基于GPRS無線通訊的遠程水文數據測報系統

系統概述

水文測報的主要任務是測定江河湖庫降雨量、水位、流量等水文要素自然變化的情況，它是一項基礎和前期工作，是防汛抗旱的耳目和參謀，其質量和精度將直接影響水情信息的實時性和準確性，影響對防汛抗旱決策的科學性，加強報汛站測報基礎設施的建設，強化水情信息采集、傳輸的工作，提高水情測報質量成為當務之急。

由于傳統的水位、雨量數據采集設備無法滿足遙測系統的需要，必須進行更新或改造，實現水文信息的數字化、自動采集、長期自動存貯以適應現代數字通訊和計算機的應用要求。

大規模的水文數據遠程自動測報系統，可以有效提高水雨情實時監測的站點密度和覆蓋面，大大提高報汛的時效性，可增加洪水預報的有效預見期和預報精度，爭取了防汛的主動性，能在防汛工作中發揮重要作用。

系統結構及工作機制

水文數據遠程測報系統的建設主要包括以下幾個方面：水文數據采集設備，一般指的是水文遙測終端機，可進行雨量采集、水位采集、流量采集； GPRS數據傳輸終端，完成遠程數據傳輸；水文信息中心站，包括系統軟件及數據庫，可分析、顯示、存儲、發布水文信息數據以供決策。

　　總體結構如下圖：

水文遙測終端機

直接測量雨量、水位等水文數據，是整個遙測系統信息的來源，終端機除具有雨量、水位定時發送等基本功能外，還具有強發和編程功能，遙測終端機一般處于河流上游或者湖泊邊緣，分布分散，可以長期工作在無人值守的環境中，并且往往無交流電源提供，需要靠太陽能浮充和免維護蓄電池供電。

GPRS數據傳輸終端

對于報汛通信網，中心從遙測站取得各類水情信息，這是最基本、最主要的；通訊方式可采用PSTN、GPRS、衛星等，由于移動通信GPRS網絡具有穩定可靠、覆蓋面較廣、網絡能力強、通信費用低、不受地域限制的優點，具體包括：

· 先進性，隨著移動通訊技的發展，如今已經實現基于分組的 GPRS 通訊；并且繼續向 3G 方向發展。

· 可靠性，作為商用的電信運營網絡，其可靠性相當高，信息發送和接收安全可靠，不會丟失。

· 實用性， GSM 作為一個成熟實用的網絡，已經能滿足用戶需求，實現資源共享，信息交流。

· 經濟性，首先，采用移動通訊方式在網絡建設上不需要投入，也不用租用通信線路、其次，通訊費用低， GPRS 只有產生通信流量時才計費； GMS 短消息發送一條信息的費用為 0.1 元，接收者不收費。

因此GPRS在水文數據傳輸通信方面可以被認為是一種首選的通信方式。設備可采用驛唐科技的MD-600G工業級智能無線數據傳輸終端，MD-600G工作穩定、上線方式靈活，并可節省通訊流量，已成功應用在水文水利行業的無線數據傳輸上，并且其優越的性能獲得了行業用戶的廣泛認可。

水文信息中心站

中心站由實時監控服務器、數據庫服務器、通訊設備、電源系統、防雷設施、軟件系統等組成。主要完成以下功能：

· 實時顯示水文信息；

· 實現各水文站、遙測站的雨量、水位信息的自動采集和存儲；

· 實現水文水資源信息省中心或防汛部門、自動測報系統中心的自動傳輸；

· 提供實時水情分析及水情預警服務；

· 對站點任意時間的水位、雨量、日雨量和累計雨量信息的查詢；

· 對所形成各種水文要素資料整編成表。

系統工作體制

系統工作體制對系統功能的實現有重要的影響，目前水文數據自動測報系統通常采用自報式、查詢應答式、自報／應答兼容式三種工作方式，幾種工作方式的工作過程及特點是：

· 自報式： 這是一種不受分中心指令控制的工作方式，當報汛站的測量參數（水位或雨量）發生一個計量單位變化時，主動將信息向中心發送。其特點是功耗低、結構簡單、實時性強；能很好反映參數變化全過程。

· 查詢應答式： 在查詢應答工作方式下，報汛站自身能對水文參數的變化自動采集和存儲，但不主動傳送給分中心。只有當中心發出查詢指令時，才將數據送出。其特點是控制性好，中心隨時可向測站索取數據。

· 自報／應答兼容式：具有上述兩種方式的特點，既能實時反映參數變化全過程，又能響應分中心的查詢。

為考慮局部降暴雨時系統能及時收集雨情信息，系統的工作機制采用查詢應答與自報兼容的方式。其中報汛站的自報功能設置和暴雨自報標準的設置由中心遙測控制，以便使運行費用降至最低。

系統功能特點

· 自動采集水位、降水數據，定時、適時地傳輸數據，數據可長期在站存儲

· 數據查漏和補發機制

· 可靠的數據安全機制和固態存儲數據的多重備份與提取機制

· 遠程測站維護，包括參數修改、數據下載等

· 各項設備符合結構簡單、可靠、低功耗的原則；所有遙測站都能在無人值守的條件下工作

· 能長期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下可靠地工作應避免因分中心站出現故障而丟失水文數據

· 系統定時發送時鐘同步信號，全系統時鐘同步

· 非法數據告警及設備故障告警

· 通信暢通率應＞ 98 ％，系統誤碼率小于 6 X 10 ˉ 5

· 能與其它有關的計算機網絡系統進行數據通信

投入的意義

系統建設后實現了測站狀態監控、遠程維護管理、固態存儲和遠程數據提取等功能，通過該系統數據發送和補發機制，實現了水情報汛和水文整編數據的統一和結合。從而搭建了統一水文數據業務平臺，并為今后遙測站點的增加和系統擴充提供了統一的平臺。

系統的建成，在生產實踐中可以發揮積極的作用。可以監測和預警大范圍內的暴雨山洪災害、在調節江河流域水壓中發揮重要作用，同時及時的信息為入庫洪水提供依據，可以攔蓄洪水，既避免和減輕了洪澇災害損失，也最大限度地實現了洪水資源化，

系統投入使用的實踐表明：

· 該系統提高了水雨情實時監測的站點密度和覆蓋面，提高了報汛的時效性，增加了洪水預報的有效預見期和預報精度，爭取了防汛的主動性。

· 解決報汛資料和整編資料兩張皮問題。本系統很好地結合報汛資料和整編資料的要求，將水文人員從繁復，乃至危險的外業作業環境中解脫出來，解決了傳統水位、雨量資料測驗、整編工作弊端，另一方面，提高資料整編效率，節約成本，確保資料質量。

· 促進水文生產模式的轉變。傳統水文資料收集、整編工作方式，重復勞動量大，工序復雜，工作效率低，需要大量的人力。通過水雨情自動測報系統，大大減少了人工作業量，從而可以使水文原來點多面廣、分散的人力資源配置模式，改為相對集中的基地化管理模式，促進了水文生產模式的轉變，為水文走站隊結合之路打下了基礎。

經過實際運行考核表明，系統運行穩定可靠，滿足防災減災的水情報汛和水文整編資料采集的要求，該技術方案具有很強的推廣應用價值。特別采用該技術方案具有的建設投資成本低、建設周期短、維護費用低和高穩定性和可靠性的特點，對水雨情自動測報系統的大規模建設具有重要的作用。