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1. NSY 水文监测与水情测报 陈智 教授级高工 水利部南京水利水文自动化研究所 副总工程师 水情遥测事业部总经理 025-52898356 13851762626 chenzhi@nsy.comc.cn njchenzhi@126.com 中国.南京 2012年3月29日 http://www.nsy.com.cn

2. 主要内容 1-前言 2-水文监测 3-水情测报 4-基本设备 5-信息传输 6-应用软件 7-建设资质 8-建设经验

3. 1 前言 水文监测与水情测报技术 涉及现代通信、传感器、电子、计算机、气象、水文、地理等多种学科领域， 主要解决水文(情)信息的自动采集、传输、处理及信息服务等有关问题。

4. 水文测验 水文测验系统收集和整理水文资料的各种技术工作的总称。狭义的水文测验指水文要素的观测。 　 应用水文测验取得各种水文要素的数据，通过析、计算，综合后为水资源的评价和合理开发利用，为工程建设的规划、设计、施工、管理运行及防汛、抗旱提供依据。如桥涵的高程和规模、河道的航运、城市的给水和排水工程等都以水位、流量、泥沙等水文资料作为设计的基本依据。

5. 水情测报系统起源 河南板桥水库1975年洪水漫坝失事，约2.6万遇难75年8月，在台风莲娜的残余影响之下，河南驻马店遭受连日暴雨侵袭， 6小时降雨860毫米（大于美国宾州密士港782毫米）为世界最高记录。8月8日凌晨1时，因入库洪峰远远大于水库下泻水量，造成漫坝决堤，包括两座大型水库（板桥水库、石漫滩水库）、两座中型水库（竹沟水库、田岗水库），以及58座小型水库，在数小时内相继溃坝，造成约26000民众被洪水直接淹死，之后炸堤分洪造成数万群众死伤，而后可能有数以十万计的民众受缺粮、疾病感染而死亡，这是目前有记载的世界史上毁坏最大的水库垮坝灾难。

6. 水情自动采集与传输的发展历程 我国水情自动测报系统从无到有，经过30多年的发展，从摸索、仿制到成熟、可靠、推广应用，大致可分为四个阶段： 1977—1983年,起步（分立元件）阶段: 系统以国产自制设备为主，采用分立元件和小规模集成电路，应答式为常用工作制式，以超短波电台组网实现通信. 80-82年广东西枝江遥测系统(自主研发)；81年—83年在黄河三花区间建设的陆浑区间水文测报系统(美国SM公司) 1984—1990年,研制定型阶段: 85年水电部制定了《水文自动测报系统规范》SD159-85：系统工作制式有自报式、应答式、应答／自报兼容式；用单片机、大规模集成电路组成遥测站数传仪、中继仪和中心控制仪；系统以单片机为值班机，微型计算机为主计算机。 1991—1998年,推广应用阶段: 94年水利部颁布了修订后的《水文自动测报系统规范》（SL61-94），电力部也相应制定了《水电厂水调自动化规范》。 1991年以后，水利、水电部门进入全面推广应用水情自动测报系统的阶段，这一阶段水情测报系统已经成为水库、水电厂、江河不可缺少的防洪报汛手段。 1999—2010年,区域信息网络建设阶段 99年以后，水利部门先后对水库洪水调度系统试点、除险加固工程综合自动化系统、国家防汛抗旱指挥系统水情分中心等开展了大规模建设；国家电力总公司开展了已建和在建水电站水情自动测报系统的实用化验收工程建设项目。 2011年全国规模的专业化系统建设不断推进 电力系统实施厂、地、省局、网局、国调5级水调自动化系统及水情自动测报系统实用化验收项目建设；国家防汛指挥系统水情分中心进行“示范区试验”；国家防办进行全国水库防洪调度决策支持系统工程建设。

