基于现代信息技术的水文自动化遥测系统探讨

基于现代信息技术的水文自动化遥测系统探讨
摘要：传统水文测验预报需要广大水文职工冒着生命危险，克服种种困难，为
了及时准确完成水文测验工作并保护水文职工生命安全，就必须进行水文测验预
报现代建设。

为实现传统水文向现代水文、数字水文转变，应逐步扩大自动监测
领域，利用现代化的信息技术促进全面实现水文数据自动采集、测算、处理、传
输与管理等。

关键词：信息技术；水文自动化遥测系统；现状分析；应用；发展前景
引言：
水文是个很古老的行业，同时也还是国民经济不可或缺的行业，为历年防汛
抗旱、水务工程规划设计及运行、水资源开发利用及管理、水环境保护等国民经
济建设和社会发展发挥了巨大的作用。

尤其是1998年在长江、松花江、珠江等
主要江河发生大洪水或特大洪水期间，及时测报洪水，提供了大量准确的水文信息。

在中央决定长江是否分洪等重要决策的关键时刻，提供了关键性的依据。

1、水文自动化遥测系统的现状分析
1.1水文遥测系统的概述
水文遥测系统主要为了满足防汛指挥系统建设的要求，对实时水情进行测量
和报告的自动化系统。

水文遥测系统的发展是现代化水利水情检测技术发展的重
要表现。

水文遥测系统的建设经历了几十年的发展已经对多种高科技技术都具有
一定的应用。

系统通信方式由最初的超短波到如今卫星有线共用的方式，对水文
遥测系统的发展提供了更高的技术支持。

并且，通过系统的不断改进和组成元件
的质量提高与技术发展，其关键设备遥测终端的质量也不断提升，无故障工作时
间的提升度更是极为可观。

从工作内容上来讲，系统的功能由最初仅仅对降水量、水位信息的测量转向水位、流速、流量、蒸发量等多种参数的共同测量。

用户不
仅可以对硬件进行编程和开发，还能进行远程的控制，对水文遥测系统的参数控
制都能较快的掌握。

所以水文遥测技术的开发极大地方便了系统的维护，并能够
合理的利用数据库和图形报表软件，让水情信息加以量化。

1.2水文遥测技术的具体结构组成
水文遥测系统的组成包括多种设备。

一般来说，主要的设备有水位传感器、
降雨量测量器、遥测站、通信设备和中心计算机系统等。

在系统中，遥测站通过
传感器自动实时对水位进行采集，通过无线通信装置向中心计算机系统发送水情
报告，最终通过中心计算机系统对所接收的水情数据进行具体的分析和预警。

一
般情况下，水文遥测系统的结构图如下图所示：
2、现代水文信息技术在水文遥测中的应用
2.1GPS技术的应用与研究
2.1.1GPS技术对水底地形测量的应用与研究
在水文领域中，GPS技术可以用来对水底中的地理形势的测量。

GPS技术还
可以对全球范围内的灾区进行定位，在无线通话技术的出现后，GPS实现了对话
的能力，这使得救灾抢险过程更加的方便，能够对紧急情况做出及时的指挥。

2.1.2GPS技术在洪涝灾害中的应用与研究
GPS技术可以在发生洪涝灾害时对灾区地点进行准确的定位，还可以运用无
线电通话技术进行通话指导救灾工作。

GPS技术的使用使救灾工作更加容易，而且还节约了不少的时间。

同时也为救灾工作争取了宝贵的时间。

在救灾物资输送的途中，可以利用GPS技术对输送物资的车辆进行监控，如果哪个灾区急需救灾物资，那么根据各救灾物资输送车辆的位置，可以派遣距离灾区最近的车辆送去物资，这样可以做到物资的快速调拨。

2.2ANN技术的应用于研究
ANN技术也可以称为人工神经网络技术。

这是一种模仿人的大脑结构和功能所制定出的一种非线性信息的处理系统。

在水文领域中，ANN技术主要被应用于洪水和降雨径流的预报这两方面上。

2.2.1ANN技术在降雨径流中的应用与研究
ANN技术可以对降雨径流做出预报。

我们根据降雨的一些相关数据输入到使用ANN技术建立的降雨径流模型当中来，然后进行一系列的计算，最后得出出口的断面流量，最后利用函数的形式将预测的结果展示出来。

2.2.2ANN技术在洪水中的应用与研究
ANN技术可以对洪水做出预报。

只有对洪水做出准确的预报，才能采取有效的措施进行抗洪工作。

ANN技术被应用到抗洪预报当中，主要根据的是ANN的估计技术，把要进行预报地区的洪水实测资料进行统计并且建立出预测模型，最后再按照历史上的资料进行重试，从而得出洪水的变化规律。

