贮数据结构。雨量、水位、水质数据的存储时间间隔根据《水文自动测报系统技术规范》的基本要求定为5min;流速流量数据由于检测时间的不固定,而单独在Flash内存单元中开辟一个空间来存储,时间间隔、存储时间现场就地设定,或远程指定。
就地存储的数据按照预定时间将数据通过GPRS网络传输到监控中心,形成数据库文件或文本文件。利用时间映射地址的技术,生成下载指令,在遥测站与分中心沟通GPRS链路时下发指令,完成单下载雨量,水位,流速,水质数据或批量数据上传任务,数据下载的时间段由现场本地设定或由远程监控中心指定。GPRS网络故障应急时,或GPRS网络不能覆盖站点时,本地下载数据,通过RTU RS-232接口获取本地存贮器中的数据。本地下载与GPRS传输软件流程图如图3所示。有事件产生时,例如5 min时间到,执行一次固态存贮的操作;或有外部命令到来时,由软件识别并进入本地下载或GPRS远程下载等操作流程。CPU严格按照时间顺序排列锁存数据,以月、日、时、分为索引进行固态存贮。下载时,也是根据上位机的全部时段,或部分时段,按照时间顺序输出数据。
2.3 GPRS无线数据传输网络
GPRS通信部分主要有两个模块:一是将GPRS通信模块接入Internet;二是GPRS通信模块如何与检测器CPU进行数据的传输与通信。
GPRS无线数据网络与Internet网络相连,即把监测点的CPU和监测中心的计算机连接起来,接入Internet业务时用户的IP 地址可以分配公有IP地址或私有IP地址,从节约公有IP 地址角度出发,系统采用私有IP 地址。它的实现方式为:通信模块接入经过服务器RADIUS 授权后,由GGSN分配私有地址,这个私有地址通过NAT转换后接入CMNet。GGSN接入Internet有透明和非透明两种方式。采用透明方式,接入因特网无须进行认证,可由移动用户鉴权替代,这样可加快用户接入速度,减少RADIUS 服务器的投资。
在GPRS通信模块与检测器CPU进行数据的传输与通信部分,在本设计中使用的GPRS DTU模块是Siemens公司的GPRS模块M56,具有很高的可靠性, 很适合在便携分布移动终端中作为无线通讯模块。并且内嵌了TCP/IP 协议栈, 省去了系统的TCP/IP处理时间,使用AT命令对模块实现控制。
2.4 监控中心
系统最高层为中央监控中心,主要包括服务器、监控计算机等设备。监控中心服务器申请配置固定IP 地址,采用移动通信公司提供的DDN专线,与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽,当信息采集点数量增加,中心不需要扩容即可满足需求。服务器接收到GPRS网络传来的数据后先进行认证,后传送到监控中心计算机主机,通过系统软件对数据进行还原显示,并进行数据处理[5,6]。
远程监控中心负责接受并保存现场监测数据,并通过它下达对各监测点进行控制的控制参数和控制命令。由于控制中心接入Internet,需要取得公网IP地址并作为UDP服务器运行在监听状态。接收到的数据保到数据库服务器中,由此可自动生成符合水文、环保、水生态研究部门要求的文件格式,通过配备具有人工智能的系统分析软件,结合记录的气象相关数据和其他水文情数据和专家知识库,对汛情,农业灌溉用水,水生生态环境水质进行分析和预测。例如,根据河流流量变化的历史记录,分析汛情情况,及时采取措施进行疏导和调度;根据农业灌溉用水的历史记录,合理调度灌溉用水等。
3 软件设计
系统程序设计采用模块化编程,结构清晰,易于调试和修改。主要包括检测器信号采集处理模块、GPRS无线模块,上位机软件模块等。
4 结 语
本方案设计的基于GPRS的无线水文水生态监测系统,成本低,体积小、稳定性高、抗干扰能力强,提高了测量精度和实时性。在有线传输实现方案不宜实施的情况下,采用GPRS通信加快项目的实施步伐,提高了数据传输实时性,改善了系统性能,实践中取得了良好的效果。本系统可以应用于环保,水文监测,水生生态境研究,水产养殖等领域,同时可为水信息科学研究提供支持。
参考文献
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[3]梁岚珍,陈志军,南新元.流速仪信号计算机采集系统的设计[J].自动化仪表,2002,23(9):38-41.
[4]SL61-2003.水文自动测报技术规范[S].
[5]吴秋兰,梁勇,张承明.GPRS技术在闸门远程监控系统中的应用[J].中国农村水利水电,2007,(1):99-100.
