大庆地区防洪工程水位遥测系统建设设想

1 工程简介

大庆地区防洪工程位于松嫩平原嫩左地区中部，北起双阳河，南抵松花江，东至明水、青冈县城以东的分水岭，西至大庆“八三”管堤。包括安肇新河和肇兰新河。安肇新河由王花泡、北二十里泡、中内泡、七才泡、老江身泡、库里泡等滞洪区，108.1 km的河道及明青截流沟组成，工程跨经齐齐哈尔、大庆、安达、青冈、明水、林甸、依安、肇州、肇源等市县的一部分或大部分地区; 肇兰新河由青肯泡滞洪区、污水库和93 km的河道以及10.7 km新开挖段组成，工程跨经肇东、呼兰等地。

2 水文自动测报系统的现状

大庆地区防洪工程自动测报系统主要包括明青坡地水文自动测报系统和大庆地区防洪工程主要滞洪区雨量遥测系统。

2.1 明青坡地水文自动测报系统

该系统主要是监测、采集明青坡地来水的遥测雨量自动测报系统。明青坡地水文自动测报系统由1 处中心站、2 处中继站和21 处遥测雨量站组成。站点分布详见图1。

2.2 大庆地区防洪工程主要滞洪区雨量遥测系统。

该系统主要是监测大庆地区防洪工程主要滞洪区的雨情。同明青坡地水文自动测报系统使用同一个中心站。还包括2个中继站和5个雨量站。

目前，大庆地区防洪工程水文自动测报系统主要是雨量监测系统，缺少水位监测系统。建设水位遥测系统，可极大的提高水情系统采集传输的时效性，处防汛领导小组据此可以及时做出预测、预报和预警，并报告上级防汛部门，为防汛指挥、科学调度提供可靠决策信息，在抗洪减灾中将发挥重要作用。因此，建设水位遥测系统是十分必要的。

图1 监测系统图

3 水位遥测系统的总体设计

根据现有的实际情况，水位遥测系统采用VHF、GSM 和卫星混合传输的通信方式，是一个集数据采集、数据存储、数据传输、数据转发、数据处理、资料整编于一体的综合性的水雨情遥测系统。利用已建公网作为主备传输信道，有效地利用了公共资源，避免了重复建设。在设计中要充分考虑两种信道的传输特性，具体设计方案如下:

3.1 系统的通信体制

超短波传输为主通信方式，GSM 信道的短信传输为备用通信方式，总的通信方式为自报、限时增量加报、查询－应答的混合通信体制。

3.2 遥测数据的实时性

水情遥测系统是为防汛和水文部门服务的，这就要求系统数据采集、传输、处理快速而准确。

系统中采用VHF/GSM 混合传输的方式。如果RTU 发出信息后在规定时间内未收到中心确认信息，则会切换到GSM 信道进行数据传输，正常情况下短消息传输延迟一般为几秒钟，遥测数据可以立即传输到分中心，从而保证了数据通信的实时性。

3.3 系统的时钟同步

遥测站的时钟是保证其正常运行的基础。水文数据资料整编、遥测数据的定时报送都要求系统的时钟具有一致性。对于超短波系统，时钟同步的意义还在于可以有效地避开碰撞问题。

3.4 固态存储数据的多重保护机制

固态存储功能是遥测终端必备的重要功能，其数据的准确性、可靠性直接影响到水文资料整编的结果。

3.5 系统可靠性设计

忽视系统可靠性设计，将会导致系统功能不稳定、设备损坏，乃至系统瘫痪的严重后果。采取的具体措施如下:

3.5.1 RTU 应设计可靠

1) 电路设计:终端电路设计时应考虑浪涌抑制，电源滤波，信号滤波，信号保护，掉电保护，所有接口电路的防雷保护等多种手段来提高硬件的可靠性。

2) 终端软件设计: 采用了实时多任务管理机制、看门狗技术以及自检、软件陷阱等保护措施，良好的软件流程也为系统的可靠性增加了筹码。

3) 电路板:终端主板和接口板都由专业厂家进行流水焊接和检验;

4) 采取了掉电保护措施，不但节省了功耗，而且有利于系统的抗干扰性能。

5) 选用电源监控芯片，对固态存储器采用双重保护。

3.5.2 软件可靠性设计

水情中心负责辖区内所有遥测站水情信息的接收、处理、入库、发布以及上报分发等重要工作，这些功能的实现主要依赖于分中心软件的稳定性和可靠性。系统应从软件运行环境的可靠性、应用软件自身的可靠性等多个方面进行了分析和设计。

3.5.3 通信可靠性设计

通信设备的性能，通信网络的质量，通信工作方式的选择以及通信协议的制定等方面都是影响通信可靠性的因素。系统在通信可靠性设计方面应主要考虑了以下6 点: ①GSM通信网络是一个可靠的无线通信网;②遥测站与分中心采用“VHF+GSM”的连接方式，传输可靠性有保障; ③采用的GSM 通信终端，在国内水情遥测系统中运行稳定; ④主备通信方式之间可以自动切换; ⑤采用多次重发机制; ⑥采用差错编码。

3.5.4 数据可靠性设计

水情遥测系统建设的根本任务是取得各遥测站的实时水情数据，作为资料整编和防汛调度的依据。因此必须采取充分的措施保证水文遥测数据的可信度、完备性以及安全性。系统设计在数据可靠性方面采取的措施如下:

3.5.4.1 采用存储重发机制

存储重发机制可以保证中心遥测数据的完整性，一旦遥测站固态存储器数据不能正常读出时，可以通过中心已经接收到的遥测数据进行资料整编。这样遥测终端的固态存储器数据与中心的遥测数据互为备份。

3.5.4.2 采用数据合理性检查机制

对遥测数据设定合理的取值范围，测站测量参数完毕，对各参量测量值进行判断，如果测量值在设定的取值范围内，则认为数据可信，否则重新测量。中心站收到遥测数据时，也进行同样的数据合理性检查。

3.5.4.3 固态数据删除保护

当测站收到中心站固态数据删除命令后，首先要求中心确认是否属实，中心收到请求后，再次发送固态数据删除命令。测站连续3 次收到固态数据删除命令，并获得中心确认，方可进行固态数据的删除。

3.5.4.4 采用差错编码和CRC 校验

保证数据可靠传输。如果校验错误，采用重发机制。

3.5.4.5 遥测站可靠性设计

遥测站处在整个测报系统的前端，负责数据采集、存储和上报，数据能否可靠地传送至中心是整个系统正常运转的关键，因此遥测站的可靠性至关重要，可以说保证系统可靠性的重点和难点在于遥测站的可靠性。

3.5.4.6 遥测站供电设计

1) 蓄电池容量: 水文测报系统中，遥测站大多地处边远山区，由于农网电压不稳定，而且得不到连续供电的保证，因此不宜使用交流供电方式。所有遥测站均采用太阳能电池浮充免维护蓄电池供电的方式。并且要求阴雨天气持续30 d的情况下，能保持正常工作。

2) 太阳能电池功率:综合考虑平均日照、遥测站功耗、太阳能电池板充电电流、负载相关系数以及电池充电安全系数，选择正确太阳能电池板，即可保证阴雨30 d情况下，设备正常运行，亦可保证5 d内将蓄电池充满的技术要求。

4 结 语

大庆地区防洪工程水位遥测系统一旦建成后，能够极大提高水情的时效性，为防汛会商争取了时间，为抗洪抢险提供了保证。由于采用双信道通信方式，大大提高了水情信息采集传输的保证率，为大庆地区防洪工程安全度汛提供了有力的技术保证。