创作编号：
GB8878185555334563BT9125XW
创作者：凤呜大王*
水文监测工作中的问题与对策
水是生命之源，在人类的生存和发展中发挥着不可替代的作用，但是当前由水而引发的自然灾害严重威胁人们的生命和财产安全，造成了大量的财产损失和人员伤亡，因此做好水文监测工作成为社会主义现代化建设中的一个重要课题。水文监测工作涉及的范围比较广泛，且需要依靠较高的科学技术手段作为保障，特别是近年来随着水文灾害的不断加剧，对水文监测工作的质量提出了更高的要求。为此，针对当前水文监测中存在的问题，相关部门必须要加强认识，积极采取有效措施加以解决和应对，促进水文监测工作的顺利展开和发展。
1水文监测工作中的问题
1.1监测设施设备的测洪能力较低
自从1998年发生特大洪灾以来，我国的水文监测工作取得了一定的发展，用于水文监测的基础设施建设水平有了大幅度的提高，并更新和改造了大型动力测船以及水文缆道等，使得水文监测能力和质量大大提高。但是从整体上来看，水文监测设施设备的测洪能力依然较低，主要表现在以下方面：一是改造之后的测洪能力只是能够测量到设站以来的最大洪水，对于超标洪水的监测远远不够：二是对于一些大洪水或者是特大洪水的监测依然采用的是传统的浮标测洪法，监测质量低下。
1.2技术手段较为落后
在当前的水文监测中，不少监测站依然是利用测深杆来测量水深，利用流速仪来测量水流速度，利用横式采样器来采取沙样等。这些测量方式在中低水测量中的准确度较高，但是监测大洪水时往往存在着测速和取沙定位困难、精准度较差的问题。并且由于单次测验所耗费的时间较长，劳动强度较大，且所测量的数据无法自动传输给计算机，使得水文监测工作的质量和效率不高。
1.3水文监测人员的综合素质较低
水文监测工作的好坏在很大程度上取决于水文监测人员的专业水平和自身能力，但是当前很多的水文监测人员综合素质较低，在很大程度上影响和制约了水文监测工作的质量和效率。主要表现为水文监测人员不能与时俱进，在业务技术、思想政治、以及职业道德等方面存在着一定的问题和缺陷，使得水文监测的技术水平受到限制，再加上缺乏足够的责任心和责任感，在实际的工作中存在着晚测、漏测、误测等现象，使得水文监测资料的真实性无法得到保障，对以后的防灾减灾工作产生了不利影响。
1.4科技成果的推广转化工作不到位
当前我国在水文监测方面所投入的经费不足，导致水文实验研究以及科技成果的推广转化工作比较薄弱，影响了水文监测工作质量的提高。到目前为止，我国的水文工作人员在水平升级、小发明、以及小创造等活动中研发出了一批有较强实用性的科研成果，但是却仅仅局限于研发单位的内部使用，并没有得到广泛推广，无法充分发挥其价值和作用。
2水文监测问题的对策
2.1加强水文监测队伍建设
首先，要建立一支高素质高水平的职工队伍，从职称、学历、技能等方面入手，对人才结构进行合理调整，实现人力资源的优化配置，从整体上提高水文监测职工队伍的综合素质。并且要加强对职工的教育和培训工作，提高他们的专业技能和责任意识，以满足水文监测工作的实际需要；同时，还要注重对领导队伍的建设工作，提高领导管理的质量和水平。具
体来说就是要加强对领导队伍的思想建设、作风建设、组织建设、以及能力建设等。
2.2积极引进新技术和新设备
水文监测工作的质量和效率在很大程度上要依赖于监测技术和检测设备，当前水文监测工作中的一个突出问题就是监测技术和检测设备相对落后，已经渐渐无法满足监测工作的实际需要，因此必须要积极引进新技术和新设备。具体来说就是要积极引进包括雷达、卫星等在内的多种遥感和遥测手段，提高水文监测工作的质量和时效，以满足水利工程管理和建设、以及防汛抗旱指挥的需要。同时还要积极引进有关测深、测速、以及取沙等工作的新技术和新设备，有效解决泥沙、流量测验等过程中存在的问题。
2.3实现规范化、科学化的管理
这就需要聘用进行质量监督管理工作的专业人才，积极健全和完善质量监督队伍，并制定质量监督管理制度，保证质量管理办法和评定标准的可行性，同时还要建立健全奖惩制度，提高工作人员工作的积极性和主动性。具体来说要想实现规范化科学化的管理就需要做到以下几点：要建立上级抽查、同级互查、以及基层自查的管理体系，从根本上保证水文监测工作的质量；要坚持预防为主和事后监督的管理方针；加强技术指导和管理工作，提前做好汛期前的准备工作，推动水文监测质量的升级。
基于ZigBee的水文监测系统的设计
我国是多河流、多湖泊、多水库的国家，为了能够实时、有效地对重点水域的水流量、水量的库存及水资源的开发利用，需要及时掌握重点水域地区的水位、水流速度、上下游地区的降水量、闸位等重要的数据信息。监控得到的数据信息决定了水利资源的应用背景，特别是在通信不发达的且重要的监控区域，因此采用先进的无线通信技术是很好的措施。本文采用先进ZigBee技术[1]和成熟的GPRS技术相结合，提出了实时监测新方案，从而使之能够满足监测的实时化、网络化、数字化的要求，进而保证监控的费用低、能耗低及可靠性高，满足大范围重点区域的水文监测功能要求。
1基于ZigBee的水文监测系统的设计
采用上述结构的系统可以实时或定时的采集数据信息，同时也可以实时或定时地将所采集的数据信息使用无线网络传送到监测中心的数据处理服务器。系统主要由以下几部分构成：（1）ZigBee无线传感器网络：主要负责水文数据的采集，并将数据通过ZigBee网络上传到汇聚节点[2]，再由汇聚节点将数据发送到GPRS网络。（2）GPRS传输网络：使用GPRS无线模块为主要通信设备，作为主要的数据传输建立无线连接，实现与互联网的通信，将所检测的数据传输的到监控中心，完成远距离传输。（3）监测中心：实现数据存储、处理以及实时、定时的远程监控，包括：现成设备的参数设定，对采集到的数据存储、分析和汇总，便于对重点监测水域状况的检测与分析。
