趙 勇

(烏魯木齊水文水資源勘測(cè)局，烏魯木齊 830000)

基于烏魯木齊河水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

趙 勇

(烏魯木齊水文水資源勘測(cè)局，烏魯木齊 830000)

在水情配有的綜合體系內(nèi)，有一個(gè)子系統(tǒng)為烏魯木齊河水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，此系統(tǒng)在運(yùn)行的一年多里，一直處于良好狀況下，但是相關(guān)部門(mén)對(duì)遙測(cè)站的設(shè)計(jì)還不夠科學(xué)合理。文章將對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，以便提供可為應(yīng)用的思路：觀測(cè)房進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；實(shí)行裝配制度；在觀測(cè)房?jī)?nèi)進(jìn)行水位傳感器以及遙測(cè)儀等設(shè)備的安裝，并留出相應(yīng)的安裝位置；在觀測(cè)房?jī)?nèi)還應(yīng)該設(shè)置安裝太陽(yáng)能板以及天線的配套裝置；保證設(shè)計(jì)具有規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化以及生產(chǎn)商品化。將以上問(wèn)題解決后，才能夠使烏魯木齊河配有的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的真正意義完全實(shí)現(xiàn)，為此將對(duì)烏魯木齊河現(xiàn)有的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行研究與分析。

烏魯木齊河；水情；自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)；體系框架；工作原理；遙測(cè)站設(shè)計(jì)

0 前 言

作為烏魯木齊河綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)主要子系統(tǒng)來(lái)講，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)于2003年。在此系統(tǒng)中，有1個(gè)中心站，有5個(gè)分中心站，有43個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，這些觀測(cè)點(diǎn)分別對(duì)此地區(qū)的雨量、水位以及流量等的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

這樣的體系內(nèi)，含有自動(dòng)層級(jí)很高的氣象站。體系現(xiàn)有的南郊處，設(shè)定出了分支情形下的中心站。選用特有的管控單元，去建構(gòu)體系配有的遙測(cè)終端。市區(qū)含有的偏北郊，分支站點(diǎn)接納了獨(dú)有的傳輸類(lèi)體系。

水位計(jì)的根本框架，歸屬于壓阻式的獨(dú)特傳感器，以及浮子這種形式。整合起了超聲波、獨(dú)特光纖等，供應(yīng)體系必備的電能。

1 系統(tǒng)在對(duì)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題

主要包括2個(gè)方面的內(nèi)容：

1.1 總括的內(nèi)涵

1)首先解析了總括的體系框架。預(yù)設(shè)這種測(cè)報(bào)體系，要選用體系含有的中心站，當(dāng)成主體情形下的接收站點(diǎn)。

烏拉泊水庫(kù)、青年渠渠首、八一閘水源地、鴻雁吃水庫(kù)以及多樣的市區(qū)站，都把這樣的站點(diǎn)，當(dāng)成分支框架下的接收點(diǎn)。體系含有的分中心，在接納到精準(zhǔn)的水文數(shù)值以后，會(huì)選用特有的光纖網(wǎng)，將處理后的數(shù)據(jù)傳到總中心接收站。

2)其次預(yù)設(shè)出了各類(lèi)別設(shè)施含有的型號(hào)。選用的特有終端機(jī)，帶有遙測(cè)屬性，并涵蓋著獨(dú)特類(lèi)別的管控單元及測(cè)量類(lèi)單元。

這樣的體系，預(yù)設(shè)了很靈活的總括通信路徑，設(shè)備的通信功能也非常強(qiáng)大。耗費(fèi)掉的電能偏少，這也延展了設(shè)施現(xiàn)有的運(yùn)用范疇。供電必備的方式，歸屬于太陽(yáng)能框架下的蓄電池，可以與時(shí)段偏長(zhǎng)的總要求契合。

通訊的電臺(tái)采用的是超短波電臺(tái)，型號(hào)為ND—889；使用的水位計(jì)為壓阻式水位傳感器和浮子形式的水位計(jì)[1]。

3)最后對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。為了確保系統(tǒng)具有強(qiáng)大的生命力，規(guī)劃出了新穎技術(shù)下的多樣路徑。

