一种新的水文信息化的解决方案

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一、概述 我国是一个水旱灾害十分频繁的国家，除水害、兴水利历来是治国安邦的大事，关系国民经济和社会发展的大局,关系人民生命财产安全。党中央、国务院对水资源及水环境问题高度重视。把“水资源可持续利用是我国经济社会发展的战略问题”予以高度重视。水资源的可持续利用，是经济和社会可持续发展极为重要的保证，直接关系到全面建设小康社会目标的实现。 水文信息是水利的重要基础工作，是防汛抗旱的耳目和参谋，是水资源管理、保护、调度和优化配置的依据，是经济社会发展的基础。水文测报预报的经济效益和社会效益十分显著，每年直接经济效益数百亿元。以1998年为例，全国水文情报预报直接减灾效益超过800亿元。同时，及时准确的测报预报为洪水调度、抗洪抢险、物资转移、人员避险赢得了时间，争取了主动，取得了重大的社会效益。近年来，国家大幅度增加了防洪工程的投入，抗灾能力明显的提高。由于经济和人力所限，江河堤防只能达到一定的防洪标准，当遇到超标准的洪水时，必须依据实时水文信息，进行防洪指挥优化调度，形势要求必须更快、更准确地提供水情实时监测信息、分析数据和预测预报信息。 水文遥测系统和自动测报系统的建设经历了二十多年的发展过程。系统通信方式由最初的超短波发展到今天的利用短波、超短波、微波、卫星、有线共用网组网的通讯方式，以支持更加复杂的组网模式和自报/应答或兼容的工作方式；系统的稳定性和可靠性有了很大提高。据统计，全国已建和在建的水文自动测报系统达482处，由843个中心站（含分中心站）、1460个水文站（含降水量及水位等参数）、1197个水位站、4612个雨量站组成。 这些系统发挥着各自的功效，但技术体系五花八门，信息不能相互交换和共享。湖北省电子科学研究所多年来致力于水文信息化的研发和产业化，在水情自动测报及信息化系统产品方面，具有自主核心技术和知识产权，且技术达到国内领先水平。在宜昌投入成功应用。该系统是以WJH-1系列无值守水位自动监测(记录)仪为基础的，集水情数据自动采集、数据通讯、数据处理、业务处理、水情编报、信息管理、系统运行管理和数据分析为一体的行业信息化业务应用系统。为实施水文水情信息自动化建设提供技术先进、经济实用的解决方案。 二、水情自动测报及信息化系统的构建 水情自动测报及信息化系统结构如图1所示。系统由传感器、自动监测设备、通讯设备、电源设备、多路数据通讯交换机、水情数据通讯控制及管理软件、水情实时数据库系统软件、水情分析软件、系统信息管理软件、系统运行管理软件、水情自动编报软件组成。是以JH-1系列无值守雨量自动监测(记录)仪、WJH-1系列无值守水位自动监测(记录)仪为基础的，集水情数据自动采集、数据通讯、数据处理、业务处理、信息管理、系统运行管理和数据分析为一体的信息化业务应用系统。主要应用于水利、水文、水务、水资源、农业、气象的水文自动监测领域。为实施水文信息化建设提供技术先进、经济实用的解决方案。 二、系统主要特点 1、统一的技术体系，既可完成水文数据的自动收集，又能完成水情的实时测报任务，实现信息共享。 统一的数据源，统一的数据库及管理，可接入多种类型的自动测报系统的设备，可兼容多种格式的数据文件，可对多种数据库进行数据交换实现数据共享。 2、具有查询上报和自动报汛模式，自动报汛策略丰富，快速获取数据。 支持定时自报加定量加报工作制式。可设定多个通讯链路，组合设定多达上千种自动报汛策略，自动选择通讯链路完成数据通讯任务。 3、支持多种通讯设备和多种通讯方式并用，组网灵活，支持多分中心结构。 支持多种通讯设备组成数字通讯网络。可向多个中心自动报送数据。 支持多种通讯方式并用，支持主网＋备用网组网，并自动切换。如GSM移动通讯网为主网，PSTN电话通讯网为备用网。系统可根据通讯网络状况，在主网和备用网之间自动进行切换。 可连接的数字通信设备包括：便携式计算机、调制解调器（Modem）、超短波数字通信设备、GSM/GPRS数字通信设备、卫星数字通信设备。 其中，以GSM的数字通道（WAP）、GPRS无线数字通讯公网为通讯平台。