2系统硬件设计
各水文监测单元一般安装在河流、水库的指定地点，长期在无人监管的环境下工作。因此，节点的微处理器应该满足高稳定性、低消耗以及小体积的原则。根据这个原则，本设计采用TI公司推出的单片、低功耗、多频段、超高频射频芯片CC2530[4-5]。
传感器是监测系统实现测量、传输及控制的重要设备，主要有水位传感器、压力传感器、雨量传感器等，以水位传感器使用的最多。在本系统的设计当中，主要采用压力式水位传感器，通过它检测监控区域的数据信息。
压力式水位传感器是根据不同的水位产生净水压强是不同的，测量出水压，就可以计算出水位值。传感器采用投入水位传感器，安装时安装在钻有孔的钢管中，避免动水引起测量误差。其工作过程是首先传感器输出的4-20mA模拟量信号，经A/D转换后，然后将模拟量信号输入到CC2530单片机，由CC2530完成测量数据的转换和处理，最后，将处理得到的数据信息传输至射频模块，由汇聚节点将数据信息调制成2.4GHz无线信号，进行无线传输的准备，实现无线收发器的数据传送。
3终端节点程序设计
3.1协调器节点的程序设计
首先，数据采集节点工作后，进行传输网络的搜索，向网络协调器节点发送入网请求，当接到应答信号后，传感器节点加入了网络；之后，系统采集节点发送的发送是水位数据信息，网络协调器节点接收信息，并与系统设定的缺省值进行比较，如果超出了规定的上下限，网络协调器及时发出相应的信号给PC。
3.2采集节点的程序设计
4系统实验与性能分析
为了验证系统的安全性和可靠性，结合水文监测系统的实际需求对系统进行了初步的测试。其中主要测试了系统节点间的通信距离、组网的延时性、网络的自愈能力、检测的原始数据的传输、减少数据丢失以及传输的功耗等进行了重点测试，同时将得到的测试结果进行了相应的分析和总结。
系统由协调器、路由器、传感器节点组成的三级网络[6]，传感器节点掉电重新上电能够重新加入网络，当传感器节点的父节点离开网络时，传感器节点能够寻找其它父节点并重新加入网络。
通过对整个系统实验测试，使用ZigBee无线通信技术和GPRS技术相结合，能够满足监测系统的实时准确的要求，是实现水文实时稳定监测的重要解决方案。
基于物联网的水文监测系统设计
我国作为一个水资源缺乏的国家，水资源应该得到充分合理的利用，水文参数监测是水资源合理利用的基础，水域水文参数资料涉及到我国的核心经济利益。相比于国外的水文监测工作而言，国内水文监测还处于起步阶段。目前的水文监测工作还是采用比较原始的工作方式，即人工采样，采用手持便携式监测仪或实验室分析。这种工作方式存在采样频率低、无
法实时监控、不能反映水体水质参数的连续动态变化等缺点。同时，由于水文参数监测（如溶解氧、PH值等）往往存在分布范围广、不易到达、取样时间不固定、取样困难等特点[1]，采用现有人工取样、有线或者无线组网等方式组成测试系统通常都会存在施工困难，维护保障不容易，以及升级困难等弱点。
随着网络技术和通信技术的快速发展，物联网技术由于其短距离传输、低复杂度、低功耗、自组网等特点，被广泛应用在工业控制环境检测与预报、建筑物状态监控、医疗护理、智能家居、空间探索以及军事等领域。物联网终端节点成本低廉，可以很方便地实现不同水域部署，并能保证数据采集的广度和精度，可为大范围水文资料监测提供数据基础[2]。为此，针对水文参数总体及局部监测的需求，本文提出了以水文参数检测传感器作为终端测试节点，以物联网技术作为通信平台，并以Linux系统作为软件基础平台来构建水文参数监测系统，从而实现对区域水文参数的远程实时检测。
1硬件监测平台构建
基于物联网技术的水文参数监测系统的硬件架构主要包括水文参数终端节点（水温测试、溶解氧测试等）、网关路由节点（中心网关、边缘网关）、远程中心监控节点等三个主要部分，每种节点完成不同的功能。基于物联网技术的水文参数监测系统与传统水文参数监测系统的不同，主要表现在新的水文监测系统的终端节点的电源管理、网络路由算法、网络通信协议以及中心监控软件系统的不同。基于物联网技术的水文监测系统结合了最新网络技术和水文参数监测技术，通信工作频段兼顾了中国和国际标准，主要包括780 MHz（中国）/2.4 GHz（国际）[3，4]，其实际硬件拓扑图如图1所示。
图1水文监测物联网系统拓扑图
在基于物联网的水文监测系统中，终端节点由许多功能相同或不同的水文监测传感器节点组成，水文监测传感器是整个监测系统的硬件基础，
可用于实现多种水文参数的检测。目前的系统设计中包括水温（Campbell 公司的109温度传感器）、水位（压力式水位传感器）、PH值（CS525）、溶解氧（Hamilton公司的243111-OXYGOLD G ARC 225溶解氧传感器），并预留了其它水文参数测试的软硬件终端接口，如流速、浑浊度等参数。终端节点通过传感器可将水文参数转变为数据调制信号，然后对射频信号进行调制，并产生已调信号，然后将已调信号通过终端节点的天线发送到网关节点进行数据的融合和汇聚。
