水情自动测报系统故障自动分析

陈友成

(青田县水文站，浙江 青田 323900)

1 问题的提出

随着科技的发展，越来越多的先进技术在水文测报等方面得到广泛应用。水情自动测报系统［1］就是其中的典型代表，主要由水文传感器、数据采集终端、数据传输信道、通信设备、应用软件、数据处理计算机和供电电源等构成。因其自动采取数据、及时传输的特点，在水文、防汛领域的应用十分广泛，颠覆了传统的水文测报手段，在防洪渡汛方面发挥着越来越重要的作用。浙江省的水情自动遥测系统经过多年建设，各县的水情遥测站点数量、分布密度基本满足防汛、水文监测的要求，但对站点的日常检查维护，及时发现故障等还是一个短板。作为一名基层水文工作者，水情自动测报运行情况检查成了每天必做的工作，从对遥测中心站多年的检查维护中，得到一些比较好的经验，供大家参考，共同提高遥测系统维护水平，为防汛、水文测报、水库安全运行做好服务工作，为“五水共治”提供基础资料。

2 故障类型分析

水情自动测报系统中，最常见的是水文传感器故障，如雨量传感器故障会导致雨量不能正确测量、格雷码水位计乱码导致水位过程异常等;其次是电源系统故障，数据采集终端故障，通信故障。浙江省的遥测数据先传输到省平台，因此应用软件、数据处理计算机等故障不影响遥测数据的采用、传输，不属于检查范围。每日仅对前4项进行检查。常见故障类型见汇总表1。

表1 常见故障类型汇总表

3 故障诊断

3.1 人工诊断

由于遥测站点分散设置在各地，有些还非常偏僻，无法直接检查遥测站点是否发生故障，而且站点众多，直接检查不现实。现在普遍的办法是通过人工检查分析雨润3000遥测系统中心［2］接收的数据，来反推判断遥测站点是否正常。如果信息接收完整、接收数据无疑问，说明遥测终端正常;否则根据遥测中心数据分析得出可能的故障，再到实地检查核实，维修排除故障。有经验的人员，会根据上述故障类型进行针对性的逐项检查，可以减少人为疏漏。

3.1.1 雨量检查

一般通过检查综合雨量表或多站雨量图检查雨量大小，判断雨量是否正常，或者通过单站水雨情图形检查降水过程判断雨量是否正常。缺点:单站表格能检查接收数据的完整性，但数据过多不够直观;图形方式检查直观但不能检查接收数据的完整性。而且只能根据面上的降雨情况进行大概的判断，做临近站雨量比较非常困难。

3.1.2 水位检查

水位是水情遥测的重要测量项目、水情重要指标，关系到城镇防洪安全、水库安全运行。一般通过检查单站水位表或单站水雨情图形目测判断水位是否正常。

3.1.3 电源系统检查

一般采用太阳能充电，蓄电池供电组合。通过检查单站电压图形，判断电压、太阳能是否正常。如有明显的电压上升过程说明太阳能工作正常;如果仅有个别站没有电压上升过程说明该站点太阳能损坏或充电线路断开。

3.1.4 数据采集终端、通信检查

通过检查单站水雨情图形分析是否接收到信息，若长时间无接收信息，通过拨打终端号码进一步判断数据采集终端故障或通信问题。指示音“你拨打的电话已关机”很有可能是遥测故障，指示音“你拨打的电话暂时无法接通”很有可能是通讯信号问题，最终判断还要到实地才能确定。

3.2 计算机自动诊断

3.2.1 雨量检查

从两方面分析观测数据的完整性、正确性。首先分析数据的完整性，浙江省的数据记录以5 min为间距，1 d有289组数据记录，通过对24 h内接收到的数据组数，判断雨量接收数据的完整性。单站最近24 h的降水总量正确性检查，由于降雨量面上的不均匀，特别是雷阵雨天气，单站雨量与面上平均雨量比较存在不合理性。采用与相临各站点的降水量来分析计算，判断雨量值正确性具有更好的参考性。重点检查雨量偏小较多的站点，可能存在雨量故障。