优点是组网简单快捷，通讯快速可靠，性能稳定。无须用户对通讯网络进行维护。能快速、高质量地完成自动测报的数据通讯任务。建网性价比远优于用其它无线数字通讯设备建网的通讯系统，系统运行费用低廉。 4、具有越线报警、电源告警、存储空间不足告警、数据通讯失败告警、设备连接故障告警等多种告警功能。 可按设定的水位（正常水位区段、警戒水位区段、设防水位区段）、雨量（雨强、时段降雨量、报警降雨量）越线报警值，当其中任何一个超出设定值时，发出警告信号和统计信息。 当监测站供电设备电量不足时，发出告警信息、提示更换电瓶或对电瓶进行充电。 当监测仪存储空间不足时，发出告警信息、提示下栽数据。 当监测站向中心自动报汛通讯连接不成功时，发出数据通讯失败告警信息。 当传感器与监测仪连接异常时，发出设备连接故障告警信息。 5、远程监测、控制和管理。 可远程设置和修改监测站的工作参数、控制参数、通讯策略和报汛策略。便于用户根据工作需求改变报汛策略、通讯策略、工作参数和控制参数。能远程实时监测各站点的工作参数、控制参数、通讯策略和报汛策略（如时间、报汛策略、工作参数、详细数据、数据日志、通讯网络、通讯方式、通讯链路、通讯日志、设备连接、电池电量、电源日志、报警信息等），随时掌握工作状态。同时对系统中各个监测站的工作参数、控制参数、通讯策略和报汛策略进入数据库，进行全过程管理。 6、系统设备管理和运行管理。 实现整个系统的所有设备的自动管理。以及系统运行全过程的管理，包括监测中心管理，监测站管理，设备管理，通讯管理、参数管理、监测站时钟管理、数据管理、数据库管理、服务器管理等。 7、数据统计、水情分析和业务处理。 可对雨量数据（总雨量、当前雨量、单位时间最大雨量、平均雨量、降雨次数）和水位数据（起始水位、结束水位、最高水位、最低水位、平均水位、水位变化值、水位变化幅度）进行14种（30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、6小时、8小时、12小时、1日、1旬、1月、1季、半年、1年）统计周期的数据统计分析和图形分析。自动完成报文生成（《水文情报预报拍报办法》，《水情信息编码标准》）和整编数据生成。 8、性价比高，功能完善，大幅度降低水情监测的建设和运行成本，提高工作效率，提高信息化水平。 无须专人值守、车马劳顿，即可在监测中心(水情分中心)通过有线或无线数字通讯远程获取实时、准确的监测数据，进行汇总，生成实时水情数据库，自动完成报文生成和整编数据生成等业务处理，自动完成系统信息的管理和系统运行的管理，通过水情分析软件完成水情数据分析，提供辅助决策支持。 三、主要设备 （一）、自动监测（记录）仪 WJH-1系列无值守水位雨量蒸发自动监测（记录）仪是构成水情自动测报系统的基础设备，是完成水文信息自动化的关键设备。主要功能是将传感器测量的水位、雨量、蒸发、闸位、流速等数据实时存储，通过通讯网络传送到监测中心，由数据库系统软件、信息管理软件、运行管理软件、自动编报软件和数据分析软件进行处理。 仪器主要功能： > 可接入的传感器：翻斗式雨量计、数字式雨量计、浮子式机械编码水位计、浮子式光电编码水位计、自收缆水位传感器、压力式水位传感器、电子水尺、电子式水位计、数字式水面蒸发传感器、弹簧收揽机械闸位传感器、弹簧收揽光电闸位传感器、声学流速仪、其它具有数字接口的传感器。 > 可接32个传感器或外部数字设备，满足多雨量、水位、蒸发、闸位、流速等观测要求。传感器以有线，或无线（超短波）方式接入，也可以混合方式接入。 > 可接入多种通讯设备（Modem、GSM/GPRS终端、数传电台、卫星），支持多种通讯方式并用，通讯驱动控制完善，组网灵活，支持主网＋备用网组网，并自动切换。 > 具有查询上报（招测）、定时自报、定点自报、定量自报等报汛方法，支持定时自报加定量加报工作制式。支持多分中心结构。可向多个设定的中心发送数据。 > 可设定多达5个通讯链路，自动选择通讯链路，以PSTN、WAP或SMS（短信）、GPRS等多通讯网络快速完成数据通讯任务，获取数据。 > 可设定多个水位、雨量、蒸发、闸位等报警值，组合为多达上千种自动报汛策略。 > 可以在现场或远程设置各种工作参数（如时钟、数据存储周期、传感器分辨率、自动报汛策略、通讯策略、主通讯方式等）。能远程实时监控监测仪的数据和各项工作参数，随时掌握其工作状态。 > 可远程进行设备诊断、维护和控制管理。 > 具有人工置数功能，人工置数项共有10组，每组可置16位数据。 > 具有统一校时功能，可远程终端校准监测仪时钟，保证数据时间的准确性。 > 具有电源系统低压禁写和告警功能，确保数据安全和设备的正常运行。 > 具有存储器存满报警，确保数据安全、使用户无后顾之忧。 > 具有传感器连接故障、数据通讯失败报警功能，对系统的运行和维护带来极大方便。 > 采用先进的功能强大的微功耗处理器，确保数据的处理速度和处理量。 > 内部和外部双看门狗(Watchdog)设计，具有死机自动复位功能，确保长期稳定运行。 > 应用先进的微功耗设计技术和电源管理技术，仪器功耗微小，在没有市电供应的情况下，使用12V/7AH免维护蓄电池供电时，可以保障设备连续工作六个月以上。 > 数据存储器采用高性能非易失性芯片，掉电后数据可以保持10年以上，可存储一年以上的数据，可远程控制清除数据，长期反复使用。 > 多种保护电路和双路抗雷击电路设计，可在野外雷击、高温、高湿的恶劣环境下，及无人值守的条件下长期可靠地工作。 > 采用超宽温液晶显示器，显示信息多，仪器的可操作性强。 > 产品设计先进、可靠性高、记录准确、数据存储可靠、功能完善、操作直观简捷、安装方便。特别适合无人值守和有报汛任务的站点使用。 （二）、GSM&PSTN数据通讯机 PGT-2型GSM&PSTN数据通讯机（如图3）是专为水情自动监测站以GSM/GPRS和PSTN组成主网＋备用网方式的通讯网络设计开发的一体化数字通讯设备。内置GSM/GPRS专用通讯终端和专用Modem通讯终端。数据通讯机能根据PSTN和GSM/GPRS网络情况自动进行切换，即进行数据传输时，当遇主网繁忙，则自动切换到备用网上，从而快速完成数据传输任务。数据通讯机内的电源控制电路，控制对GSM/GPRS终端和Modem的供电，当需要进行通讯时，才进入工作状态，其它时间进入休眠状态，整机静态功耗小于10mA。适合有报汛任务的监测站使用，特别适合须实时报汛的监测站。 （三）、MPGT-8型多路数据通讯交换机 MPG-8型多路数据通讯交换机（如图4）是专为快速完成与多个监测站点之间进行并发数据交换设计的通讯设备。该设备支持8个通讯设备同时与8个监测站点之间交换数据，可快速获取8个站点的数据，大幅度提高通讯效率。也可以将8个信道按4对以主网＋备用网方式进行组网，交换机能根据网络通讯情况在主网与备用网之间自动切换。该设备支持堆叠技术，可扩展为16路、24路，···，可满足多种情况下与更多的监测站点之间进行并发数据交换的需要。其内置通讯设备为专用GSM/GPRS通讯终端和专用工业Modem，可根据需要灵活配置GSM/GPRS专用通讯终端和专用工业Modem的数量。多路数据通讯交换机也可外接其它数字通讯设备。 （四）、HDW-12AT 多路在线直流电源 HDW-12AT多路在线直流电源（如图5）是专为自动监测站系统集成设计，是为自动监测仪、数字通讯设备配套的专用高性能电源。为保证自动监测系统长期稳定可靠运行，监测站中自动监测仪与通讯设备须独立供电。一路专给监测仪供电，另一路专给通讯设备供电，包括超短波电台。每路之间隔离，每一路能独立指示的工作状态，能自动根据蓄电池电量状态给蓄电池充电，对监测设备的运行和维护予以保障。可使用市电，或太阳能电池板作为充电电源。 　　该电源为19吋工业机箱结构，设计先进、可靠性高、安装使用方便、经济实用，对用户水情监测设备的运行和维护带来极大方便，使用户无后顾之忧。过硬的质量和完备的保护功能确保电源箱可以长期安全、稳定在线工作。 （五）、监测站系统集成 监测站设备主要包括：传感器、数传电台、自动监测仪、数据通讯机、多路在线直流电源、太阳能电池、免维护蓄电池等，监测站系统集成如图6。 四、软件系统 （一）、实时水情数据库系统主要功能和特点 1、数据库结构符合国家防汛指挥信息系统的有关技术要求。并满足水文信息收集处理与水情自动测报系统有关的技术要求。 2、基于服务器/客户端，数据库以SQL Server为平台，支持网络和Internet。 