1 工程簡(jiǎn)介

大慶地區(qū)防洪工程位于松嫩平原嫩左地區(qū)中部，北起雙陽河，南抵松花江，東至明水、青岡縣城以東的分水嶺，西至大慶“八三”管堤。包括安肇新河和肇蘭新河。安肇新河由王花泡、北二十里泡、中內(nèi)泡、七才泡、老江身泡、庫里泡等滯洪區(qū)，108.1 km的河道及明青截流溝組成，工程跨經(jīng)齊齊哈爾、大慶、安達(dá)、青岡、明水、林甸、依安、肇州、肇源等市縣的一部分或大部分地區(qū); 肇蘭新河由青肯泡滯洪區(qū)、污水庫和93 km的河道以及10.7 km新開挖段組成，工程跨經(jīng)肇東、呼蘭等地。

2 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

大慶地區(qū)防洪工程自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要包括明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和大慶地區(qū)防洪工程主要滯洪區(qū)雨量遙測(cè)系統(tǒng)。

2.1 明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)、采集明青坡地來水的遙測(cè)雨量自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由1 處中心站、2 處中繼站和21 處遙測(cè)雨量站組成。站點(diǎn)分布詳見圖1。

2.2 大慶地區(qū)防洪工程主要滯洪區(qū)雨量遙測(cè)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)大慶地區(qū)防洪工程主要滯洪區(qū)的雨情。同明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)使用同一個(gè)中心站。還包括2個(gè)中繼站和5個(gè)雨量站。

目前，大慶地區(qū)防洪工程水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要是雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，缺少水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。建設(shè)水位遙測(cè)系統(tǒng)，可極大的提高水情系統(tǒng)采集傳輸?shù)臅r(shí)效性，處防汛領(lǐng)導(dǎo)小組據(jù)此可以及時(shí)做出預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)警，并報(bào)告上級(jí)防汛部門，為防汛指揮、科學(xué)調(diào)度提供可靠決策信息，在抗洪減災(zāi)中將發(fā)揮重要作用。因此，建設(shè)水位遙測(cè)系統(tǒng)是十分必要的。

圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

3 水位遙測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際情況，水位遙測(cè)系統(tǒng)采用VHF、GSM 和衛(wèi)星混合傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑且粋€(gè)集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)處理、資料整編于一體的綜合性的水雨情遙測(cè)系統(tǒng)。利用已建公網(wǎng)作為主備傳輸信道，有效地利用了公共資源，避免了重復(fù)建設(shè)。在設(shè)計(jì)中要充分考慮兩種信道的傳輸特性，具體設(shè)計(jì)方案如下:

3.1 系統(tǒng)的通信體制

超短波傳輸為主通信方式，GSM 信道的短信傳輸為備用通信方式，總的通信方式為自報(bào)、限時(shí)增量加報(bào)、查詢－應(yīng)答的混合通信體制。

3.2 遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性

水情遙測(cè)系統(tǒng)是為防汛和水文部門服務(wù)的，這就要求系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理快速而準(zhǔn)確。

系統(tǒng)中采用VHF/GSM 混合傳輸?shù)姆绞?。如果RTU 發(fā)出信息后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未收到中心確認(rèn)信息，則會(huì)切換到GSM 信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，正常情況下短消息傳輸延遲一般為幾秒鐘，遙測(cè)數(shù)據(jù)可以立即傳輸?shù)椒种行模瑥亩ＷC了數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性。

3.3 系統(tǒng)的時(shí)鐘同步

遙測(cè)站的時(shí)鐘是保證其正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。水文數(shù)據(jù)資料整編、遙測(cè)數(shù)據(jù)的定時(shí)報(bào)送都要求系統(tǒng)的時(shí)鐘具有一致性。對(duì)于超短波系統(tǒng)，時(shí)鐘同步的意義還在于可以有效地避開碰撞問題。

3.4 固態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多重保護(hù)機(jī)制

固態(tài)存儲(chǔ)功能是遙測(cè)終端必備的重要功能，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性直接影響到水文資料整編的結(jié)果。

3.5 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

忽視系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能不穩(wěn)定、設(shè)備損壞，乃至系統(tǒng)癱瘓的嚴(yán)重后果。采取的具體措施如下:

3.5.1 RTU 應(yīng)設(shè)計(jì)可靠

1) 電路設(shè)計(jì):終端電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮浪涌抑制，電源濾波，信號(hào)濾波，信號(hào)保護(hù)，掉電保護(hù)，所有接口電路的防雷保護(hù)等多種手段來提高硬件的可靠性。

2) 終端軟件設(shè)計(jì): 采用了實(shí)時(shí)多任務(wù)管理機(jī)制、看門狗技術(shù)以及自檢、軟件陷阱等保護(hù)措施，良好的軟件流程也為系統(tǒng)的可靠性增加了籌碼。

3) 電路板:終端主板和接口板都由專業(yè)廠家進(jìn)行流水焊接和檢驗(yàn);