每一个水文监测终端节点都包含数据采集模块（传感器，在本系统设计中主要指水温、水位、PH值、溶解氧传感器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块，主要设计要求是低功耗，高可靠性，具有自组网功能。由于终端节点体积小，因而电源容量也非常有限，从而在设计中必须充分考虑到节点的节能优化技术，提高单位节点的工作时间，节省节点的能耗以及采用合理的网络协议。在设计中综合考量终端节点的可靠性、经济成本等多方面因素，终端节点可采用Chipcon公司的CC2430芯片作为控制核心，该芯片以IEEE 802.15.4协议为基础，整合了射频（RF）前端、内存和微控制器[5]，在本系统中可分别对水温、水位、PH值、溶解氧等水文参数传感器进行控制，并最终实现参数测试。同时，也可以根据需要进行其他参数测试，所需要的工作只是加入不同的水文参数测试终端节点而已。网关路由节点用于实现整个水文监测物联网区域子网段的自协调组网以及信息处理。在水文监测物联网建立过程中，因具体应用环境不同，其工作测试的重点也不同，故对不同的子网段，需要单独进行设置。首先应由各个网关节点初始化该段子网，以避免各个终端节点之间的相互干扰，以及与其他工作相同频道设备间的信号干扰。网关节点通过给每个终端节点网络指定不同的物理地址来区分不同节点，当整个网络应用后，网关节点会定时发送查询命令，在发现新的网络节点后，系统会自动加入网络节点列表，同时发送新的路由表。
除具有自组网特点外，网关节点还负责第一步的信息分析及处理，并将处理后的数据存储到嵌入式数据库以备查询。网关节点通常个数有限，一般对功耗要求不严格，可以采用多种通信方式与其他网络节点进行通信
（如Internet、卫星或移动通信网络等）。在水文监测物联网系统中采用星型拓扑设计，可以在一个较大的水域范围内设置中心网关路由节点，以分别实现对边缘网关节点的水文数据包信号的中继和转发[6]。
远程中心监控节点是整个系统的管理中枢，用于汇集并处理各区域的水文参数，并根据分析结果提出不同的合理化建议，主要完成数据的存储与处理、数据的可视化、物联网的管理功能。其硬件组成主要是大规模的磁盘阵列以及高性能的工作站服务器。
在整个水文监测系统硬件部署、软件参数设置完成后，就可以对部署了终端传感器节点的水区域进行水文参数的主动监测。其具体流程如下：（1）远程监控中心发出控制指令，通过网关节点，启动激活终端传感器节点进行水文参数检测。
（2）终端节点处理器收到指令后，由主处理器对命令进行解码。若节点地址与控制指令中的地址一致，则启动传感器进行水文参数采集，并将最终采集到的数据传送给节点处理器。节点主处理器捕获到测量数据后，再进行相关数据的分析、融合，并将水文数据打包成符合6LoWPAN协议标准的数据帧，然后加入包头、节点编号等信息后送到射频模块进行数据的发射，同时也可在该节点实现其他节点的路由转发。
（3）中心节点汇聚各个终端节点参数，发出相应控制指令。
2软件系统集成及设计
水文监测系统的管理功能比较复杂，任务多样，需要监测的水文参数种类多，仅目前就包括水温、水位、PH值等参数测试，而且为了今后的拓展，还必须为今后其他水文参数测试预留软件接口。同时，水文参数测试结果的通信方式的种类差异也较大，软件设计涉及大量的网络通信程序设计以及数据库设计管理工作。为便于不同模块的接口，软件设计整体应采用一致性、模块化设计。所有节点开发和应用平台可选用Linux操作系统，因为Linux系统成熟稳定、源代码开放，尤其在网络通信方面有其独到的优势。终端节点由于其节电性方面的要求，可采用裁剪后的最小嵌入式
Linux操作系统，网关节点采用普通嵌入式Linux操作系统，而中心节点则采用完整的Linux系统，这种软件平台架构保证了整个系统的软件一致性，以便于以后的保障和维护。
2.1终端节点的软件设计
终端节点的硬件平台主要包括核心控制器、I/O接口、存储模块及射频收发模块等，其硬件构成决定了终端节点采用裁剪后的最小嵌入式Linux 操作系统比较符合终端节点特性。同时，由于终端节点以及物联网组网的特殊性，其通信协议不可能采用完整的IP协议栈，而必须采用修改后能适用本系统的网络协议栈来实现报文的分片和重组、报头压缩和地址自动配置、组播和安全。协议栈数据帧格式符合IEEE802.15.4，其水文参数测试协议帧格式如图2所示，其中MAC负载部分包括上层协议帧控制信息、水文参数、传感器节点号等信息。
图2水文参数测试协议帧格式
作为终端节点，软件节能设计是其中的一个重要考虑。为了避免节点频繁进入暂停工作等待充电的工作模式，减少无用数据的采集和传输，传感器节点采用基于阈值的工作方式：当监测数据的大小在报告阈值以内时，不予发送，当监测数据的大小超过报告阈值而在告警阈值以内时，以较长的周期循环报告实时数据；当监测数据的大小超过告警阈值时，以较短的周期循环报告实时数据。这样的工作方式既保证了关键实时数据的可靠获取，又减少了频繁发送无用数据的能量消耗。
2.2水文监控中心软件设计
水文监控中心应用软件的设计目标是尽可能地使得系统友好，使用户操作简单直观，对险情或者异常情况表示及告警明显。在方案设计中，上层部分不但需要提供给用户与系统交互能力相适应的界面，还需要提供对水文参数进行归纳、综合分析等功能的实现模块以及与底层交互的通讯模块。
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基于设计目标的要求，其监控中心的软件平台设计采用B/S架构，应用界面程序部分和核心平台之间采用多种耦合方式。核心平台可以作为界面的一个功能模块DLL嵌入上层直接调用底层库函数，也可以把核心平台单独作为一个独立的进程，二者之间通过操作系统提供的进程间的管道机制实现通信。监控中心应用程序通过核心平台实现对水文监测网络的管理，并启动终端水文监测节点来采样区域水文资料。监控中心在收集到由路由节点转发来的水文采样数据之后，可将数据存储于后台数据库中，同时提供用户界面对水文参数进行分析处理，并采用图形方式进行显示，最终根据分析结果进行视觉或声响告警。系统应用程序主要包括文件处理模块、系统配置模块、分析处理模块以及告警模块等4个功能模块。监控中心软件系统平台采用Linux系统，存储数据库则采用ORACLE大型关系数据库[7-8]。