无人机在水文监测中的应用前景 篇9
无人驾驶飞机简称无人机 (Unmanned Aerial Vehicle, 缩写UAV) , 是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务, 并能重复使用的无人驾驶航空器[1]。无人机出现在1917年, 早期的无人驾驶飞行器的研制和应用主要用作靶机, 应用范围主要是在军事上, 后来逐渐用于作战、侦察及民用遥感飞行平台。20世纪80年代以来, 随着计算机技术、通讯技术的迅速发展以及各种数字化、重量轻、体积小、探测精度高的新型传感器的不断面世, 无人机的性能不断提高, 应用范围和应用领域迅速拓展。无人机与遥感技术的结合, 即无人机遥感, 是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术, 具有自动化、智能化、专题化快速获取国土、资源、环境等的空间遥感信息, 完成遥感数据处理、建模和应用分析能力的应用技术。
2 无人机及无人机遥感系统特征
无人机系统结构简单、使用成本低, 不但能完成有人驾驶飞机执行的任务, 更适用于有人飞机不宜执行的任务, 同时, 由于具有成本低、损耗低、可重复使用、风险小等诸多优势, 其应用领域越来越广。无人机遥感技术作为一项空间数据获取的重要手段, 具有高时效、高分辨率等性能, 是卫星遥感与载人机航空遥感的有力补充[2], 与卫星遥感和载人机航空遥感相比, 更加方便、快捷, 响应能力快, 其生存力强, 对气候条件要求低, 对地形适应性强, 同时摆脱了重访周期的限制, 能实现影像数据的实时传输, 满足紧急条件下工作要求。无人机搭载的高精度数码成像设备, 具备面积覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力, 获取图像的空间分辨率达到分米级, 适于1∶10 000或更大比例尺遥感应用的需求。无人机可按预定飞行航线自主飞行、拍摄, 航线控制精度高、操作简单, 对起降的要求低, 能实现遥控、半自主飞行和按预编航线全自动航行功能, 便于掌握和培训。
3 水文监测中无人机应用背景及需求
目前, 水文事业面临新形势、新任务, 肩负重大的历史责任。洪涝灾害、干旱缺水、水污染、水土流失等问题, 已经严重制约着国民经济和社会发展。要解决好水的问题, 就必须调整治水思路, 转变治水方针, 从工程水利向资源水利转变, 从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。在这个历史转变过程中, 要把水利信息化放在优先的位置。水文基础设施建设整体水平落后于经济社会发展需求, 是水文建设发展过程中的突出矛盾。信息是水文决策的基础, 是正确分析和判断水文形势、科学地制定水文发展方案的依据。由于无人机低空遥感的高机动性、高分辨率等特点, 使其在水文行业中的应用有着得天独厚的优势, 在洪涝灾害、干旱缺水、水环境污染、河道拥堵等相关领域上, 无人机低空遥感都能发挥其巨大的作用。
4 无人机水文监测应用及其解决方案
2004年7月, 暴雨引起广西桂平市蒙圩镇洪涝灾害, 马轮基等人进行无人机遥感监测调查, 第一时间得到了洪涝区、退水区、非洪涝区等信息的遥感图, 创造国内首次利用自控微型无人驾驶飞机对洪涝灾害的遥感监测的纪录[3]。基于无人机携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行等特点, 在传统的水资源调查、水域覆盖面积调查、水资源用地信息管理、水域警戒线分析、洪涝灾害、干旱缺水、水库蓄水水位监测、水资源工程动态监测、河流水文监测、水域排污、水面清洁监测、重要水利设备和设施安全监测、水库和坝区的周边环境监测水资源巡查成图等方面, 均可以得到应用。
4.1 水资源调查、水资源用地信息管理、水资源巡查成图
传统水资源调查、用地信息管理和水利巡查成图中, 多用人工的方式进行调查, 勘查人员携带相机从高处向河流拍照、乘船的方式对水资源面积调查。此种方法无法快速精确的执行勘测测量。在进行这些工作的过程中, 可以充分结合无人机的特点, 利用无人机对所需监测对象进行航拍, 巡视, 通过大范围飞行快速巡查, 第一时间掌握水利资源调查信息。通过航拍测绘掌握地面水资源用地信息以及水资源调查成果, 地面工作站根据实时航拍监控数据可以清晰分析水资源的实时动态, 后期制作电子版或相片成果图, 生成水资源巡查成图。提高了水资源调查小组户外调查办事效率, 快速准确的为水资源面积、水资源地理信息和后期制作水资源巡查成图提供了不可代替的作用。
