国内外水文自动测报系统综述

付英杰，张永学

(沈阳经济技术开发区农业发展局，沈阳 110016)

1 水文自动测报的意义

水文现代化建设是以推动水文适应经济社会发展需求为目标的动态发展过程，具有强烈的时代特征，反映了时代的科技发展水平和经济社会发展的需求[1]。水文现代化建设是水利信息化的基础。其中信息传输是水利信息化的重要基础工作之一。

2 国外研究现状

1976年，美国SM公司与美国气象局合作研制了一套在当时具有代表性的水文自动监测设备，之后美国HANDAR公司与Sutton公司合作也研制了一套水雨情自动监测设备。

随着科技的进步，美国将水文站数据的传输扩展到卫星平台上，到1987年已有1700个水文站数据应用GOES卫星进行数据传输，到现在已有4000多个水文站使用卫星进行数据传输。除了上述卫星外美国还有测雨雷达，从80年代开始，美国国家天气局与三个部门共同建设了NEXRAD新型雷达，这种雷达经过雨量计参数修正后，可在几千平方公里范围内形成一个类似于一个大雨量计的网，从而大大提高了水文预报和洪水预报的精度和时间。美国还是世界上唯一一个使用流星余迹进行水文遥测的国家，1980年在美国西部山区建立一个由525个监测站组成的名叫SNOTEL的测站网络，直到现在还在运行着并且效果越来越好，这些传输网络所传送的数据与实时数据的传送时间非常接近，在4～5 min即可获得相应数据，而且其可控性比卫星要高[2]。

日本对于水文遥测的投资可谓相当巨大而且建设时期也比较早。1986年，日本建成了世界上最大的水文遥测数据采集系统，系统使用了12个测雨雷达和GMS卫星。日本在仅有的37万km2的国土面积上，建有26个雷达雨量站，2 500个地面雨量站和2 100个水位站，观测范围覆盖整个日本[3]。

英国等一些西欧各国和日本一样由于国家面积较小，水文监测站覆盖范围基本遍及全国，他们主要采用2种方式进行传输:

1)采用可靠的电话网络进行传输。

2)采用同步卫星进行远程数据的传输。

法国主要对其境内的两条河流加隆河和洛依尔河进行全方位的监测以提高本国的防洪准确性。法国采用VHF/UFH通讯作为预报系统的主要监测手段，加隆河系统包括120个监测站覆盖了法国境内全部的加隆河流域，系统采用应答式预报方式，在不到10 min内就可以收集到全部数据。洛依尔河系统则是一个综合性系统，他不仅使用VHF/UFH通讯还应用了电话机ARGOS卫星来进行数据传输，电话通讯主要用于传输流域内支流的数据。

印度作为亚洲发展水文监测比较早的一个国家在1985年在yamuna河上游建立了一个大流域系统，系统采用UHF通讯并且使用印度自己的卫星INSAT－1B，INSAT是一个双卫星系统，它由印度空间研究组织管理，拥有100个卫星平台。

苏联的水文数据是来自GOMS卫星，它和大多数气象卫星一样，用于传输一些云图及气象数据。

3 国内研究现状

我国水文监测系统的建设包括3个阶段:探索阶段、发展阶段和提高阶段。20世纪80年代初期开始到90年代中期为探索阶段。主要是引进、吸收和消化国外引进的水文监测方面的先进技术和方法。1981年，我国由南京自动化研究所负责，引进美国SM公司的设备，进行国产化设计，主要用于监测第二松花江丰满白山水情测报。由于受到美国的影响，遥测站采用了自报式的工作体制，使用VHF通讯。由于资金及技术个方面的问题，我国在此以后几乎没有再引进国外水情监测设备直到1994年，才又一次引进了美国HANDAR公司产品。

这一次的引进使得我们清楚的认识到自己与国外水文监测技术的差距，无论是从稳定性、可靠性、智能化程度、工艺水平等方面都存在巨大的问题。

90年代后到21世纪初始是水文监测的发展阶段。由于看到了差距和不足，我国开始大力发展和研究水文监测技术，国内许多系统集成商也纷纷引进和学习国外先进的设备和通讯方式。在此阶段我国水文监测技术有了长足的进步，已经可以接近国外同期产品的技术水平。

1996年，国际移动卫星(INMARSAT)开始在国内推广，由于卫星通信的大范围覆盖和传输可靠性，国内系统开发商和用户对此给予了高度重视。由于其良好的覆盖和传输性能在经历了2 a的调试后于1998年正式应用于我国水情自动监测系统的实践中。

同一时期，由于我国公共交换电话网(PSTN)有线通信设备逐步成熟和防雷技术的发展，PSTN通信质量明显提高，采用PSTN电话线进行数据传输进入了实用阶段。

更为可贵的是，基于通信技术的快速发展，国产数据采集器的开发得到深入，多串口、多通信协议、多传感器接入等要求不断丰富，基于嵌入式工业控制总线的PC104、基于单芯片系统的片上系统(SOC)等设计技术得到应用，系统的智能化和灵活性得到长足发展。

提高阶段是从2002年至今。2002年我国移动通信技术已经建立了基于全球移动通信系统短消息的通信方式即GMS，这使得其可以正式应用于我国的水情监测系统中。同年，国电自动化研究院(国网电力科学研究院的前身)研制了国内首款采用表贴技术、基于平台化概念设计的模块化和小型化的ACS300数据采集器，将微功耗和宽工作温度范围指标提升到国际同类产品的先进水平。

2003年，由中国自己研发的的北斗卫星导航系统开始商用，此系统的短信服务迅速被国内的水情测报系统争相应用。2004年5月，我国建立了长江三峡水情自动测报系统，覆盖了重庆至宜昌的6万 km2流域，系统采用 VHF、INMARSAT－C、PSTN和全线通等4种通信方式，包括126个水情遥测站，全部数据收集仅10 min，达到了世界先进水平。

随着科学技术的发展，我国的水情测报系统已经与国际接轨，测报方式也由原始而单一的超短波变成了使用电话公网、卫星及短波通讯的多元化格局，为收集时间和信息准确性都提供了有力的保障。

4 结语

本文归纳了国内外水文自动化报测技术的解决措施与对策，讨论了水文测报在水库防洪预测、综合治理和水利调度中的作用、目的、研究意义，对水库水文自动化报测技术进行深入研究。希望以后能够结合工程实例对水文报测方面存在的问题、区域、原因、通讯措施失败的经验教训进行了深入分析;在此基础上，从方法、设备、技术等方面，研究水文自动报测方案。本文对于今后水文自动化报测采用更为科学、合理、经济的综合治理方法具有一定的实践和指导意义。

[1]郭泽辰.基于GPRS的远程自动水文监测网络[J].电力系统通信，2004(08):11－12.

[2]骆兰.水情自动测报系统研究进展[J]，河南水利与南水北调，2011(14):4－5.

[3]王乐.水利工程自动化控制应用趋势[J].科技创新导报，2011(10):96.