7. 全国规模的专业化系统建设 上世纪末，国家防汛抗旱指挥系统示范区建设（全国17个），本世纪初开始现基本结束的国家防汛抗旱指挥系统一期建设； 正在实施项目： 水资源管理系统 大型灌区信息化建设试点工程 山洪灾害预警系统(试点县)建设 中小流域山洪易发区水文监测系统 中小河流水文设施建设 即将实施项目： 防汛抗旱指挥系统二期（西部水情、旱情、工情） 地下水监测系统 中小水库预警预报系统

8. 3基本功能和建设条件 • 系统基本功能 • 设计与建设原则 • 建设条件 • 建设要求

9. 系统基本功能 主要是：解决水库洪水调度系统中的水情信息自动采集、编码、发送、中心站接收、解码处理、存贮、应用等技术问题，使水情信息能实现自动资料整编和及时有效地用于洪水的预报、调度、决策，为防汛调度、防洪兴利服务。

10. 建设原则 系统设计遵循：技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用的指导思想和设计原则。 系统建设遵循原则： • (1)新建系统必须满足水库洪水调度系统水雨情及洪水预报与调度数据的采集要求，因地制宜选择、确定设计方案，利用已有设施，降低造价。 • (2)各遥测站点原则上选在原有的水文站、雨量站上，使采集的数据直接为水文所用，又可用于资料整编。 • (3)水情信息采集与传输的技术总体原则是以技术先进、简单实用、经济可靠、低功耗为目标。 • (4)设备的选择应以结构简单，性能先进，可靠性高，防雷省电，便于维护为原则。设备尽量选用定型产品，减少建设周期，核心部件要有足够的备份。

11. 建设原则（续） • (5)传输体制及组网方式应力求简单，重要站点必须使用主备双信道工作。超短波应尽量减少中继级数和经中继的遥测站点数，控制中心和中继转发站采用双机备份。 • (6)水情信息遥测站，大都建在偏远地区，交流供电极不方便，考虑供电的不稳定和多雷电等原因，遥测站和中继站供电采用蓄电池供电，充电的工作方式，（调度）中心要有安全可靠的交流电源。 • (7)要有必要的安全保障措施，防止设施被盗和破坏，在无人值守和就近管理相结合的条件下，保证整个系统长期稳定运行。

12. 建设条件 a.系统组网通信信道必须留有备份，必须设置主、备2个信道；主、备信道应能进行自动切换或遥控切换。 b.系统采用自报式为主，省电、可靠，主要水文、水位站及集合转发站可采用兼容式遥测站. c.遥测站能进行联机自报(增量自报)，还应能进行整点固态存储数据和定时发送水情数据，应满足对固态存贮器远程下载和本地下载数据的要求. d.中心站要保证获取随机增量数据和整点数据. e.遥测站和中心站应具备剔除试验数据的功能. f.遥测站应具有可靠的防雷能力.

13. 水情测报与专门设计 专业化设计（特殊的水文要求，土建、防雷、计算机、通信、自动控制、传感器、信号处理、电源、GIS、GPS……） 个性化设计（与需求相关的设备配置、与现场相关的站房设计、与地形与站点现状相关的通信组网设计、与业务需求相关的软件设计） 正规化设计(国家有资质单位,按照国家有关规定、标准设计；特殊的资质要求） 正规化建设(国家有资质单位,按照国家有关规定、标准建设；特殊的资质要求） 规范化管理(人员、制度、车辆、备件、培训、经费)

14. 4基本设备及其特点 水情自动测报系统的设备构成中，信道机、蓄电池、太阳能板、计算机等，大部分出自专业厂家；具有特色的是传感器、数传仪等，以及遥测终端则属于系统的关键设备.