4) 采取了掉電保護(hù)措施，不但節(jié)省了功耗，而且有利于系統(tǒng)的抗干擾性能。

5) 選用電源監(jiān)控芯片，對(duì)固態(tài)存儲(chǔ)器采用雙重保護(hù)。

3.5.2 軟件可靠性設(shè)計(jì)

水情中心負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)所有遙測(cè)站水情信息的接收、處理、入庫、發(fā)布以及上報(bào)分發(fā)等重要工作，這些功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于分中心軟件的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)應(yīng)從軟件運(yùn)行環(huán)境的可靠性、應(yīng)用軟件自身的可靠性等多個(gè)方面進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。

3.5.3 通信可靠性設(shè)計(jì)

通信設(shè)備的性能，通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，通信工作方式的選擇以及通信協(xié)議的制定等方面都是影響通信可靠性的因素。系統(tǒng)在通信可靠性設(shè)計(jì)方面應(yīng)主要考慮了以下6 點(diǎn): ①GSM通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)可靠的無線通信網(wǎng);②遙測(cè)站與分中心采用“VHF+GSM”的連接方式，傳輸可靠性有保障; ③采用的GSM 通信終端，在國內(nèi)水情遙測(cè)系統(tǒng)中運(yùn)行穩(wěn)定; ④主備通信方式之間可以自動(dòng)切換; ⑤采用多次重發(fā)機(jī)制; ⑥采用差錯(cuò)編碼。

3.5.4 數(shù)據(jù)可靠性設(shè)計(jì)

水情遙測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的根本任務(wù)是取得各遙測(cè)站的實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)，作為資料整編和防汛調(diào)度的依據(jù)。因此必須采取充分的措施保證水文遙測(cè)數(shù)據(jù)的可信度、完備性以及安全性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)可靠性方面采取的措施如下:

3.5.4.1 采用存儲(chǔ)重發(fā)機(jī)制

存儲(chǔ)重發(fā)機(jī)制可以保證中心遙測(cè)數(shù)據(jù)的完整性，一旦遙測(cè)站固態(tài)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)不能正常讀出時(shí)，可以通過中心已經(jīng)接收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行資料整編。這樣遙測(cè)終端的固態(tài)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)與中心的遙測(cè)數(shù)據(jù)互為備份。

3.5.4.2 采用數(shù)據(jù)合理性檢查機(jī)制

對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)定合理的取值范圍，測(cè)站測(cè)量參數(shù)完畢，對(duì)各參量測(cè)量值進(jìn)行判斷，如果測(cè)量值在設(shè)定的取值范圍內(nèi)，則認(rèn)為數(shù)據(jù)可信，否則重新測(cè)量。中心站收到遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，也進(jìn)行同樣的數(shù)據(jù)合理性檢查。

3.5.4.3 固態(tài)數(shù)據(jù)刪除保護(hù)

當(dāng)測(cè)站收到中心站固態(tài)數(shù)據(jù)刪除命令后，首先要求中心確認(rèn)是否屬實(shí)，中心收到請(qǐng)求后，再次發(fā)送固態(tài)數(shù)據(jù)刪除命令。測(cè)站連續(xù)3 次收到固態(tài)數(shù)據(jù)刪除命令，并獲得中心確認(rèn)，方可進(jìn)行固態(tài)數(shù)據(jù)的刪除。

3.5.4.4 采用差錯(cuò)編碼和CRC 校驗(yàn)

保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。如果校驗(yàn)錯(cuò)誤，采用重發(fā)機(jī)制。

3.5.4.5 遙測(cè)站可靠性設(shè)計(jì)

遙測(cè)站處在整個(gè)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的前端，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和上報(bào)，數(shù)據(jù)能否可靠地傳送至中心是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，因此遙測(cè)站的可靠性至關(guān)重要，可以說保證系統(tǒng)可靠性的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于遙測(cè)站的可靠性。

3.5.4.6 遙測(cè)站供電設(shè)計(jì)

1) 蓄電池容量: 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)中，遙測(cè)站大多地處邊遠(yuǎn)山區(qū)，由于農(nóng)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，而且得不到連續(xù)供電的保證，因此不宜使用交流供電方式。所有遙測(cè)站均采用太陽能電池浮充免維護(hù)蓄電池供電的方式。并且要求陰雨天氣持續(xù)30 d的情況下，能保持正常工作。

2) 太陽能電池功率:綜合考慮平均日照、遙測(cè)站功耗、太陽能電池板充電電流、負(fù)載相關(guān)系數(shù)以及電池充電安全系數(shù)，選擇正確太陽能電池板，即可保證陰雨30 d情況下，設(shè)備正常運(yùn)行，亦可保證5 d內(nèi)將蓄電池充滿的技術(shù)要求。

4 結(jié) 語

大慶地區(qū)防洪工程水位遙測(cè)系統(tǒng)一旦建成后，能夠極大提高水情的時(shí)效性，為防汛會(huì)商爭(zhēng)取了時(shí)間，為抗洪搶險(xiǎn)提供了保證。由于采用雙信道通信方式，大大提高了水情信息采集傳輸?shù)谋ＷC率，為大慶地區(qū)防洪工程安全度汛提供了有力的技術(shù)保證。