這樣一來(lái)，體系就可與多層級(jí)內(nèi)的要求契合，延展了原有的價(jià)值，也便利了后續(xù)時(shí)段內(nèi)的二次開(kāi)發(fā)。體系可分出多個(gè)層級(jí)，預(yù)設(shè)了分布架構(gòu)下的處理路徑，增添了總括的體系性能。

多樣的數(shù)據(jù)，可經(jīng)由這樣的路徑被歸整。體系供應(yīng)了偏大的容錯(cuò)處理，選取的是新穎的B/S架構(gòu)，并對(duì)JAVA技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，使得用戶在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行使用時(shí)，不需要對(duì)其它系統(tǒng)進(jìn)行安裝，具有良好的可維護(hù)性與可管理性，可移植性也非常強(qiáng)。還對(duì)多種接入方式進(jìn)行提供，可以分中心以及中心在任何情況下對(duì)遙測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨時(shí)地獲取。

此系統(tǒng)中采取了完善的備份機(jī)制以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理，使得數(shù)據(jù)更具有真實(shí)性、可靠性、實(shí)時(shí)性以及一致性。

1.2 存在的問(wèn)題

系統(tǒng)含有的整體設(shè)計(jì)，帶有完備屬性，在其局部存留著多樣問(wèn)題。對(duì)數(shù)值進(jìn)行歸整的最前端，配有遙測(cè)站，此處的預(yù)設(shè)流程存留著缺陷，這不僅歸屬于系統(tǒng)預(yù)設(shè)中存留著的弊病，也歸屬于銜接水工設(shè)施與既有自動(dòng)設(shè)施所面對(duì)的疑難。

對(duì)于預(yù)設(shè)出來(lái)的系統(tǒng)，本源層級(jí)內(nèi)的設(shè)計(jì)，便是預(yù)設(shè)出遙測(cè)站含有的采集數(shù)值的端點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)建構(gòu)的質(zhì)量層級(jí)，對(duì)體系現(xiàn)有的質(zhì)量，帶有直接影響。

干渠和既有支渠，應(yīng)該對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置的位置處，有的進(jìn)行了觀測(cè)房的設(shè)置，而有的則沒(méi)有對(duì)觀測(cè)房進(jìn)行設(shè)置。

對(duì)小流量數(shù)據(jù)的獲取，要經(jīng)由量水堰必備的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)流量偏大數(shù)值的獲取，則是經(jīng)由建構(gòu)出來(lái)的流量模型，獲取到的。搭建水情自動(dòng)化這樣的框架，主要依循特有的水位傳感器、浮子情形下的水位計(jì)，去運(yùn)送數(shù)據(jù)。將體系含有的設(shè)施，預(yù)設(shè)在觀測(cè)房?jī)?nèi)，增添觀測(cè)數(shù)據(jù)含有的可靠性。

對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，具有不合理的設(shè)計(jì)方案，我國(guó)也沒(méi)有與之相對(duì)應(yīng)的規(guī)章制度可以依照。在對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)選用施工時(shí)，很多的觀測(cè)點(diǎn)，配有混凝土結(jié)構(gòu)這樣的觀測(cè)房，有的選用了特有鐵板，焊接出可用的觀測(cè)箱，有的銜接起零散布設(shè)的觀測(cè)點(diǎn)。

安設(shè)出來(lái)的觀測(cè)箱，查驗(yàn)的是特有的水堰測(cè)點(diǎn)。選用觀測(cè)房搭建出來(lái)的測(cè)點(diǎn)，配有遙測(cè)儀和特有型號(hào)的水位計(jì)，缺失了統(tǒng)一的預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；構(gòu)建觀測(cè)房時(shí)，技術(shù)上也沒(méi)能明晰可用的指標(biāo)。

同樣，對(duì)于含有流量差值的渠道，預(yù)設(shè)觀測(cè)房時(shí)，也沒(méi)能供應(yīng)可用的標(biāo)準(zhǔn)。在多樣的條件以下，如何預(yù)設(shè)各類(lèi)別的觀測(cè)房，歸屬于應(yīng)被化解的疑難。那些坡度偏大、含沙量偏大的渠道，怎樣預(yù)設(shè)出適宜觀測(cè)房，如何化解掉安全疑難，都是要考量的側(cè)重點(diǎn)。