2.3水利水情自动化遥测系统的具体应用方案
水库在汛期要做到科学调洪，就要对水文遥测系统做好准确和科学的应用方案。

首先，要及时并准确的采集各种水文水情的数据。

对数据的把握是防洪调度的基本依据，也是水情自动化测报的基本应用。

让水情具体情况通过数据快速的传入到计算机中心能够极大的提高水情信息的时效和精确度，从而让指挥系统能够迅速得出科学正确的实施方案。

其次，建立预报调洪的计算机模型。

对水情的分析是需要中心计算机系统的整体运作的，所以科学的应对水情问题应该对每个水库都建立独特的计算机模型，对水流量、水流算法都进行程序化设计，让计算机系统迅速加以分析和预测。

2.4遥测终端（RTU）
RTU主要是负责监视以及测量安装在远程现场的传感器以及设备。

第一应该把测得的水位、雨量状态以及信号将其转换变为可以在通信媒体之上而发送的数据格式，之后再把数据格式通过无线通讯模块传输到水情中心。

与此同时水文遥测系统的测报方式主要包括有自报式、混合式、应答式等等三种。

而一些水情中心报汛通信使用的是定时自报、加报和召测兼容的工作体制。

测站接收分中心的召测，或通过软件设置，自动或者是依据分中心指令增减传送数据频度，然后进行自报。

2.5通讯模块
2.5.1GSM短消息
GSM无线数据传输技术是数据和移动2种通信技术的有机结合，GSM无线数据业务使得人们不受空间、地域的限制，可随时随地获取所需信息。

在我国已经建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，并提供话音、短信和数据业务。

随着GSM通讯协议专用模块的推出，GSM的各项业务已不仅仅应用于手机通信领域，也应用于其它领域的通信需求。

专用模块具有易于开发的通讯接口和协议，这为短消息业务应用于水情测报系统的开发工作创造了很好的条件。

虽然短消息业务（SMS）一次最多只能传输140个字节信息，但用于水情数据的实时传输完
全可以满足要求。

2.5.2GPRS
GPRS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同样的无线调制标准、频带、突
发结构、跳频规则及TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前电路交换的话
音业务信道极其相似。

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、频繁的、少量的数据传输，也适用于
偶尔的大数据量传输，可为水情数据的传输提供更为可靠和快速的通信网络。

2.6太阳能电源系统
太阳能电源系统通过太阳能发电板和蓄电池结合的方式满足遥测系统的静态、动态耗电。

太阳能电源系统的广泛应用，很好的解决了以前使用交流电供电时存
在的问题：容易遭雷击、不稳定、受环境限制（如遥测站交通不便、传输距离远、无交流电）。

2.7无线数传电台在水文遥测中的应用
2.7.1模块发送过程
模块接收到上位机的相关数据之后，则应该通过DTR线来判断接收到的数据
是属于命令还是相关数据，如果是命令的话需要执行有关的命令。

如果是需要发
送相关的数据的的话，则应该把需要发送的数据及时发送到缓冲的地带之中，并
且把模块处于的状态从接收状态而变为发射状态之中，但是转换过程需要100ms，而当状态结束之后，接着在将程序打包发送。

而发送打包的主要功能则是把缓冲
区的数据变为，同无线发送的数据包，并且把控制信号动态插入到数据包之中，
接着把此数据包的数据输送到模块之中的数据调制口。

同时依照v23协议之中以FSK的调制而将其发射出去，而在此过程之中，全部的进程都是并行而完成的。

2.7.2模块接收过程
其在接受的状态之中，而接收机通常都是可以接收到码流之中的同步信息，
而受到同步信息之时，就将其进行位同步，得到位同步之后，接着进行码同步，
在其结束之后，就可以接收到数据和控制信息，接收到的数据之后，接着在依照
规定的串口帧格式而将其送到上位机之中。