3、数据库系统设计采用E-R模型，直观、自然、表现力丰富，容易理解。 4、支持实时数据库动态数据自动更新。 5、支持基于WEB的数据服务。 6、具有数据自动备份和恢复功能。 具有定时自动备份功能，系统备份。数据备份采用智能数据压缩技术，节省存储空间，使用户无后顾之忧。 数据库系统具有全面数据保护功能，能可靠地保护重要数据。其自动灾难恢复功能可对关键数据进行快速恢复。 （二）、数据通讯控制及管理软件主要功能和特点 1、支持国际通用的数据通信协议，通讯驱动控制系统完善，支持多种通讯设备及多种通讯方式并用，组网灵活。 2、基于服务器/客户端设计，以实时水情数据库为基础，支持WEB数据服务。运行环境支持Windows ME、XP、2000、NT。 3、具有操作权限控制。 4、支持水情多路数据通讯交换机多线程并发数据交换。 5、支持水情多路数据通讯交换机的级连。 6、自动对通讯端口的状态和所连接通讯设备的通讯信道的状态进行定时检测。 7、自动选择通讯端口和通讯信道。 8、数据通讯控制及管理可设定为自动和手动两种方式。 9、支持对系统的通讯设备动态管理。 10、自动解析测站上传数据的通讯申请，并执行数据交换任务。 11、自动解析自动测报系统信息管理软件、自动测报系统运行管理软件、水情分析软件等要求进行数据交换的通讯申请，并自动选择通讯信道执行数据交换任务。 12、完成数据通讯任务时，自动生成原始数据文件，并进行数据库的动态数据自动更新、生成通讯日志。 （三）、系统信息管理软件主要功能和特点 1、基于服务器/客户端设计，以实时水情数据库为基础，以数据通讯控制及管理软件为手段，支持WEB数据服务。运行环境支持Windows ME、XP、2000、NT。 2、具有多种操作权限控制。设有系统管理员、数据审核员、数据操作员、高级浏览员、中级浏览员、普通浏览员等级别，并赋予相应权限。 3、丰富的菜单、工具栏、状态栏、功能树、对话框和快捷键等操作界面，操作途径多样，灵活快捷。丰富的切换按钮设计，使窗口之间、对话框之间切换方便容易。具有键盘精灵功能，可快速进行站点的切换。 4、支持多种数据文件的输入输出、可使用和生成多种格式的数据文件。 5、实现整个系统的所有设备的自动管理、生成过程信息日志。 6、系统管理 包括监测中心管理，监测站管理，监测仪管理，电源管理、传感器管理、通讯设备管理、通讯管理、监测站时钟管理、参数管理、报汛策略和通讯策略管理、数据管理、数据库管理、服务器管理等。 7、短信息（SMS）管理 包括电池低压报警、传感器连接故障、数据通讯失败报警、雨量存储空间不足、水位存储空间不足、越线报警的实时和历史查询。 8、实时数据、信息和历史数据、信息查询 （四）、系统运行管理软件主要功能和特点 1、基于服务器/客户端设计，以实时水情数据库为基础，以数据通讯控制及管理软件为手段，支持WEB数据服务。运行环境Windows ME、XP、2000、NT。 2、具有多种操作权限控制。设有系统管理员、数据审核员、数据操作员、高级浏览员、中级浏览员、普通浏览员等级别，并赋予相应权限。 3、丰富的菜单、工具栏、状态栏、功能树、对话框和快捷键等操作界面，操作途径多样，灵活快捷。丰富的切换按钮设计，使窗口之间、对话框之间切换方便容易。具有键盘精灵功能，可快速进行站点的切换。 4、自动监测数据库服务器和通讯服务器的网络连接状态。 5、自动监测通讯端口和通讯信道的工作，记录工作过程信息。 6、自动监测系统所有站点的设备运行状态，记录设备运行信息。 7、系统运行全过程的管理、生成过程信息日志。 包括监测中心运行管理，监测站运行管理，电源运行管理、通讯运行管理、数据库运行管理、服务器运行管理等。 8、短信息（SMS）管理。 包括电池低压报警、传感器连接故障、数据通讯失败报警、雨量存储空间不足、水位存储空间不足、越线报警的通道设置和管理。 （五）、水情分析软件主要功能和特点 1、基于服务器/客户端，以实时水情数据库为基础，支持网络和WEB。运行环境支持Windows ME、XP、2000、NT。 2、丰富的菜单、工具栏、状态栏、功能树、对话框和快捷键等操作界面，操作途径多样，灵活快捷。