3.2.2 水位检查

从两方面分析观测数据的完整性、正确性。完整性检查与雨量基本一致。重点说明检查水位的正确性，水位从面上很难找到相关性，主要从单站水位变化的特性分析判断是否正常。首先利用水位变化的连续性特点，适当设置容差，超过容差说明水位发生了突变，根据突变水位变幅，判断是机械失灵还是格雷码水位计故障 (有一种水位突变是插头等接触不良造成的，根据格雷码的计算规则，可以分析出那位码失效并进行修正，可以对对应的水位进行纠错);其次如果出现水位是一条直线的特殊情况应进行分析，如果不是施工或水位超过记录范围，有可能是水位故障。因为浙江的河流站一般不会出现河干、水位无变化的情况，仅有水库站可能会出现。利用水库站水位上涨受降雨影响的特性进行分析判断是否正常，如果本站点的日雨量较大，按理水库水位应该上涨，而数据分析是一条直线，由此可判断水位测量可能出现故障。

3.2.3 电源系统检查

先检查太阳能充电是否正常，因为是软件判断，所以很难直接判断是否是晴天。采用变通方式，先根据面上判断是否存在明显的充电过程，如果大部分的站点都存在明显的充电过程，说明是晴天。如果个别站点没有充电过程，说明供电系统没有给电池充电，可能是太阳能板损坏 (也出现过太阳能板被覆盖的情况)或充电线路断开。通过电池的平均电压，判断电池是否老化，以确定是否需要更换电池。检查最低电压 (实际用的是第2低电压，因为在实际使用中发现偶尔会出现不明原因的一个低电压值)是否低于9.0 v，判断是否急需更换电池，因为电压低于9.0 v极有可能会导致仪器故障。

3.2.4 数据采集终端、通信检查

检查单站最近接收的信息时间与现在时刻的时距dt，水情遥测信息发送的时距是15 min，考虑到延时，如果dt大于30 min，说明有信息未及时收到，原因是数据采集终端故障，或是通信不畅，利用现有数据无法作进一步判断。只能将dt大于30 min的遥测站点名、通信号码输出，采用人工拨打通信号码来判断故障类型。

3.3 两种诊断方式比较

2种诊断方式比较见表2。

表2 两种诊断方式比较表

3.3.1 自动诊断

自动分析案例 (3月4日16时15分检查)，运行结果见图1。

图1 计算机自动检查分析截图

发现3类故障中的3个问题:白岩前站 (ID号为6139)雨量故障:经维护人员检查排查，属于数据采集终端与雨量信号插头连接没有焊接好，维护人员更换老化电池时拨插电源插头碰到导致雨量线中断。外雄站 (ID号为3933)第2水位异常:2:30水位15.62 m与前后水位不连续，水位突然低了1.90 m，属于错误数据，使用时要删除。陈须站 (ID号为6137)电压存在隐患:平均电压10.2 V(正常电压12.0 V)，说明电池已经老化;最低电压9.9 V，说明暂时还能保证仪器正常工作。

3.3.2 人工诊断

采用人工诊断，仅外雄站异常水位的部分如下:

人工诊断单站第2水位表 (仅45 min的数据)发现02:35少了一组水位 (见表3)，说明水位不完整，但是不易判断水位错误。

表3 外雄站第2水位数据表

人工诊断单站水雨情图 (见图2)，较直观发现水位突变点，但无法判断水位的完整性。

图2 外雄站2014－03－04水位过程线图

上述例子说明，自动诊断快速高效，大幅减轻了人工诊断的工作量，效果非常明显。

4 结语

通过近几年的运行实践，证明水情自动测报系统故障自动分析是可行的，而且比单纯的人工检查更加全面、快速准确。

［1］水利部南京水利水文自动化研究所.SL 10—89水文仪器术语［S］.北京:中国水利水电出版社，1989.

［2］浙江省水文局.雨润3000遥测系统中心控件软件使用说明书［R］.杭州:浙江省水文局，2006:15－29.