无线传输设备在襄阳水文站H-ADCP上的应用

金 哲 张建军 宋红翔 肖旎旎

(长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441022)

无线传输设备在襄阳水文站H-ADCP上的应用

金 哲 张建军 宋红翔 肖旎旎

(长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441022)

以襄阳水文站H-ADCP流量在线监测系统为例，探讨了仪器自身信号传输在受外界强干扰信号影响下的应用方法和改进方案。分析表明，通过采用流量通网络远程终端的试运行，较好地解决了目前仪器自身信号传输受外界强干扰信号影响和基层偏远测站对在线数据的监测等问题；该系统运行维护成本低，适用范围大、数据质量稳定，符合水文自动监测的要求。

流量监测；H-ADCP;无线传输；襄阳

1 概 述

襄阳水文站位于湖北省襄阳市城区，是汉江中游重要水文控制站。该站测验断面上游70 km处有王甫州水利枢纽工程，下游13 km有崔家营航电枢纽工程。由于该站处于水库库区，常规的测验手段无法满足流量测验精度要求。为掌握实时流量变化过程，该站于2009年引进了美国RDI仪器公司的流量在线监测设备H-ADCP，经比测后投产运行。自2013年襄阳市完成古城墙亮化工程后，H-ADCP有线信号传输一直受到干扰，致使站房内接收的流量数据存在紊乱现象。

2 襄阳站流量在线监测系统

2.1 系统组成

H-ADCP在线监测系统的硬件设备主要由3部分组成：①数据采集，即采用H-ADCP仪器实时采集流量断面上二维流速分布数据；②数据传输，即将100 m五芯信号屏蔽传输线连接H-ADCP设备和站房计算机；③数据接收，即采用计算机和相关软件对所测数据进行储存与整理。

2.2 数据接收

计算机数据接收软件采用WinH-ADCP，图1为2011年5月6日0：42的在线监测数据。

图1 在线监测数据(2011年5月6日0∶42)

图2 在线监测数据界面(2013年12月10日09∶24)

从图中可以看出：①区间-流速关系图中，流速符合区间横向分布形态；②断面相关性图中，波束符合区间分布且两个发射探头的波束数吻合。以上结果反映出在线监测系统接收的数据质量较好。

3 信号传输受干扰情况

3.1 干扰现象

选取2013年12月10日09∶24数据(见图2)，从中明显可以看出：①流速不符合区间横向分布形态，线条出现紊乱；②波束不符合区间分布，且两个发射探头的波束数不吻合。以上结果反映出此时接收到的数据质量较差。

3.2 原因分析及处理措施

2009年该系统投产后，设备在数据采集、信号传输以及接收、处理等环节均处于正常状态，但自从2013年襄阳市完成古城墙亮化工程后，H-ADCP有线信号传输出现不正常现象(如图2所示)，即每天0∶00至8∶00段正常，其余时间数据质量较差。经分析判断得出， H-ADCP有线信号传输线在穿越城墙上空时，可能受到亮化工程中的强电磁干扰。

为此，将站房内接收信号的计算机置于H-ADCP设备旁，并直接通过原装20 m数据线与H-ADCP数据采集仪器连接，结果显示接收的数据正常，无紊乱现象。据此推测H-ADCP、计算机包括相关软件未出现故障，而信号传输出现不正常现象可能是因为数据从采集到接收传输过程中受到了干扰。为了排除传输导线本身的问题，在信号采集设备(断面上)与信号接收(站房内)之间重新埋设了一根长约100 m的数据传输线，结果显示接收到的数据有明显改善，但仍未达到满意的效果。推测为新设的传输线依然受市政交流电线干扰，但由于地理条件因素限制无法继续远离干扰源。

图3 在线监测数据界面(2014年7月11日0∶48)

基于此种情况，提出H-ADCP无线信号传输模式，购置H-ADCP专用高速双工数传电台两个(信号接收电台及用于数据处理的计算机仍然放置于100 m外的办公室)，放弃有线传输模式。电台技术参数见表1。

3.3 处理后数据状况

图3为2014年7月11日0：48数据。显然接收到的数据信号质量较好，满足技术要求。

由于此款电台适用的数据接收软件是“流量通-H”，这里为了方便比较，采用“WinH-ADCP”回放流量通整理的数据，两款软件数据格式相同，互为通用。“流量通-H”的数据接收界面见图4。

表1 电台技术参数

图4 “流量通-H”数据接收界面

4 无线传输技术的推广

4.1 推广背景

传统的H-ADCP在线监测采用有线传输方式，接收数据的PC机都放置在各测站内，即使采用电台无线近传，距离也限制在5 km以内。自2016年汉江局全面推行巡测管理制度，原先的测站驻守人员调回各个分局，致使测站的H-ADCP传统在线监测模式无法满足现在的管理模式。考虑到此种情况，襄阳分局最近引进了H-ADCP流量通网络远程终端。

4.2 远程终端介绍

此远程遥控终端主要包括：①宏电GPRS远程模块，内置移动电话卡，以流量方式传输数据；②H-ADCP外置扩容器，提供U盘大容量存储接口，在实时传输数据的同时存储流量数据，保障了设备通信出现故障时原始数据的完整性；③数据分析仪，当H-ADCP正常工作时，面板显示当前设备序列号和内外水位(若有外接水位将同时显示外接水位，没有则显示0)，实施对数据的实时采集及发送。实物尺寸200 mm×280 mm×65 mm，12 V电源供电，安装方便。

4.3 流量接收软件介绍

接收软件安装在分局服务器上，需建立专用数据库和IP端口，按此IP和端口号设定好GPRS模块的传输地址后就可以网页的形式查看接收到的流量数据，见图5。软件参数配置包括基本信息和断面配置，基本信息包含测站编号、测站名称、选择指标流速算法、回归方程参数、仪器位置、水位选项及平均单元范围。断面配置则需要内业人员按规定格式编辑好此断面的基本要素，上传至服务器。全部参数设置完成后软件会计算每次数据的瞬时流速和瞬时流量，方便人员的在线监测，出现问题亦能及时发现。

图5 流量在线监测界面

5 无线传输技术应用展望

此前，汉江局现有的H-ADCP都是采用有线信号传输模式，比如黄龙站站房离H-ADCP采集设备300余米，中间穿越省道公路，给传输线架设带来不便；其次，如果传输线长度超过1 km，信号会衰减严重，造成数据质量不理想，无疑限制了H-ADCP的适用范围。无线传输模式安装简单、维护方便、受干扰影响小，同时符合汉江局现推行的水文信息现代化的理念，可实现H-ADCP在线监测的无人值守。文中介绍的电台适用于襄阳站这类H-ADCP与服务器距离较近的站点，属近传方式，无通信费用。流量通网络远程终端则属于远程传输模式，适合偏远的站点，只需满足手机信号覆盖这一要求。

6 结 语

通过分析H-ADCP流量在线监测系统2014年试运行所收集的在线流量数据，解决了有线传输模式信号干扰问题。通过流量通网络远程终端的试运行，解决了目前基层偏远测站在线数据监测问题。针对站房离断面距离较远、铺设管线不易或周围有强干扰源等因素，该方法适宜与H-ADCP配套使用。本文提出的改进方案虽实施成本略高于有线传输模式，但运行维护成本低、适用范围大、数据质量稳定，亦符合水文自动监测的要求。

(编辑：朱晓红)

2017-03-31

金哲，男，长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，工程师.

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