15. 水文基础信息采集技术 水情信息采集系统主要是水源地及江河、渠道水情，气象（包括雨情）、田间水情（墒情）等要素的采集系统。因此水情基础信息采集主要包括以下内容： • 雨量测量 • 水位观测 • 流速、流量测验 • 墒情（旱情）监测 • 气象观测 • 水环境监测 • 工情（闸门、堤、坝、渠等）监测

16. 水文传感器 水库洪水调度系统中常用的水文气象传感器主要有雨量计、水位计、流量计、闸位计、风速、风向、气温及气压计等气象传感器。 其中雨量、水位传感器，尽管供应商各不相同，但已基本统一。选型时，除注意其技术指标外，还必须具备在长期无人值守状态下可靠运行的功能。目前，分辨率为0.1、0.2、0.5、1mm的雨量计已成系列化，质量精度均达到国际先进水平，已出口美国等国家；机械编码水位计质优、价廉、性能稳定；气泡式水位计已可采用OEM方式小批量生产；激光水位计、气介式超声波水位计、雷达水位计等无测井水位计的可靠性可望能有突破；遥测蒸发器国内也已研制成功；其他如风速、风向、气温及气压计等气象传感器品种质量近年也已得到了大幅度提高.

17. 雨量测量传感器种类 • 翻斗式雨量计 • 称重式雨量计 • 光学雨雪量计 • 其他：长期自记雨量计、雷达测雨系统等

18. 水位观测传感器种类 浮子式水位计 （1）全量机械编码器水位传感器 （2）小全量光学轴角编码器水位传感器 压力式水位传感器 （1）压阻型压力水位传感器（投入式） （2）振弦型压力水位传感器（投入式） （3）气泡式压力水位计 非接触式水位计（气介式） （1）超声波水位计 （2）雷达水位计 （3）激光水位计

19. 5 信息传输 • 超短波通信、短波通信、扩频通信、集群通信 • GSM通信（SMS短信息、GPRS通信） • 有线（PSTN、ADSL、DSL、帧中继等）通信、光纤通信 • 卫星通信（北斗、海事或VAST） 适合水情自动测报系统选用的通信系统主要有超短波和短波通信、卫星通信和集群系统、光纤、有线电话拨号系统、数字数据网络系统、无线公网等。具体为：

20. 遥测数据的处理流程 在遥测系统中,一般有一台数据接收服务器(或工作站),接收来自卫星终端、GSM-SMSM、CDMA-SMS、GPRS、CDMA-1X、VHF、PSTN终端等的实时遥测信息的接收、译码、甄别、合理性检查(抗数据突变)处理，得到各遥测站的实时遥测资料，并进入原始数据库进行数据保存。

21. 通信方式选择因素 • 各种通信方式的特点 • 自动采集、控制设备在系统中的地理分布 • 数据采集、控制系统的要求 • 地理特点和现有通信状况 • 系统运行的可靠性要求 • 系统建设、运行、维护费用

22. 通信方式选择 ①遥测站至分中心优先推荐采用超短波通信为主信道，GSM短信息/GPRS/卫星为备用信道，并能够自动切换； ②分中心至中心采用可采用光纤为主信道、GPRS为备用信道，并能够自动切换。 （在系统建设初期也可采用无线网桥通信为主信道） ③水位遥测断面至部分中心采用专用有线通信电缆或超短波短传站

23. 6 系统应用软件 水情自动测报系统中心站的应用软件应具有水情信息的采集、接收、检查、处理、输出显示和各种图形、报表打印等功能，并对接收到的水情数据建立本地数据库，同时送入数据库服务器. 数据入库后，能根据不同要求和条件： （a）将信息以WEB方式在Internet上发布； （b）进行洪水预报和洪水调度； （c）实施兴利管理，进行水务计算； （d）利用地理信息系统(GIS)扩大应用功能； （e）显示和绘制水库水情图，雨量柱状图，水库水位过程线，反推实测入库流量过程线、出库过程线、预报流量过程线

24. 7 建设资质

25. 中华人民共和国国家版权局令第1号 《计算机软件著作权登记办法》（2002年2月20日） 第一条 为贯彻《计算机软件保护条例》（以下简称《条例》）制定本办法。 第七条 申请登记的软件应是独立开发的，或者经原著作权人许可对原有软件修改后形成的在功能或者性能方面有重要改进的软件。 第九条 申请软件著作权登记的，应当向中国版权保护中心提交以下材料： （一）按要求填写的软件著作权登记申请表； （二）软件的鉴别材料； （三）相关的证明文件。

