浅谈水情遥测系统

2022-10-24

1 工程概况

佛子岭水库位于淮河支流淠河东源上水库坝址位于安徽省霍山县佛子岭镇, 与上游的已建磨子潭水库和拟建的白莲崖水库构成梯级水库, 流域面积1840km2, 其中上游磨子潭至佛子岭的区间流域面积为1270km2。流域内地形为山区, 形状呈扇形, 流域形状系数0.73, 地势南高北低。流域平均高程为715m其中最高峰为白马尖海拨1774m, 河道平均坡度3.1‰, 流域平均坡度0.696m/km2, 河道长度86.7km, 植被率70%。

磨子潭水库位于淮河支流淠河东源安徽省霍山县磨子潭镇, 流域面积570km2, 流域内地形为山区, 形状呈扇形, 流域形状系数0.2 7, 地势南高北低。流域平均高程为718m, 最高峰白马尖高程为1774m。河道平均坡度8.8‰, 流域坡度2.08m/km2, 河道长51.9km。植被率74.3%。

2 水情遥测系统的现状与发展

我国的水情遥测系统的研制始于20世纪70年代, 而后有了较快速度的发展, 到目前为止我国已自行开发设计了许多系统, 从事这项工作的公司和技术人员也越来越多, 水情遥测系统在防洪、发电以及供水等方面发挥了重要的作用。

我国水情遥测系统的快速发展一方面是受到洪水事故的影响, 另一方面是由于科学技术的进步和我国改革开发政策的推动。在初期研制的系统因受电台和电子元器件的可靠性、稳定性等因素的影响, 早期系统现基本淘汰。我国在认真吸取国外的先进技术的基础上, 已经研制出较高技术性能的新型水情遥测系统。目前我国己研制的设备可无人值守, 并解决了野外供电、防雷等关键技术问题, 平均无故障时间从初期的500~1000小时提高到目前的10000小时以上。但仍有不足, 如用于水情遥测的传感器品种不足, 通信手段比较单一, 硬件设备的可靠性有待于进一步提高等。随着科学技术的不断发展与进步, 水情遥测系统技术也得到了日新月异的变化。

3 系统组成

3.1 RTU (远程终端单元)

RTU是构成水情遥测站的基本设

备, 它通过MCU (微处理机控制器) 及其软件, 根据实际应用的需要编程, 实现本地水情数据采集、处理、存储, 在通信协议支持下实现与远端的中心站或其它远程设备之间的通信。由于其长期工作在野外, 能源问题是本设备的一个关键问题, 因此在设计RTU时, 低功耗设计是整个系统的关键所在。最大限度降低功耗是每个系统设计时追求的目标。

3.2 水情遥测站

水情遥测站一般由RTU、外部供电系统 (如交流稳压电源等) 、各种相应避雷器 (如天线避雷器、电话线避雷器等) 、无线馈线系统 (无线系统) 、各种水情数据传感器 (如雨量传感器、水位计、闸位计等) 等组成。RTU加固在机箱内。根据通信方式, 选择各种通信设备, 如无线电台、有线调制解调器、卫星通信小站电子单元、光纤通信光端机、GSM通信设备等。

3.3 无线中继站

在有线通信方式和本文研究的基于GSM网络的水情数据传输方式中, 无需中继站。无线中继站具有无线遥测数据的存储转发功能, 确保遥测站与中心站之间可靠的数据双向传输。它主要包括RTU、无线数传电台、电源和备用电池等。此外, 还配置馈线、避雷器以及供电系统等。无线中继站接收和发送无线频率可采用同频或异频。由于每一个RTU本身都具有存储转发功能, 因此中继站也可由任何遥测站兼任。

3.4 遥测通信网络

系统中有各种通信组网方式, 如有线通信网、无线通信网、电力载波以及不同通信方式的组合等。遥测通信网是遥测站与中心站间数据传输的通道, 因此可靠、高效、标准的网络通信协议和网络管理功能是非常重要的。

3.5 水情遥测中心站 (分中心站)

水情遥测中心站主要是管理和监测各水情遥测站, 通过遥测数据通信网采集来自各遥测站的数据, 并对接收到的数据进行解析、存储、显示等操作。中心站一般由前置通信处理器、中心计算机、中心站计算机网及相应数据显示、打印设备等组成。遥测中心计算机通常需要运行相应的水情信息实时处理软件, 该软件通常以标准的工业组态软件为开发和操作平台, 如FIX等。中心站计算机通过通信处理器和相应的实时信息处理软件, 能够对遥测通信网实现管理, 为中心站计算机网上的各种水利应用软件和中心站系统服务器提供有效的数据。

4 报讯方式

4.1 自报式

自报式是一种不受中心站指令控制的工作方式, 当遥测站的测量参数 (水位或雨量) 发生一个按预先规定的数据变化时, 自动将水情信息向中心站发送。遥测站选用自报式工作体制, 主要有系统结构比较简单, 设备能耗低, 维修方便, 可靠性较高, 实时性强, 能很好反映参数变化的全过程等特点, 适合于我国水电厂地处偏远山区, 交通不便等国情。自报式工作体制的主要缺点是存在同频信号的碰撞问题, 因而它限制了系统的宽度, 使采用自报式工作体制的遥测系统的规模不能太大。

4.2 查询应答式

查询应答式工作方式下, 遥测站自身能对水情参数的变化自动采集和存储, 但不主动传送给中心站, 只有当中心站发出查询指令时, 才将水情数据送出。其主要是控制性好, 中心站可以随机或定时地对遥测站进行巡测和召测, 还可以实现数话兼容。但对于超短波组网方式中, 需要测站的无线电台长期守候在工作状态, 以便随时接收中心站的指令, 因此功耗比较大。

4.3 自报/应答混合式

在有线拨号组网的方式下, 每次传送数据都将发生通话费用, 故传送数据的次数不宜过密。同时在守候时, 遥测站设备几乎不耗电。为考虑暴雨时系统能及时搜集雨量信息, 系统的有线拨号组网中常采用查询应答式与自报式相结合, 其中遥测站的自报功能设置和自报标准的设置由中心站遥控, 以便降低系统使用费用。该系统具有自报式和应答式两种方式的特点, 既能实时反映参数变化的全过程, 又能响应中心站的查询指令, 一般以查询应答式为主, 自报式作为辅助手段。不同时期的水情遥测通信方式为水利信息化作出了重要贡献。但随着社会信息化的发展, 孤立的数据网不再适应水利信息化进程。寻找一个新的通讯方式就显得相当重要。移动通信不断发展的数据通讯业务为水情遥测数据传输平台的搭建提供了有效的物理承载网络, 移动数据业务本身也专门为工业级数据应用提供了良好的技术支持。同时在其中引入了当今应用较为广泛的实时控制协议RTP, 保证有效传输水情数据。从而为水情遥测系统采集丰富的水情数据提供统一、高效的传输通道, 并能使该平台独立于物理承载网络。

摘要：水利行业的遥测系统是应用传感器技术、通信技术和计算机技术进行江河流域降雨量、水位、闸门开度等数据的实时采集、报送和处理的信息系统。该系统可以为水利部门提供及时准确的信息, 提高水利部门的管理水平。本文结合工程实例, 对佛子岭、磨子潭水库水文自动测报系统进行研究。

关键词：水情遥测系统