通过文件功能模块可以实现对数据的存储、调取以及打印等功能，也可以保存设置应用程序工作环境参数等功能，同时可实现对数据的永久性存储，以便于后期数据的综合化处理。
配置功能模块采用图形化的方式实现对系统节点、整个系统的网络路由以及终端传感器的参数设置，从而达到对整个水文监测系统的硬件和软件配置，包括应用程序启动时对硬件的检测以及检测通过后初始化测试所需要的软硬件环境。分析处理模块是整个监控中心的核心模块，主要包括水文数据的分析、归类、比较、模型建立、数据归一化处理以及对数据曲线进行描绘和显示等功能。大致的功能包括下列4个方面：
（1）结合地理信息系统，将所有终端节点的位置及其实时数据显示在
地图上，这样可实现监测者快速定位水文终端节点地理坐标，全局监测整个水域的水文信息情况；
（2）以时间坐标为基轴，将所有终端节点的历史或实时数据显示在以时间为横轴的曲线图上，以便于监测者分析一段时间内水文参数的变化情况，进而结合其他监测信息分析发生的原因，完善预警机制；
（3）基于节点标识的展示，对所有节点按网络内的标识大小进行整体的实时数据和节点状态显示，以便监测者抽取导出监测数据，同时观察节点异常状态，对整个网络系统进行及时有效地维护；
（4）建立水文参数模型，构建参数预测模型，建立专家系统，提供领导决策科学依据。
告警功能模块可实现对水文参数的异常情况的报警，主要实现异常节点的快速定位、进行声光报警提示以及按照设定策略进行异常处理。报警的方式主要包括在图形界面上快速闪烁红色告警提示信息，通过扬声器发出告警提示声音[9]。其软件整体结构如图3所示。
3系统评估
在基于物联网技术的水文监测系统中，由于大量水文采样终端节点被部署于不同的水文区域，各个终端节点间以无线自组织方式构成网络，通信方式采用的是无线通信。由于无线信号传输存在由反射、衍射所引起的多径效应，加上节点所处环境复杂，因而导致网络通信质量受到严重影响，网络节点间通信存在较大的不稳定性。这种情况有可能导致整个水文监测系统无法稳定的工作，采集到的水文数据不能及时、准确地传输给监控中心进行分析决策[10]。
因此，在系统成功组建后，为了保证整个系统高效、稳定地运行，还需要对整个监测系统进行评估，主要包括对终端水文采样模块物理性能的评估、网络物理层参数的评估、数据链路层参数评估、网络层参数评估、监控中心分析软件的性能评估等，并依据评估的结果采取相关策略。
图3水文监控中心软件整体框
国内外对基于物联网系统的项目在评估方面进行了大量研究，并取得了很好的应用效果。评估方法主要包括基于通信链路特性的评估方法、基于测试参数的评估方法、结合多因素的综合评估方法等，这些评估测量手段都值得进行借鉴和参考。具体到本项目的系统评估，则包括对终端节点的射频参数测试评估、采样水文参数精度和可靠性评估以及整个网络的通信质量和网络生命周期的评估。只有整个网络都达到了设计的预期目标，系统所测试的水文参数才是真实和可靠的，才能用于实际的工程中。
水文监测质量的提高
1提高水文监测质量的重要性
随着我国科学技术水平的不断完善和创新，我国各项技术得到了快速发展，水文监测作为水文工作中的主要组成部分，为工程建设管理、水资源管理、优质服务生态环境，以及防汛工作等提供着强有力、可靠性的技术支持，发挥着非常重要的作用。因此，相关部门要不断对水文监测的现状及其存在的问题进行分析，并提出切实可行的对策提高水文监测的质量，从而为水文监测质量能够社会的发展和需求提供基础和前提。
2影响水文监测质量的主要因素
2.1水文人员的素质起决定性因素
物质决定意识，意识对物质具有反作用，正确的意识能够促进事物的发展，错误的意识阻碍事物的发展。对于水文监测工作而言，影响其质量的决定性因素就是水文人员的素质，主要包括思想政治、技术水平、职业道德等综合素质。其中，技术水平是做好水文监测工作的根本因素，水文要素具有不可重复性，所以一旦失败，就会无法挽回，所以说技术水平对于水文监测质量的影响是最大的。因此，组建一支业务水平高、技术过硬的人员队伍是提高水文监测质量的根本性条件。职业道德是水文人员从事水文工作具备的基本道德素养，是工作过程中应遵循的行为准则，由于水文工作的特殊性，所以要求水文人员必须具备良好的职业道德，在日常工
作中实事求是、精益求精，进而确保给社会提供真实可靠的资料。
2.2监测手段是影响水文监测质量的重要因素
随着世界经济全球化以及我国经济水平的不断发展，尤其是国际竞争的日趋激烈，科学信息技术的普及，我国各项工作也快速被信息化大潮所席卷，这种变化对于各行业的发展来说既是机遇又是挑战，水文监测工作也不例外。近年来，计算机技术、电子技术、遥感技术，自动化技术等的发展给水文工作的进一步发展奠定了坚实的基础和前提，同时也为水文监测质量的提高提供了有利条件。计算机等先进技术的应用大大地推动了水文工作的发展，信息技术手段的使用提高了水文监测质量和效率，减少了监测的时间，提高了监测的准确率，保证了水文监测资料的准确性和可靠性。可以说，监测手段是影响水文监测质量的重要因素。
3水文监测质量现状以及主要问题
近年来，我国在水文方面进行了升级和改造，更新了相关水文设备，并在水文工作中运用了新技术和新仪器，在极大水平上改善了水文监测手段。然而，与发达国家相比，我国水文工作还存在一定的差距和不足，水文监测质量还有待提高，为了使其满足社会发展的需求，相关部门要采取措施给予解决。