26. 中华人民共和国专利法（2000年8月25日） 第二条 本法所称的发明创造是指发明、实用新型和外观设计。 　第三条 国务院专利行政部门负责管理全国的专利工作；统一受理和审查专利申请，依法授予专利权。 第十一条 发明和实用新型专利权被授予后，除本法另有规定的以外，任何单位或者个人未经专利权人许可，都不得实施其专利，即不得为生产经营目的制造、使用、许诺销售、销售、进口其专利产品，或者使用其专利方法以及使用、许诺销售、销售、进口依照该专利方法直接获得的产品。 第二十二条 授予专利权的发明和实用新型，应当具备新颖性、创造性和实用性。 新颖性，是指在申请日以前没有同样的发明或者实用新型在国内外出版物上公开发表过、在国内公开使用过或者以其他方式为公众所知，也没有同样的发明或者实用新型由他人向国务院专利行政部门提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。 创造性，是指同申请日以前已有的技术相比，该发明有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型有实质性特点和进步。 实用性，是指该发明或者实用新型能够制造或者使用，并且能够产生积极效果。

27. 8 建设经验和启发 (国家防汛指挥系统建设对国家地下水监测工程项目建设的经验与启发)

28. 目前的主要问题 30多年来我国在水情自动测报系统的研制和建设方面取得了很大的成绩，建设成了数千个不同类型的水情遥测系统，但存在“信息孤岛”问题，主要原因是： • （a）无“通信规约”，厂家各异数据格式和标准，造成联网困难； • （b）重复建设，数据资源不能共享； • （c）设备长期稳定可靠运行的情况参差不齐； • （d）重建设，轻管理，运行人员和运行费用不落实； • （e）系统的造价偏低，没有采取最低限价价格政策。

29. 总结已建系统的建设经验 • 规范系统建设（统一要求），做到标准化、规划化建设，应该考虑行业准入检测，提高系统建设的质量保证。在系统建设中加强建设单位的资质、业绩审查和产品生产许可证的基本要求，保证系统的建设质量和售后服务保障确保建设系统稳定发挥应有的作用。

30. 个性化设计 (结合实际需要，进行系统设计) 对于用于资料收集系统，应该强调数据的在站存储；但对于具有水资源(地下水)管理调度的站点，应考虑加密监测与实时发数，必要系统设计可考虑报警功能；考虑大水文的服务，还应考虑社会服务（查询与发布_通过网络/手机等）； 卫星信道的使用，因（部分）卫星耗电量较高，（部分卫星）运行费用大，一般仅用于没有其他通讯手段而又必须建站的地点。

31. 工程建设费及管理费大 本项目建设不同于一般的水利工程建设，一是高度分散、点多面广，单个站点的工程量小，施工管理、监理难度大；二是科技含量高，建设方为掌握使用和一般的维护技术，必须派员全程参加安装和调试。这些均导致了建设管理费用增加。

32. 运行经费保证 系统的正常运行，“三分靠建，七分靠管”。本项目工程站点分散，多在野外，环境恶劣，难免不出现故障。建议在工程运行期间每年安排必要的运行和管理经费，以便使工程达到设计要求；保证系统正常运行，以快速、准确的地下水信息向各级领导部门提供优质报务。

33. 建设投资与运行成本的综合考虑 • 由于现实信息化项目的实际建设情况，普遍存在“有钱建，没钱养”问题，为此，在项目实施阶段，一定要综合考虑项目建设投资、系统运行维护成本，综合考虑先进性、稳定性/可靠性、可维护性。

34. 设施保护 野外设备装置保护是系统稳定运行的基本保证。综合运用人员看护（无人值守，有人看管）和巡查制度。

35. 重视人员培训 高度重视系统建设前人员的学习与培训，便于后期系统的运行维护和管理。

36. 谢谢 !!! 贵州黄果树瀑布 2010.11.28. 加拿大尼亚加拉大瀑布 祝大家桂林愉快!