丰富的切换按钮设计，使窗口之间、对话框之间切换方便容易。具有键盘精灵功能，可快速进行站点的切换。 3、具有多种操作权限控制。设有系统管理员、数据审核员、数据操作员、高级浏览员、中级浏览员、普通浏览员等级别，并赋予相应权限。 4、支持地理信息处理。 5、统计分析工具 > 统计周期 统计周期可设定为30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、6小时、8小时、12小时、1天、10日、1月、3月（1季）、半年、1年。并可任意切换。 > 统计内容 对选定的统计周期进行统计分析，显示统计数据。 雨量统计分析内容为：总雨量、当前雨量、单位时间最大雨量、平均雨量、降雨次数。 水位统计分析内容为：起始水位、结束水位、最高水位、最低水位、平均水位、水位变化值、水位变化幅度。 6、图形分析工具 图形窗口可选1～4个，可同时显示四个雨量站点数据图形，或两个雨量水位站点数据图形，也可以进行雨量、水位任意组合显示图形。数据可以是同期的，也可以是不同期的，并能进行同一站点不同期组合显示图形。可以进行快速图形的放大、缩小。 > 雨量分析 雨量分析内容为：折线图，数据点折线图，簇状拄形图等。并可叠加1线～7线统计平均平滑线。 > 水位分析 水位分析内容为：折线图，数据点折线图，平滑线，起始-最高-最低-结束等。并可叠加1线～7线统计平均平滑线。 （六）、水情自动编报软件主要功能和特点 1、符合水利电力部1964年发布的《水文情报预报拍报办法》要求；及2004年发布的《水情信息编码标准》要求。 2、基于服务器/客户端，以实时水情数据库为基础，支持WEB数据服务。 3、运行环境Windows ME、XP、2000、NT，具有多种操作权限控制。 4、系统提供菜单、工具栏、状态栏、对话框等丰富的操作界面。 5、对每个监测站的每个雨量监测项、水位监测项设置独立的编报参数。 6、报文生成控制及管理可设定为自动和手动两种方式。 7、读取实时水情数据库中的水情数据，按设定拍报规则生成拍报数据，存入拍报数据库中，并相应生成自动拍报动作的日志。 8、通过监控台可查询实时报文和历史报文，查询拍报日志。 （七）、基于WEB的系统信息管理软件主要功能和特点 1、基于浏览器/服务器设计，以实时水情数据库为基础，以数据通讯控制及管理软件为手段，支持WEB数据服务。 2、运行环境Windows ME、XP、2000、NT，具有多种操作权限控制。 3、系统提供菜单、工具栏、状态栏、对话框等丰富的操作界面，操作灵活快捷。 4、支持多种数据文件的输入输出、可使用和生成多种格式的数据文件。 5、实现整个系统的所有设备的自动管理、生成过程信息日志。 6、系统信息管理 包括监测中心管理，监测站管理，监测仪管理，电源管理、传感器管理、通讯设备管理、通讯管理、监测站时钟管理、参数管理、报汛策略和通讯策略管理、数据管理、数据库管理、服务器管理等。 7、短信息（SMS）管理 包括电池低压报警、传感器连接故障、数据通讯失败报警、雨量存储空间不足、水位存储空间不足、越线报警的实时和历史查询。 8、实时数据、信息和历史数据、信息查询。 （八）、基于WEB的系统运行管理软件主要功能和特点 1、基于浏览器/服务器设计，以实时水情数据库为基础，以数据通讯控制及管理软件为手段，支持WEB数据服务。 2、运行环境Windows ME、XP、2000、NT，具有多种操作权限控制。 3、系统提供菜单、工具栏、状态栏、对话框等丰富的操作界面，操作灵活快捷。 4、自动监测数据库服务器和通讯服务器的网络连接状态。 5、自动监测通讯端口和通讯信道的工作，记录工作过程信息。 6、自动监测系统所有站点的设备运行状态，记录设备运行信息。 7、系统运行全过程的管理、生成过程信息日志。 包括监测中心运行管理，监测站运行管理，电源运行管理、通讯运行管理数据库运行管理、服务器运行管理等。 8、短信息（SMS）管理 包括电池低压报警、传感器连接故障、数据通讯失败报警、雨量存储空间不足、水位存储空间不足、越线报警的通道设置和管理

C.water

“以1998年为例，全国水文情报预报直接减灾效益超过800亿元。” 完善水文信息化刻不容缓！！