目前我国水文监测工作中存在的问题主要有以下几方面：首先，水文监测设施设备的测洪能力较低。就目前而言，虽然我国相关部门加大了水文监测的设施设备的建设力度，但是仍然存在一些问题没有解决，测洪能力就是其中较为严重的问题。经过改造之后的水文监测设备在测量超标洪水方面仍不足，只能采取传统的方法测量特大洪水，浪费了人力、物力、财力。其次，测速、测深，以及取沙的技术和方法需要升级。现阶段我国在测水深、测速、采沙样方面采用的方法比较传统，这样的测验技术只适用于小型的洪水，一旦遇到较大的洪水时，其测速、测深、取沙的过程比较困难，而且单次测验所需的时间长，人工操作强度大，一旦出现失误，将无法挽回损失。另外，采用人工形式进行操作，无法自动向计算机传输，
那么水文监测资料的准确性和可靠性也将无法保障。因此，需要升级测速、测深，取沙的技术与方法。
4提高水文监测质量的对策
4.1引进新技术以及新设备提高水文监测质量
对于我国目前的水文监测质量而言，其与西方发达国家还存在一定的差距和不足，需要相关部门和人员提出切实有效的对策进行改善和解决。其中，水文监测技术和设备是影响其质量的关键性因素，针对这个问题，需要引进先进的技术和更新设备来解决，采用国外的先进技术，取其精华，需要注意的是，在引进先进技术的过程中，切忌盲目地引进，要根据我国水文监测的实际情况进行引进，具体问题具体分析。另外，还要加强水文监测设施设备的更新工作，更新后的检测设备能够满足防汛、抗旱等的需求为主，从而提高水文监测质量和时间，推动水文事业的正常、健康发展。
4.2提高水文监测管理质量
规范化、合理化、科学化的管理方法对于水文监测质量的提高具有不可替代的作用和意义。在提高管理技术的基础上，建立完善健全的质量管理规范是提高水文监测管理质量必不可少的环节，将其重点水文监测的技术规范、技术设施的建设、测验过程等方面，并在水文检测质量管理工作中对其进行严格的质量控制，制定科学合理的奖惩制度，激励人员的积极性，培养水文监测质量意识，以此提高水文监测的管理质量，从而为水文监测质量的有效提升奠定基础。
GIS技术在水文监测系统中的应用
地理信息系统简称GIS，是一个当前发展较快的信息科学分支。它的主要研究对象时地球的空间数据，主要的研究方法是通过对敏感资料的采集、存储，然后结合数据库应用进行良好的显示、分析，从而利于人们的查询、分析。这门科学属于交叉科学，集合了信息科学、空间科学、地球科学、软件工程等等多门学科为一体。20世纪90年代以来，GIS得到了十分广泛的应用，主要的领域涉及到了资源环境、公路交通、军事、城市规划。同
样在水文领域，根据水利部印发的《全国水利信息化发展“十二五”规划》中“水文业务管理”部分和水利部水文局编制的《中小河流洪水预报及服务系统建设技术指导意见》的要求，从水文业务管理的实际需要出发，也需要开发河流的水文监测系统。
2 GIS在水文监测的应用
GIS在水文监测中应用主要包含：1.根据可视化的数字地图，使得GIS 和数据库管理技术达到水情信息查询、检索、显示和分析的最后目的。2.模型参数的确定主要指的是流域水文一些参数，如河道的长度、坡度，流域的坡度、重心、土壤分布及土地利用面积等。3.将流域划分为满足分辨率要求的许多不规则多边形单元或规则的栅格，来考虑下垫面条件和降雨等要素在空间的不均匀分布。4.DEM直接应用倒流域汇流计算，与此同时需要实现快速、准确灾情分析。
3水文模型
3.1传统水文模型
这种模型输入比较分散，而且输出是集中的。这种模型通过输入流域上各点的降雨过程，感知出口流量。由于属于历史发展不成熟的产物，只能简单刻画，跟真实模型结构匹配性非常差。
3.2现代HEC-HMS模型
该模型是美国陆军工程师团（USCE）水资源研究中心所研发的，它隶属于一种分布式的模型。这个模型里通过径流模拟系统，把流域产、汇流计算方法放到整体部分，就能够达适应不同的流域的确切情况。这个模型能够根据采样到的不同净雨、直接径流过程和基流计算各个子流域，应用相异的演算方法计算洪峰。考虑了不同流域的空间分布不均匀特性。其人机交互的接口非常友善，具有很好的可视化效果，最终的计算通过过程线、时间序列等等手段进行呈现。我们需要做的是构建HEC-HMS系统，并且输入相关的水文数据，这主要包含数字的地图、网络的相关参数、流域内部整体分布等等。这里面包括河道、子流域命名，以及地图的单位转化，图
标的标注还有坐标的配准。
4 GIS水文监测开发
4.1开发方式
这里考虑到GIS的有关应用包含三种的主要开发方式，下面进行简要对比分析：（l）完全的独立性质的开发。这种开发就是不去参考或者依靠其它GIS的工具或者软件，这里面数据采集、编辑乃至处理分析完全都是自己独立实现。可以说工作量巨大，虽然能减少商业软件购置的投入，但是由于开发周期长，人工成本高总体成本难以保证，再者缺乏经验也可能造成项目的拖沓或者失败，产品也无法像商业化商品那么性能良好。（2）采用二次开发，利用一些成熟的商品，这里所谓的一些先关商业软件有ARC/INFO、MAP/NFO或者MGE等等。该方法兼顾了易用性和效率，开发起来难度也较小。（3）组件形式的GIS。组件化的软件设计方法是当前很流行的，但是总的说来这要求产品本身功能及其强大，像水文系统这种小众产品，无法找到相应的合适的组态软件。所以开发缺乏灵活性，从虽然开发难度、成本降的很低，但是未必适用。综上，本文对水文监测系统应用二次开发形式。
4.2 GIS水文数据模型
