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文档简介
谈河北省雨量自动监测系统建设梁青武(河北省水文水资源勘测局,河北,石家庄,050031)摘要:本文介绍了河北省雨量自动监测系统几项关键性设计,利用试运行期间基准时段人工观测和自动监测数据,从系统的准确性、时效性、畅通率等方面进行了比对统计,分析出部分站点数据误差大、时效性差、畅通率低的原因。同时,对建设与试运行期间所产生系列问题及解决方案进行了总结,提出了今后自动监测系统建设的具体建议。关键词:自动雨量站、防汛、固态存储、RTU、GPRS1 引言河北全省总面积18.7万km2,地处半湿润半干旱地区,多年平均降水量为541mm。由于自然条件和气候的差异,导致降水量时空分布不均,年际变化较大,全年降水量的7080%集中在69月。历史上河北省洪、涝等自然灾害十分严重,是全国水旱灾害最频繁的省份之一。为了防治水旱灾害,河北省加快水利基础设施建设步伐,雨量自动监测系统应运而生,成为水利现代化建设坚实的物质基础。当发生洪水和严重干旱时,迅速地采集和传输雨水情信息,并对其发展趋势做出预测和预报,经过分析计算后制定出防洪抗旱调度方案,指挥防灾救灾,充分发挥防洪和水利工程体系的作用,努力缩小水旱灾害范围,最大限度地减少灾害损失。雨水情信息是防洪抗旱决策的基础,是正确分析和判断防汛抗旱形势,科学地制定防汛抗旱指挥调度方案的依据。因此,为了减少水旱灾害的损失,加强防汛抗旱指挥的科学性,提高信息采集、传输、处理和防汛指挥调度决策的时效性和准确性,根据防汛抗旱的需求,建成一个以水旱灾情信息采集系统为基础、通信系统为保障的雨情信息自动监测系统是非常必要的。12-13-12 我省自动雨量站建设系统设计简介遵照河北省水情分中心初步设计确定的“实现在20分钟内收集齐报汛站的雨水情信息,在30分钟内上传至国家防汛抗旱总指挥部的目标”的要求,结合河北省境内各报汛站的地理位置、通信状况,充分利用全球移动通信系统(GPRS),实现报汛站至各地市分中心的数据传输。2-23-2(1)通信系统的组成报汛通信设施设备包括具备人工置数、固态存储、数传仪功能的RTU和分中心的实时水情接收控制机。报汛通信系统基本上由五个部分组成,发终端;发信机;信道;收信机;收终端。3-3(2)网络结构我省自动监测站网以各地市为水情分中心,报汛通信采用单一星形网,即全部报汛站均直接与分中心通信。报汛通信采用半双工方式,保证水文信息在限定的时间内沿任一个方向输送,满足分中心从各报汛站点获得雨水情信息。报汛通信网数据传输采用异步串行的方式,在数据传输过程中,通过计算机软件的设置,以逐站顺序召测方式进行数据传输,从时间上讲耗时少,可以避免从多报汛站点同时向分中心通信的拥挤、碰撞问题。3-4(3)系统可靠性设计为确保报汛通信信道畅通,在报汛通信设计中采取以下措施:以分中心为单位,对主要通信设备进行备份;对人工置数的水情信息,设有信息接收的确认机制,以确保不漏报;各报汛站有良好的电源管理和防雷措施。3-5(4)系统工作体制和信息传输协议系统采用定时自报、加报和召测兼容的工作体制。对人工置数信息要有反馈确认的功能。报汛站与分中心之间传输的雨量信息数据格式按累积值格式传输,分中心向所属流域或省(区、市)传输的雨水情信息的数据格式执行实时水情交换协议的规定。3-689(5)通信方式和数据传输方式雨量自动监测网通信方式采用定时自报、加报和召测兼容的工作体制。对人工置数信息要有反馈确认的功能。报汛通信网内报汛站与分中心之间虽然都建设有两种信道,但对于任何一组水情数据而言,仅采用一种信道传输,这就决定了用比特形式表示的信息流是以串行方式,每次一比特依次在一条信道上传输的,即数据传输采用串行的方式。3-7(6)报汛通信设备配置自动监测报汛站全部配备RTU(信息采集传输处理机,含固态存储器)、GPRS通信模块、太阳能+蓄电池供电系统等。4-156 见图1。图1 自动监测报汛站设备配备示意图4-23 固态存储器数据与人工观测数据对比分析河北省雨量自动监测系统进行了试运行,期间对建设完成的412个报汛站站点同时进行了人工观测与自动监测数据的收集,积累了大量的雨量数据和报文信息。以2008年8月1日至15日作为基准观测日,所获得的数据和信息用以对系统的准确性、时效性和畅通率进行分析。3.1 准确性分析(1)固态存储器数据与人工观测数据对比鉴于雨量站人工观测与自动监测存在位置、高度、时间的不一致,对比分析只采用水文站雨量数据,分析时段为2008年8月1日-15日各站有雨日,只做日降水量对比分析,以日人工观测数据为基准,分析各站时段平均误差。通过分析统计,人工观测与自动监测数据平均误差为1.8%,最大值12.8%,最小值0.0%。原因分析:大部分误差受到雨强影响,且雨强越大误差也越大;在降水量小于10mm,由于数值小导致对比误差偏大。(2)固态存储器数据与中心站数据对比分析时段为2008年8月1日-15日各站有雨日,只做日降水量对比分析,统计所有站的数据,对比分析固态存储器数据与中心站数据库数据的误差,数据以固态存储器数据为基准。综合分析,固态存储器数据与中心数据库数据完全一致。原因分析:这说明固态存储器数据处理系统和传输系统工作正常。3.2 时效性分析时效性分析以定时自报数据为依据,仅统计各站8时定时信息20分钟以内的到报率,即到报数量与应到报数量之比。