水文自動測報系統

應用遙測、通信、計算機和網絡等技術，完成流域或測區內固定及移動站點的降水量、蒸發量、水位、流量、含沙量、潮位、風向、風速和水質等水文氣象要素以及閘門開度等數據的採集、傳輸、處理和應用的信息系統。

水文現代化建設是以推動水文適應經濟社會發展需求為目標的動態發展過程，具有強烈的時代特徵，反映了時代的科技發展水平和經濟社會發展的需求。水文現代化建設是水利信息化的基礎。其中信息傳輸是水利信息化的重要基礎工作之一。 ^[1] 

圖1 是水文自動測報系統網絡拓樸結構的一般形式，主中心站是各個基本系統和其他信息處理中心(如部、省級防洪辦的水情信息中心、氣象信息中心等)在更廣域上聯網的中心結，它的基本框架是，在主中心—中心站這一層上呈星形結構，中心站以下，各層次的拓樸結構是星形結構按層次延伸而構成的樹形結構。 ^[2] 

結構化的分層方法對於水文自動測報系統來説同樣是重要的。基於多媒體數據的傳輸，把系統分為四個層次, 即：(a)主—分中心站組成的遠程通信網, 即廣域網WAN；(b)主中心站和分中心站內計算機的互連；(c)分中心站或報文交換中繼站與測站之間組成的遙測網；(d)測站這一級的儀器設備(包括傳感器)的互連。這四個層次的劃分是針對一般性的水情繫統而言的，對於某個具體的水情繫統來説，可能沒有廣域網和主中心站(或分中心站)的局域網層次，但必定有第三層次和第四層次。 ^[2] 

DATA-9201水文自動測報系統由監測中心、通信網絡、前端監測設備、測量設備四部分組成。

◆ 監測中心：由服務器、公網專線（或移動專線）、水文監測系統軟件組成。

◆ 通信網絡：GPRS/短消息/北斗衞星、Internet公網/移動專線。

◆ 前端監測設備：水文監測終端。

◆ 測量設備：雨量傳感器、水位計、工業照相機或其它儀表變送器。

管理功能：具有數據分級管理功能，監測點管理等功能。

採集功能：採集監測點水位、降雨量等水文數據。

通信功能：各級監測中心可分別與被授權管理的監測點進行通訊。

告警功能：水位、降雨量等數據超過告警上限時，監測點主動向上級告警。

查詢功能：監測系統軟件可以查詢各種歷史記錄。

存儲功能：前端監測設備具備大容量數據存數功能；監測中心數據庫可以記錄所有歷史數據。

分析功能：水位、降雨量等數據可以生成曲線及報表，供趨勢分析。

擴展功能：支持通過OPC接口與其它系統對接。

自動收集雨量、水位和其他水文參數的實時數據。在中心站的控制下按一定方式把這些數據編排成脈衝信號，通過信道傳遞到中心站。遙測站的儀器設備有雨量計、水位計、編碼器、數傳機、電台和電源設備等。一般在有人管理無人操作情況下進行。雨量計常用翻鬥式，每毫米雨量翻轉一次，發出信號驅動記錄和編碼器。水位計多數採用浮子式，用機械機構直接傳動記錄筆和編碼器。編碼器是把雨量和水位（即浮子位移模擬量）轉換成數字電量的器件。可以編排出各種碼制的脈衝信號,雨量編碼只有增量,而水位變化是連續、可逆的，必須採用雙電刷判別電路、步進機構或循環碼盤等特殊方法。當接到遙測站或中心站的發報指令後，全套設備啓動，從編碼器中取出數據，並按一定邏輯程序將站號、雨量和水位依次發送出去。

①自報式發送,系統中的各觀測站自動向中心站發報，其控制方法有定時控制和增量控制兩種。定時即按預先規定的時間和測次，到時發報。增量是指雨量或水位每變化一定數量時，如雨量增加 1毫米，水位增減 1毫米，立即發報實時的累計雨量和水位。每次發一至數遍，每個參數約0.3～0.5秒即可。這兩種控制方式也可以結合使用，以滿足時段雨量的計算和了解設備是否正常。

②應答式發送，測站等待接收中心站發來的指令後給予回答，發報實時數據。它要求觀測站接收設備長期或定時段通電，處於待命狀態。

簡稱信道，是連接遙測站與中心站之間的電波傳輸線，分為有線和無線兩類：①有線通道用專線或共用電話線路。其優點是抗干擾性強，使用比較方便可靠。缺點是設備成本隨距離而增加，如採用架空線，在大風暴雨時容易損壞。②無線電通道常用超短波頻段，功率 1～10瓦，當通信距離超過50公里，或有高山阻擋時，常設置中繼站，把接收到的信號增大功率後，再用另一頻率發射出去。測站採用定向天線，中繼站可用高增益的全向天線，以滿足各個方向通信的需要。電源一般採用鹼性蓄電池供電。無線電通道適用於遠距離傳輸，設備費用較低，但易受干擾，誤碼機率較有線通道高。衞星無線電通道，用衞星作為中繼站，一般採用微波波段，優點是觀測站位置不受地形限制，通信距離更遠，覆蓋面積更大。還有短波、流星餘跡散射等方式，都可作遠距離通信用。

信息傳輸方式採用脈衝調製數字通信，簡稱 PCM。“0”和“1”是數字通信的基本信息，稱為比特，每秒傳輸基本信息量稱波特。由於水文遙測系統的數據量較少,通常採用25、50、100波特,也有用300、1000波特的。每次發送與接收必須使信息同步，才能進行解碼。應答式的選呼方法常用兩個音頻調製信號作為各站的地址碼。

它的功能是集中遙測系統內各遙測站的水文數據，進行計算整理,及時作出洪水預報,並可控制閘門啓閉，進行水利調度。根據流域面積及部門的需要可配置多級控制中心。中心站主要設備有通信電台和電子計算機等。根據功能要求和數據量來選擇機型，一般採用中小微機，並配置顯示器、寬行打印機和磁盤驅動器等外圍設備。控制方式根據系統的發送制式而定，自報式具有測站功耗低微，設備簡單可靠,費用低廉,數據有效率高等優點，更適合於高山偏僻地區使用。美國和加拿大等國主要使用這種制式。應答式的功能較多、控制靈活，接收中心可以定時自動巡測，也可隨時指令巡測或選測，而且可以通話，使用方便。日本和意大利等國主要採用這種制式。中國這兩種制式都用，或在系統中兼容。

自動測報系統開始用於汛期的水文情況收集，後來也用於水文站網資料收集，兼顧洪水預報、調度，又用作資料整編。使用的計算機由單機發展到計算機網絡和建立數據庫,使任何一個地方的終端都可以調用數據,共用情報，進行預報，效益顯著（見實時聯機水文預報）。