地理信息系统（GIS）中的水文数据模型是GIS在水文水资源应用中的核心和基础。水文数据模型能够准确表达水文地理空间、对水文现象进行空间分析、提供支持和决策，为各种水文信息的管理提供了一种规范格式。Arc Hydro数据模型（Arc Hydro Data Model）把GIS和水文地理知识结合起来的水文地理数据模型，该模型基于通用面向对象地理数据模型（Geodatabase）并具有时间序列功能。为用来描述流域地形地貌特征的水文要素的空间、属性和时间数据提供有效的存储框架，并用水的运动路径反应水文要素之间的关系。
5详细开发概要
5.1基于DEM进行流域分析
从DEM提取流域特征，采用带根的树状图来描述流域结构。在这个结构中，主要包括两个部分，一部分是结点集，一部分是界线集。沟谷结合点和沟谷源点共同组成一个沟谷结点集。所有的沟谷段组成沟谷段集，形成一个沟谷网络；所有的分水线段组成分水线段集，形成一个分水线网络；沟谷段集和分水线段集共同组成界线集。这样图形化的建立了沟谷网络、分水线网络和子汇流区的相关关系。
5.2 ArcGIS Hydrology水文分析
ArcGIS水文分析模块建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。这里主要实现：1.Flow Direction：水流方向提取，ArcGIS中采用D8单流向法来进行水流方向分析。2.Sink：洼地计算。洼地区域是水流方向不合理的地方，可以通过水流方向来判断那些地方是洼地，然后再对洼地进行填充。3.Fill：洼地填充。4.Flow Accumulation：汇流分析。在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。5.Flow Length：水流长度。水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点（终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。
创作编号：
GB8878185555334563BT9125XW
创作者：凤呜大王*
陕西颐信网络科技有限责任公司 2014年9月22日 陕西颐信网络科技有限责任公司 地下水监测系统 整体解决方案
目录 一、概述.................................................................................................................................................... - 1 - 1.1项目背景...................................................................................................................................... - 1 - 1.2新产品研究.................................................................................................................................. - 2 - 二、系统简介............................................................................................................................................ - 2 - 三、系统功能............................................................................................................................................ - 3 - 四、系统方案............................................................................................................................................ - 4 - 4.1数据流程及组网.......................................................................................................................... - 4 - 4.2系统组成...................................................................................................................................... - 4 - 4.3数据采集...................................................................................................................................... - 5 - 4.4数据传输格式.............................................................................................................................. - 