在進(jìn)行嘗試運(yùn)行過(guò)程中，需要采集的參數(shù)為水位，要想對(duì)渠道中的流量有所了解，必須要對(duì)水位——流量之間的關(guān)系曲線圖進(jìn)行建立，而且要確保曲線圖的準(zhǔn)確性與可靠性。

渠道運(yùn)行路徑中，已經(jīng)測(cè)定出了干渠含有經(jīng)驗(yàn)曲線，然而，由于這些渠道在不斷地更替，渠道現(xiàn)有的邊界狀態(tài)也被更替。需要對(duì)預(yù)設(shè)的渠道，進(jìn)行很及時(shí)的關(guān)聯(lián)校正，對(duì)于獲取到的多樣量水堰數(shù)值，可以選用特有的經(jīng)驗(yàn)公式。

2 重要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上提出的問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，重要設(shè)計(jì)內(nèi)容之一便是對(duì)遙測(cè)站的設(shè)計(jì)，對(duì)遙測(cè)站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要包括3個(gè)部分：分別是自動(dòng)化部分、土建部分以及數(shù)學(xué)模型部分。

下面?zhèn)戎亟馕鲞@3種成分。自動(dòng)化這一成分，含有水位計(jì)、特有型號(hào)的遙測(cè)儀、特有型號(hào)的太陽(yáng)能板、全向?qū)傩缘奶炀€；土建這一成分，含有觀測(cè)井、預(yù)設(shè)的觀測(cè)房、預(yù)設(shè)的連通渠；數(shù)學(xué)模型這一成分，含有表征著流量與水位關(guān)聯(lián)的曲線、特有的量水堰類(lèi)公式。在這3個(gè)成分中，最為側(cè)重的成分，便是建構(gòu)出來(lái)的數(shù)學(xué)模型。

2.1 解析建構(gòu)出來(lái)的模型

體系含有的遙測(cè)站，主要搜集得來(lái)水位數(shù)值。若要明晰渠道現(xiàn)有的流量值，就必須建構(gòu)出數(shù)學(xué)模型。體系含有的支渠、關(guān)聯(lián)的干渠、關(guān)聯(lián)的配水渠，也應(yīng)被建構(gòu)模型。主要可分出兩個(gè)類(lèi)別的數(shù)學(xué)模型：第一個(gè)類(lèi)別是對(duì)大于特有數(shù)值的支渠，及干渠含有的水位流量，建構(gòu)出數(shù)學(xué)模型；第二個(gè)類(lèi)別是對(duì)小于特有數(shù)值的支渠，及干渠含有的水位流量，建構(gòu)出數(shù)學(xué)模型。

對(duì)現(xiàn)有的水位流量關(guān)聯(lián)，建構(gòu)出數(shù)學(xué)模型，是對(duì)支渠、現(xiàn)有干渠上含有的真正流量，予以獲取的總括前提，也是增添自動(dòng)層級(jí)的根基。

要依循常年?duì)顟B(tài)下的常規(guī)流測(cè)儀，測(cè)量得來(lái)精準(zhǔn)的實(shí)測(cè)值，以便建構(gòu)出水位及關(guān)聯(lián)流量含有的曲線圖，依循此關(guān)系含有的穩(wěn)定性，可分出穩(wěn)定態(tài)勢(shì)下的流量關(guān)系，以及不穩(wěn)定態(tài)勢(shì)下的流量關(guān)系。

這樣的狀態(tài)中，穩(wěn)定態(tài)勢(shì)下的水位流量，應(yīng)指代同一框架的水位中，僅僅含有一個(gè)關(guān)聯(lián)屬性的流量，選用了單一情形下的曲線，予以呈現(xiàn)；而對(duì)不穩(wěn)定態(tài)勢(shì)下的水位流量，流量與既有的水位，凸顯的是非單值這樣的關(guān)聯(lián)，關(guān)系配有的曲線，以非單一態(tài)勢(shì)被建構(gòu)。