统计2008年8月份省级报汛站来数情况显示,20分钟到报率月平均值为93.7%。原因分析:时效性不能达到100%,主要原因是部分自动雨量站工作不正常,或由于GPRS信号不稳导致传输延误。3.3 畅通率分析畅通率是统计2008年8月期间各站每日8时的信道畅通情况,即收到的每日8时数据个数与站点总数量之比。统计显示,8月份畅通率平均值为93.4%。原因分析:畅通率不能达到100%,大多由于通讯信道不畅引起。4 建设与试运行期间出现的问题与解决方案(1)个别站点设备故障问题一是DTU(数据传输单元)工作稳定性差或出现死机:一般通过更换芯片和进行系统调试加以解决;二是雨量计翻斗机械故障:主要为雨量计翻斗与支点有粘连现象,通过配件更换加以解决。(2)通讯不畅边缘山区报汛站无GPRS通讯信号或信号弱不稳定:对于因信号原因导致畅通率低的问题分几情况解决。一是增配大功率天线增加基站信号,手机模块天线由原来的室内移到室外;二是对地区边界站采用单向屏蔽措施,保证信号畅通;三是随着移动信号覆盖面的扩大,部分站点无信号或信号弱的问题可自然解决,个别移动信号覆盖不到的站点通过就近进行站点迁移加以解决。(3)准确率偏低部分站点雨量测报数据准确率偏低问题:主要通过对设备重新进行调试,使雨量数据比测误差满足设计要求。(4)人为因素人为因素引起的数据迟报、漏报和数据错误:通过制定并严格执行测验规范,建立相关规章制度,尽可能减少人为因素干扰。5 自动雨量站再建设建议(1)对规划站点应提前进行考察,尽量选择GPRS信号覆盖区域;对GPRS信号不覆盖且必须建站的地区,提前规划其他通讯方案,以保证建设过程顺利进行。(2)认真进行项目调研,严格施工单位资格审查,保证施工质量。(3)省级雨量自动监测系统由于站点多,备用的RTU、GPRS模块数量明显不足。建议从规划开始预算这部分资金,做好备件及模块备份工作。(4)加强设备调试和数据比测工作,制定完善的数据比测分析方法,保证雨量自动监测系统测得准、传得快。(5)运行期间要严格遵循仪器设备使用操作规程,建立相关规章制度并严格执行,加强对仪器和设备的保养和维护。(6)扩大水情广域网覆盖范围,提高网络畅通率和数据传输能力。(7)加强雨量数据的应用开发,在雨水情数据库基础上开发完善的数据应用系统,提高防汛抗旱服务能力和响应速度。6 结语自动雨量站工程的建设,使雨量数据全面实现了自动采集、固态存储,改变了依靠人工观测、用纸质存储数据的落后面貌。固态存储技术的应用,为水文资料整编的计算机化创造了条件;雨量观测点与站房之间采用近距离有线传输,采用GPRS通信实现远程自动传输,节约了观测和拍报两个环节之间所耗费的时间,为实现水情信息30分钟内传递到省和国家防总这一重要目标发挥了重要作用。参考文献:1 河北省防汛抗旱办公室河北省报汛站网规划报告R 20062 河北省防汛抗旱办公室河北省水情分中心初步设计R 20073 河北省防汛抗旱办公室河北省雨量自动站建设方案R 20074 北京燕禹水务科技有限公司水利行业自动化和信息化系统实施方案综述R 20085 深圳市信道科技有限公司信道科技基于GPRS通信的水情采集应用方案R20096 厦门瑞申自动化科技有限公司GPRS 水情自动测控系统R 20087 水利行业标准水情信息编码标准(SL330-2005)北京:中国水利水电出版社20058 水利行业标准水文自动测报系统技术规范(SL61-2003)北京:中国水利水电出版社20039 水利行业标准实时水情交换协议(SL/Z 388-2007)北京:中国水利水电出版社200710 水利行业标准实时雨水情数据库表结构与标识符标准(SL 323-2005)北京:中国水利水电出版社2005作者简介:梁青武,男,1966年生,1989年毕业于河北轻化工学院环境工程系,高级工程师,目前从事水文工作。邮箱:L55555126.Com;电话0311-85696568Discussion on the automatic rainfall monitoring system of Hebei ProvinceLiang Qingwu(Hydrology and Water Resources Bureau of Hebei Province, Shijiazhuang, Hebei, 050031)Abstract: The key design of automatic rainfall monitoring system of Hebei Province was discussed in this paper. Based on the man-observed and automatic monitoring data at reference period of time during test run, the comparison was made with respect to the accuracy, timeliness and flow rate etc and the reasons for big error, bad timeliness and low flow rate of the data of some stations were analyzed. The series of problems an
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