5 - 五、系统软件............................................................................................................................................ - 5 - 5.1软件平台...................................................................................................................................... - 5 - 5.2数据接收软件.............................................................................................................................. - 5 - 5.3数据查询分析软件...................................................................................................................... - 6 - 六、系统特点.......................................................................................................................................... - 10 - 七、产品性能.......................................................................................................................................... - 10 - 7.1一体化智能水位采集装置........................................................................................................ - 10 - 7.1.1产品特点....................................................................................................................... - 11 - 7.1.2技术指标......................................................................................................................... - 12 - 7.2无线手持参数设置仪................................................................................................................ - 12 - 八、工程实例.......................................................................................................................................... - 14 -
基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统 【摘要】气象水文信息与工农业生产、百姓生活、军事活动、科学试验息息相关，构建一个科学合理、运行高效的气象水文信息系统，提高气象水文信息传输的实时性、信息处理的准确性、决策参考的科学性，从而使气象水文信息保障优质、高效。本文构建一个基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统，主要介绍系统组成、主要功能和应用情况。 【关键词】北斗卫星导航系统；气象水文信息系统；信息采集 气象水文信息与工农业生产、百姓生活、军事活动、科学试验息息相关，构建一个科学合理、运行高效的气象水文信息系统，提高气象水文信息传输的实时性、信息处理的准确性、决策参考的科学性，为优质、高效的气象水文信息保障提供有力的支持。北斗卫星导航定位系统是我国自主研发的卫星导航定位系统，集定位、短报文通信和授时三大功能于一体，基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统能较好地担当气象水文信息保障职责。 一、系统组成 气象水文信息系统主要由气象水文信息自动采集系统、信息传输系统、信息综合应用系统组成。 1.气象水文信息自动采集系统 气象水文信息自动采集系统由气象水文监测室及其所辖自动气象水文监测站、卫星遥测站、移动式气象水文数据采集终端、固定式气象水文数据采集终端和测量船等自动气象要素终端采集设备组成。 2.信息传输系统 数据传输系统由北斗卫星及定位总站组成。北斗卫星接收到采集终端发来的数据后，将其发送给定位总站。总站进行分拣后将数据通过北斗卫星发送到相应气象水文监测室的指挥型用户机；同时将所有数据通过地面链路发送到指控中心。定位总站通过逆向流程将指控中心发出的远程终端配置指令通过卫星发送到相应普通型用户机，由普通型用户机发送数据采集终端，进行系统识别码、采集频率等参数的修改。 3.信息综合应用系统 信息综合应用系统由信息分析处理机、信息显示设备、信息存储设备、信息应用工作站、网络互联设备、网络安全设备、信息交换处理机等组成。 二、系统功能
