水文自動測報(bào)系統(tǒng)研究綜述

　　摘要：通過國內(nèi)、外背景的敘述，提出了研究和建設(shè)水文自動測報(bào)系統(tǒng)的必要性和現(xiàn)實(shí)意義，介紹了水情自動測報(bào)的一般組成，并綜述了其發(fā)展歷程，最后對前景進(jìn)行了展望。
　　關(guān)鍵詞：水情自動測報(bào)系統(tǒng)；系統(tǒng)組成；發(fā)展歷程；前景展望
　　1前言
　　水情信息是水庫調(diào)度工作中數(shù)量大、實(shí)時性強(qiáng)、有嚴(yán)密報(bào)送制度的基礎(chǔ)信息，是水文預(yù)報(bào)、水庫調(diào)度、防洪決策的主要依據(jù)[1]。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、水庫調(diào)度與防洪調(diào)度自動化系統(tǒng)的建設(shè)緊鑼密鼓地進(jìn)行，許多流域機(jī)構(gòu)、防汛指揮部門建立了水文自動測報(bào)系統(tǒng)。
　　水文自動測報(bào)系統(tǒng)是一種先進(jìn)的水文參數(shù)實(shí)時采集、傳輸、分析和處理系統(tǒng),它應(yīng)用傳感技術(shù),現(xiàn)代通訊技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù),完成降雨量、水位、流量等各種水文參數(shù)的實(shí)時采集,并加以分析處理,以實(shí)現(xiàn)防洪、供水、發(fā)電等優(yōu)化調(diào)度,提高水資源的利用率,其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是非常顯著的[2]。
　　2背景及意義
　　2.1 國際、國內(nèi)背景
　　在水文自動測報(bào)系統(tǒng)的研發(fā)方面，國外起步較早，技術(shù)也比較成熟。20 世紀(jì)60年代開始，歐美日等率先在自己
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圍、實(shí)時性寬帶傳輸、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、工程施工、網(wǎng)絡(luò)化調(diào)度等方面越來成為各級指揮調(diào)度、預(yù)報(bào)保障體系發(fā)展的瓶頸。因此，加快技術(shù)更新，對已不能勝任當(dāng)今繁重的防汛抗旱任務(wù)的水文自動測報(bào)系統(tǒng)，進(jìn)行改造，并建立技術(shù)先進(jìn)的、適應(yīng)實(shí)際水利信息化建設(shè)需求的水文自動測報(bào)系統(tǒng)不僅是水利工作的當(dāng)務(wù)之急，也對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要意義。
　　3水文自動測報(bào)系統(tǒng)
　　3.1 水文自動測報(bào)系統(tǒng)的組成
　　水文自動測報(bào)系統(tǒng)由遙測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、預(yù)報(bào)子系統(tǒng)組成。國內(nèi)較為常見的水文自動測報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1。
　　
　　3.2 遙測子系統(tǒng)
　　遙測子系統(tǒng)由中心站，中繼站，遙測站（水位站、雨量站、土壤水分站、閘位監(jiān)測站，水泵流量監(jiān)測站，視頻監(jiān)視站，閘門自動控制站等）[3]。中心站 水情測報(bào)中心站由通訊系統(tǒng)、中心控制儀、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等4部分組成, 它是水文測報(bào)系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)收集和分析處理中心。中繼站 在水文自動測報(bào)系統(tǒng)中，中繼站是遙測站到中心站之間的中繼站之間的中轉(zhuǎn)站。遙測站 國際、國內(nèi)的水文自動測報(bào)系統(tǒng)遙測站報(bào)信_通常采用自報(bào)式、應(yīng)答式、自報(bào)/應(yīng)答兼容式3種。系統(tǒng)總體框圖如圖2：
　　
　　3.3 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)
　　數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)是整個水情自動測報(bào)的關(guān)鍵部分，也是軟件系統(tǒng)的核心部分。遙測站將測得的水文數(shù)據(jù)通過中繼站傳到中心站，存入數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過分類整理，為洪水預(yù)報(bào)做準(zhǔn)備。經(jīng)過處理的合理的數(shù)據(jù)再由預(yù)報(bào)子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用，而最終的預(yù)報(bào)成果，經(jīng)相應(yīng)模塊的整理，存入數(shù)據(jù)庫備查。系統(tǒng)的整個數(shù)據(jù)流程如圖3.