2.7.3数传基本功能
通常见到的数传模块通常可以分为拓展功能、高级拓展功能以及基本的数传
功能等等。

而在这里介绍的是需要实现基本的数传功能的硬件连接形式。

比如说
使用TX表示的设备端口之上的数据发送端子，使用RX来表示设备端口之上的数
据接收。

如此，不同设备之间的串连接方式则是TX对RX，RX对TX，GND对GND。

如果将两个无线模块组成的无线信道也看成是一个两端口的设备，则对设备
A与设备B而言，串口通讯时有线连接与无线连接的端子的对应关系是一样的。

2.8RS技术的应用与研究
RS技术，又可叫做遥感技术，它是一种对电磁波比较敏感的仪器。

通常被用
到远距离物体的测量或无接触目标物体条件下探测目标物体，从而获得其反射、
辐射或散射的电磁波，并且对目标物体信息进行提取、判断和加工的技术.
2.8.1RS技术在水文领域主要被应用到防洪抗旱、水质监测等方面
RS技术在防洪抗旱方面的应用研究RS技术在防洪抗旱方面的应用主要体现
在对各个地区的灾情进行监测，及时地将灾区的信息传递给监测部门，最后再将
收集到的信息进行分析，为灾区的救援工作提供帮助，同时对灾后地区的重建工
作也能提供帮助。

在抗旱救灾当中所用到遥感技术的工作原理是通过向土壤上发
射信息，然后再由土壤对其进行反射，收集经反射整理回来的信息，从而就能够
获得灾区的相关信息。

在这个过程当中，需要工作人员根据不同的灾区地域建立
不同的模型。

随着我国对灾情监测的不断完善，已经有很多地区应用了此项技术。

2.8.2RS技术在水质监测方面的应用研究
使用RS技术能够对水质的参数进行监测，它的检测原理主要是通过对光谱的分析对水质进行监测，由于应用的比较晚，所以对于RS技术应用到水质监测还
是需要进行深入的研究，不断地完善，从而能够更有效的运用RS技术。

2.9多普勒技术在水位流量监测中的应用
当前在对水文遥测之中开始使用雷达水位计及电波流速仪测流。

过去在大洪
水季节河流漂浮物较多，传统的气泡水位计很容易被淤沙或者被洪水破坏，而现
在依托桥梁等使用雷达水位计能更安全准确反映实时水位。

在高水位时过去一般
采用浮标法测流，但是涨大洪水时投放浮标有一定的局限性，现在用电波流速仪
较为便捷，把电波流速仪固定在测流缆道上测流速，用流速仪测流控制台机器把
电波流速仪开到你所需要测的垂线上电波流速仪自动测算，用测流缆道一根垂线
一根垂线的测出流速，测完后点击计算，计算机就自动计算出需要流量，然后比
测分析的系数乘以电波流量，则可以得到需要的实际流量。

以多普勒技术为水文
遥测设计生产的产品其优点是自动化程度高、性能可靠、工作稳定。

3水文自动化遥测系统的具体意义与发展前景
水文遥测系统科学技术的发展和应用逐渐取得了显著的效用，而且在水情的
测控中也具有重要的意义。

水文遥测系统为汛期的水情调控起到了科学合理的作用，尤其是对雨量和水位的整体数据参数的参考，更是对水情系统调控起到了决
定性作用。

水情自动化测报系统的运作已经解决了长期以来水情监测与信息不畅
的问题，所以，水文自动化遥测系统的会以先进的现代化装备为基础、以高科技
应用为支点、以现代化的管理模式为手段继续向快捷、自动化和高效率的方向发展。

4结束语
水文遥测系统依托现代化的水文信息技术，水文传感器能更精确采集水文数据，远程遥测终端和通信网络更加完整的传输信息，智能的信息处理系统及时发
布信息，水文预报能更加准确。

现代化水文遥测系统的建立不但提高了效率，减
少了遥测站点的管理，降低了运行成本，而且能够更加及时的整合水文和水利调
度信息，促进国民经济的发展。

我们在建设现代化水文遥测系统的过程中不断实
践摸索，希望能够不断提高数据的实时在线率、提高数据的完整性，完善水文数
据应用系统，真正在防汛抗旱中做得更快、更准、更好。

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