在配水渠以內(nèi)，選用特有的量水堰，可分出兩種形式，分別歸屬于梯形架構(gòu)的量水堰，以及矩形架構(gòu)的量水堰。對(duì)這兩個(gè)類(lèi)別的量水堰都配有適宜的過(guò)堰流量。計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理后，編入到水情自動(dòng)測(cè)報(bào)的軟件中，便可以得出流量值，且此流量值比較準(zhǔn)確。

2.2 對(duì)觀測(cè)房的安裝設(shè)計(jì)進(jìn)行分析

預(yù)設(shè)必備的觀測(cè)房時(shí)，要預(yù)設(shè)出二次記錄用到的設(shè)備，及傳感器用到的保護(hù)。土建部分，歸屬于對(duì)現(xiàn)有觀測(cè)井與特有的觀測(cè)房的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在體系以內(nèi)，總括設(shè)計(jì)含有的規(guī)則為：對(duì)搭配著的觀測(cè)井、搭配著的觀測(cè)房，予以利用，把遙測(cè)儀及關(guān)聯(lián)的傳感器，直接設(shè)定在里面。在房屋以外，安設(shè)出太陽(yáng)能板，埋設(shè)好既有的水泥干架，并在整體架構(gòu)以內(nèi)，做好必備的聯(lián)通與銜接地表。在沒(méi)能配有觀測(cè)井、沒(méi)能配有觀測(cè)房的獨(dú)特渠道邊，選取出適宜方位，預(yù)設(shè)出相應(yīng)的建造框架。

截面尺寸分別為：觀測(cè)井為2m×1m，觀測(cè)房為2m×3m，深度的確定要根據(jù)渠道的深淺而進(jìn)行具體的確定，對(duì)通風(fēng)口進(jìn)行設(shè)置，并在墻體外部埋設(shè)水泥桿，最后將設(shè)備安裝到內(nèi)部即可。

對(duì)于配水渠道在Q<3m3/s時(shí)，對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)箱的設(shè)置，此箱是自動(dòng)化設(shè)備與量水堰為一體的。將接收設(shè)備放置到附近的房子內(nèi)，若條件不允許也可以將其組合成一體。

在對(duì)其預(yù)設(shè)的過(guò)程內(nèi)，應(yīng)該縮減原有資金，依循因地制宜這一原則，進(jìn)行總括的設(shè)計(jì)。但是預(yù)設(shè)出來(lái)的觀測(cè)，在運(yùn)轉(zhuǎn)流程內(nèi)，仍存留著凸顯問(wèn)題。

具體問(wèn)題比如：舊有的觀測(cè)房以內(nèi)，若更替了慣用的連通管，以及慣用的渠道，那么也要替換掉舊有的模型；對(duì)于新構(gòu)建出來(lái)的觀測(cè)房，需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)出新模型，這一模型只能獲取到關(guān)聯(lián)的水位數(shù)值。自動(dòng)化設(shè)備與量水堰為一體的觀測(cè)箱，安全性能差。

2.3 解析自動(dòng)框架下的有關(guān)設(shè)施

在體系以內(nèi)，遙測(cè)站搭配著的設(shè)施，主要?dú)w屬于水位計(jì)、特有的遙測(cè)終端機(jī)、特有的超聲波電臺(tái)、同軸情形下的避雷器、預(yù)設(shè)的天饋線、太陽(yáng)能狀態(tài)下的電池板、預(yù)設(shè)的蓄電池、預(yù)設(shè)的控制器。在此體系以內(nèi)，設(shè)備含有凸顯的實(shí)用特性。

3 結(jié) 語(yǔ)

在體系以內(nèi)，關(guān)鍵的設(shè)計(jì)為對(duì)觀測(cè)房以及數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)與基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)遙測(cè)站的設(shè)計(jì)還存在一定的缺陷，相信在不斷地研究與試驗(yàn)中，一定會(huì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系列化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，促進(jìn)烏魯木齊河水情現(xiàn)有的自動(dòng)化的建設(shè)與進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化。

[1]張娜，尹航.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)技術(shù)在水庫(kù)防洪與調(diào)度中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2012，40(12)：222-223.

1007-7596(2014)10-0054-02

2014-01-04

趙勇(1973-)，男，河南南陽(yáng)人，工程師。

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