4.2 洪涝灾害、干旱缺水、水域覆盖面积调查、水域警戒线分析
传统的洪涝灾害发生后, 多利用直升飞机在受灾区域上空进行航拍监控以及拍摄洪水覆盖面积, 当遇到大面积干旱缺水的灾害, 定损工作一般采取人工定损方式, 定损作业效率缓慢。水域警戒的办法通常是以人工坐船的方式进行水深划分, 没有鸟瞰图进行具体详细的划分。这些做法在洪涝灾害发生时无法快速应急, 人工拍照角度没有鸟瞰图立体, 同时因为定损面积大, 人工作业缓慢。此种情况下可利用无人机快速从空中俯视蓄滞洪区的地形、地貌、水库、堤防险工险段, 遇到险情时, 无人机可克服交通等不利因素, 快速抵达受灾区域, 并实时传递现场信息, 监视险情发展, 为防汛决策提供准确的信息。无人机在抗旱监察工作中, 可以避免人员深入田间地头, 及时了解每个地区、每个灌区的水源储量, 科学调度水库蓄水, 做好蓄水抗旱工作, 同时还充分掌握外河、外湖及内河水位变化情况。无人机的使用, 特别适用于突发事件应急管理, 大大降低了防汛抗旱工作人员承担危险工作的风险概率、提高了工作效率。能快速的为大型水库进行航拍包括水域覆盖面积调查、水域警戒线分析, 通过航拍实时监测可以清晰了解水域面盖面积、通过航拍成图划分水域警戒线, 并找到对应点进行围栏划分。提高了处理紧急预警突发事件和灾害的办事效率, 快速准确的为受灾地区进行航拍、定损, 为救援人员提供宝贵的搜救信息。
4.3水库蓄水水位监测、河流水文监测、水资源工程动态监测
在传统的水库蓄水水位监测、河流水文监测、水资源工程动态监测中, 勘查人员携带相机在大坝围栏上对水库浮标进行拍照取证来获得水位信息、人工乘船的方式对上下游河流水文情况进行监测。在监测过程中, 若遇到大面积河流污染无法精确的执行水质监测, 同时会因为作业面积广阔, 人工监测调查缓慢。此时, 利用无人机则可以快速对所需监测对象进行实时监控, 特别水库边缘区环境比较恶劣的地段, 无人机可操控自如的完成监测任务。通过对上、下游河流快速巡查, 第一时间掌握水文情况, 特别是大面积的河流污染。
4.4 重要水资源设备、设施安全监测, 水库、坝区周边环境监测
在传统的水资源设备、设施安全监测, 以及水库坝区周边的环境监测中, 也多是采用人工乘船、徒步的方式进行监测, 监测人员携带相机、DV、望远镜对水利设备设施进行巡检, 水库、坝区周边环境一般采取徒步的方式进行定期巡查。也同样存在调查缓慢、无法快速精确完成监测任务的问题。利用无人机快速对重要的水资源设备进行监测, 定点实时监控、巡视, 特别水库边缘区环境比较恶劣的地段, 可以方便的完成监测任务;当遇到水资源设施出现故障停止作业的情况, 利用无人机能快速做出应急反应, 对水资源设备进行实时监控, 通过地面站发现可视故障问题。通过无人机空中悬停实时监控掌握大坝进水区和出水区实时动态信息, 地面工作站根据实时航拍监控数据可以清晰分析大坝在工作中的实时动态, 能够快速准确的为水利设施设备进行实时监控, 解决了人工作业缓慢和不能及的缺陷[4]。
摘要：在对无人机和无人机遥感技术阐述和分析的基础上, 论述了无人机在水文监测领域的应用背景和需求, 针对传统水文事业中水资源调查、水资源用地信息管理、洪涝灾害、水文监测等工作中存在的问题和不足, 探讨了无人机在这些方面应用的可能性及应用优势, 提出了无人机在水文工作中的应用方案。
关键词：无人机,水文监测,遥感技术,应用
参考文献
[1]吕厚谊.无人机发展与无人机技术[J].世界科技研究与发展, 1998 (6) :113-116.
[2]金伟, 葛宏立, 杜华强, 等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息, 2009 (1) :88-92.
[3]马轮基, 马瑞升, 林宗桂, 等.微型无人机遥感应用初探[J].广西气象, 2005, 26 (S1) :180-181.