　　3.4洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)
　　洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)通常由定時洪水預(yù)報(bào)模塊、模型變量初值修正模塊、人機(jī)交互預(yù)報(bào)模塊、模型參數(shù)修正模塊、歷史洪水模擬模塊、信息查詢管理模塊等組成。其中：定時洪水預(yù)報(bào)模塊的功能主要是預(yù)報(bào)入庫的洪水總量、洪峰值、洪峰出現(xiàn)的時間、入庫洪水過程等；模型中間變量初值修正模塊是在系統(tǒng)軟件初次啟動時，要對模型的中間變量進(jìn)行初值估計(jì)。在系統(tǒng)軟件運(yùn)行過程中，正常情況下隨時間變化的中間變量，模型軟件會逐時段自動遞推估計(jì)出變量值，并將該值保存到計(jì)算機(jī)中；人機(jī)交互預(yù)報(bào)模塊是根據(jù)氣象預(yù)報(bào)或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)未來可能的降雨情況，預(yù)報(bào)入庫洪水。模型參數(shù)修正模塊的主要功能為修正模型參數(shù)，使得系統(tǒng)軟件應(yīng)用時間越長，越能反映流域?qū)嶋H情況，使用效果越好[4]；歷史洪水模擬模塊 用當(dāng)前使用的預(yù)報(bào)模型和模型參數(shù)，對歷史上洪水特點(diǎn)與當(dāng)前洪水相近的洪水進(jìn)行模擬，分析當(dāng)前模型模擬歷史洪水的效果；信息查詢管理模塊負(fù)責(zé)洪水預(yù)報(bào)信息的查詢、洪水預(yù)報(bào)模型的評判與選擇、洪水預(yù)報(bào)軟件運(yùn)行信息的管理等。
　　4水文自動測報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展歷程
　　我國的水文自動測報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)起始于20世紀(jì)70年代，在三十年間，發(fā)展十分迅速，成果令人矚目。按所采用的關(guān)鍵技術(shù)可將水文自動測報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展分為三個階段。
　　4.1 起步階段
　　自20世紀(jì)70年代起，水文自動測報(bào)系統(tǒng)進(jìn)入探索階段，主要參照工業(yè)巡回檢測系統(tǒng)的模式，采用步句結(jié)構(gòu)傳輸雨量水位數(shù)據(jù)，查詢-應(yīng)答式_在這一階段應(yīng)用較多，對測站采用雙音頻選呼技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸多使用振幅調(diào)制，分路濾波和積分判決，數(shù)據(jù)傳輸速率比較低，一般為50—100波特[6]。在傳感器方面，適應(yīng)自動測量雨量的翻斗式雨量計(jì)技術(shù)較為成熟，而浮子式水位計(jì)和軸編碼器尚處于研制階段，技術(shù)性能尚有一些不理想之處。限于當(dāng)時國內(nèi)元器件和遙測設(shè)備制造水平，早期所建系統(tǒng)通暢率偏低，數(shù)據(jù)傳輸中誤碼率問題比較突出，設(shè)備的mtbf（mean time between failures）又較短。
　　1980年，水利部水文局于在杭州召開大型會議，組織水利部門和多家科研院校對水情數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)據(jù)傳輸和聯(lián)機(jī)洪水預(yù)報(bào)等重要課題進(jìn)行研究開發(fā)，并取得了以下幾方面成果：（1）在遙測方面，確定了以實(shí)現(xiàn)小流域水文自動測報(bào)為目標(biāo)的若干研究課題，倡導(dǎo)引進(jìn)微機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)以c ……（未完，全文共6020字，當(dāng)前僅顯示2114字，請閱讀下面提示信息。收藏《水文自動測報(bào)系統(tǒng)研究綜述》）