[科普中国]-水文自动测报系统

定义

应用遥测、通信、计算机和网络等技术，完成流域或测区内固定及移动站点的降水量、蒸发量、水位、流量、含沙量、潮位、风向、风速和水质等水文气象要素以及闸门开度等数据的采集、传输、处理和应用的信息系统。

意义水文现代化建设是以推动水文适应经济社会发展需求为目标的动态发展过程，具有强烈的时代特征，反映了时代的科技发展水平和经济社会发展的需求。水文现代化建设是水利信息化的基础。其中信息传输是水利信息化的重要基础工作之一。1

层次划分拓扑结构图1 是水文自动测报系统网络拓朴结构的一般形式，主中心站是各个基本系统和其他信息处理中心(如部、省级防洪办的水情信息中心、气象信息中心等)在更广域上联网的中心结，它的基本框架是，在主中心—中心站这一层上呈星形结构，中心站以下，各层次的拓朴结构是星形结构按层次延伸而构成的树形结构。2

分层结构化的分层方法对于水文自动测报系统来说同样是重要的。基于多媒体数据的传输，把系统分为四个层次, 即：(a)主—分中心站组成的远程通信网, 即广域网WAN；(b)主中心站和分中心站内计算机的互连；(c)分中心站或报文交换中继站与测站之间组成的遥测网；(d)测站这一级的仪器设备(包括传感器)的互连。这四个层次的划分是针对一般性的水情系统而言的，对于某个具体的水情系统来说，可能没有广域网和主中心站(或分中心站)的局域网层次，但必定有第三层次和第四层次。2

系统构成及功能组成DATA-9201水文自动测报系统由监测中心、通信网络、前端监测设备、测量设备四部分组成。

◆ 监测中心：由服务器、公网专线（或移动专线）、水文监测系统软件组成。

◆ 通信网络：GPRS/短消息/北斗卫星、Internet公网/移动专线。

◆ 前端监测设备：水文监测终端。

◆ 测量设备：雨量传感器、水位计、工业照相机或其它仪表变送器。

功能管理功能：具有数据分级管理功能，监测点管理等功能。

采集功能：采集监测点水位、降雨量等水文数据。

通信功能：各级监测中心可分别与被授权管理的监测点进行通讯。

告警功能：水位、降雨量等数据超过告警上限时，监测点主动向上级告警。

查询功能：监测系统软件可以查询各种历史记录。

存储功能：前端监测设备具备大容量数据存数功能；监测中心数据库可以记录所有历史数据。

分析功能：水位、降雨量等数据可以生成曲线及报表，供趋势分析。

扩展功能：支持通过OPC接口与其它系统对接。

遥测站自动收集雨量、水位和其他水文参数的实时数据。在中心站的控制下按一定方式把这些数据编排成脉冲信号，通过信道传递到中心站。遥测站的仪器设备有雨量计、水位计、编码器、数传机、电台和电源设备等。一般在有人管理无人操作情况下进行。雨量计常用翻斗式，每毫米雨量翻转一次，发出信号驱动记录和编码器。水位计多数采用浮子式，用机械机构直接传动记录笔和编码器。编码器是把雨量和水位（即浮子位移模拟量）转换成数字电量的器件。可以编排出各种码制的脉冲信号,雨量编码只有增量,而水位变化是连续、可逆的，必须采用双电刷判别电路、步进机构或循环码盘等特殊方法。当接到遥测站或中心站的发报指令后，全套设备启动，从编码器中取出数据，并按一定逻辑程序将站号、雨量和水位依次发送出去。

发送制式①自报式发送,系统中的各观测站自动向中心站发报，其控制方法有定时控制和增量控制两种。定时即按预先规定的时间和测次，到时发报。增量是指雨量或水位每变化一定数量时，如雨量增加 1毫米，水位增减 1毫米，立即发报实时的累计雨量和水位。每次发一至数遍，每个参数约0.3～0.5秒即可。这两种控制方式也可以结合使用，以满足时段雨量的计算和了解设备是否正常。

②应答式发送，测站等待接收中心站发来的指令后给予回答，发报实时数据。它要求观测站接收设备长期或定时段通电，处于待命状态。

信息传输通道简称信道，是连接遥测站与中心站之间的电波传输线，分为有线和无线两类：①有线通道用专线或共用电话线路。其优点是抗干扰性强，使用比较方便可靠。缺点是设备成本随距离而增加，如采用架空线，在大风暴雨时容易损坏。②无线电通道常用超短波频段，功率 1～10瓦，当通信距离超过50公里，或有高山阻挡时，常设置中继站，把接收到的信号增大功率后，再用另一频率发射出去。测站采用定向天线，中继站可用高增益的全向天线，以满足各个方向通信的需要。电源一般采用碱性蓄电池供电。无线电通道适用于远距离传输，设备费用较低，但易受干扰，误码机率较有线通道高。卫星无线电通道，用卫星作为中继站，一般采用微波波段，优点是观测站位置不受地形限制，通信距离更远，覆盖面积更大。还有短波、流星余迹散射等方式，都可作远距离通信用。

信息传输方式采用脉冲调制数字通信，简称 PCM。“0”和“1”是数字通信的基本信息，称为比特，每秒传输基本信息量称波特。由于水文遥测系统的数据量较少,通常采用25、50、100波特,也有用300、1000波特的。每次发送与接收必须使信息同步，才能进行解码。应答式的选呼方法常用两个音频调制信号作为各站的地址码。

中心控制站它的功能是集中遥测系统内各遥测站的水文数据，进行计算整理,及时作出洪水预报,并可控制闸门启闭，进行水利调度。根据流域面积及部门的需要可配置多级控制中心。中心站主要设备有通信电台和电子计算机等。根据功能要求和数据量来选择机型，一般采用中小微机，并配置显示器、宽行打印机和磁盘驱动器等外围设备。控制方式根据系统的发送制式而定，自报式具有测站功耗低微，设备简单可靠,费用低廉,数据有效率高等优点，更适合于高山偏僻地区使用。美国和加拿大等国主要使用这种制式。应答式的功能较多、控制灵活，接收中心可以定时自动巡测，也可随时指令巡测或选测，而且可以通话，使用方便。日本和意大利等国主要采用这种制式。中国这两种制式都用，或在系统中兼容。

系统作用自动测报系统开始用于汛期的水文情况收集，后来也用于水文站网资料收集，兼顾洪水预报、调度，又用作资料整编。使用的计算机由单机发展到计算机网络和建立数据库,使任何一个地方的终端都可以调用数据,共用情报，进行预报，效益显著（见实时联机水文预报）。