智慧城市水位监测及智能预警系统设计研究 摘要：针对目前城市排水系统存在的问题，基于现有防涝防淹设备及装置，提 出了智慧城市水位监测及智能预警系统，该系统利用电容感应实现水位的实时监测，对水位的实时监测信息将无线传输到信息中心，实现整合，同时保证了水位 监测系统数据的可靠性.本系统可适用于其他大范围的的测量 ,有效减少积水问题 带来的人员伤亡和财产损失，并提高异常状况预警的及时性，具有进一步开发的 前景。 关键词：智慧城市；水位监测；预警 前言 近年来，中国城市化速度不断加快，但是城市排水系统存在着设计结构日趋 复杂、排水能力差、管道老化、管道接口渗漏及堵塞严重等问题，[1]这些问题在 短时间内无法改善及解决，因此，城市遭遇严重暴雨内涝灾害的频率也显著增加，北京、广州、深圳、重庆、杭州等城市轮番上演“暴雨淹城”“城市看海”现象，城 市内涝问题一直没有得到很好解决。[2] 目前市场中的积水监测设备主要依靠人工操控系统监测，由压力式水位传感器、视频摄像头、预警指示牌、供电系统等组成。普遍存在着建设成本高、设备 体积大，探头易损坏、影响市容且不易进行防护处理等缺陷。[3]为有效减少积水 问题带来的人员伤亡和财产损失，并提高异常状况预警的及时性，我们研发了一 种智慧城市水位监测及智能预警系统。 1.设计思路 智慧城市水位监测及智能预警系统的设计的其目的是要摒弃传统水位监测站 监测成本高、施工周期长的弊端，设计开发一种精准智能、成本低、系统安装简 单的无线监测设备。 此系统包含了水位监测和智能预警两大系统功能。依据电容感应原理，当被 测介质变化时，引起其电容量的变化，经过公式转换，可以得到当前的水位，以 此来实现水位的监测；通过增加极板的面积来增加对介质的感测距离和灵敏度， 保证监测数据的准确性。当程序开始运行时可以通过将当前感测值设置为0的方 法来初始化以减少干扰，通过串口RXD、TXD与wifi模块ESP8266的TX、RX连接实现数据的无限传输和智能预警。[4] 2.水位监测系统设计与实现 此水位监测系统采用串口Wi-Fi模块ESP8266，电容式传感器FDC2214RGHR 和单片机STM32F103RBTX设计实现。 FDC2214是一种低功耗，低成本，高分辨率非接触式感应的电容式传感器， 适用于接近传感器，手势识别，液位传感器等应用，采用抗EMI技术架构，可以 在高噪音环境保持性能,其供电电压为2.7V到3.6V，谐振频率从10kHz to 10MHz, 数据位数为28位，即精度为1/2^28,FDC2214有4个采集通道，其与MCU的通信方式为IIC。 STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv7- M体系结构的32位标准RISC （精简指令集）处理器，提供很高的代码效率，在通常8位和16位系统的存储 空间上发挥了Cortex-M3内核的高性能。该系列微处理器工作频率为72MHz,在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHZ（DhrystONe2.1），内置高达128K
水位自动监测、水位自动监控系统 一、适用范围 水位自动监测（水位自动监控系统）适用于地下水水位监测、河道水位监测、水库水位监测、水池水位监测等。 二、系统目标 水位自动监测（水位自动监控系统）监测水位动态信息，为决策提供依据。 三、系统特点 ◆通过国家水利部水文监测数据传输规约（SL651-2014）、水文遥测终端机（SL 180-2015）、“特殊区域水文、水资源数据安全采集系统RTU追加测试”等权威检测。 ◆获得“全国工业产品生产许可证”。 ◆获得“水文实时监测管理系统”软件著作权证书。 ◆兼容超声波、雷达、激光、投入式、浮子式等各种水位计。 四、系统组成 水位自动监测（水位自动监控系统）主要由监控中心、通信网络、水位监测终端设备、测量设备等四部分组成。 ◆监控中心： 主要硬件：服务器、客户端、移动数据专线或GPRS数据传输模块DATA-6107。 主要软件：操作系统软件、数据库软件、水位监测系统软件、防火墙软件。 ◆通信网络：INTERNET公网+ 中国移动公司GPRS网络。 ◆终端设备：微功耗测控终端，市电供电、太阳能供电、电池供电可选。 ◆测量设备：水位计或水位变送器。
水位自动监测（水位自动监控系统）拓扑图 五、系统功能 ◆ 水位自动监测（水位自动监控系统）可独立运行，也可并入应用行业的信息化系统。 ◆ 采集各水位监测点的水位数据，采集时间间隔可设置。 ◆ 上报各水位监测点的水位数据，上报时间间隔可设置。 ◆ 支持串口水位计、0-5V 或4-20mA 信号输出的水位变送器。 ◆ 支持220VAC 供电、太阳能供电、锂电池供电。 ◆ 现场监测终端具备数据存储功能。 ◆ 可远程设置终端工作参数，支持远程升级。 ◆ 水位监测（水位监测系统）监控中心可对水位数据进行存储、分析、生成必要的报表和曲线。 GPRS 浏览客户 市、县分中心 服务器 监控工作站 领导/其他处室 防火墙 局域网 INTERNET 公网 打印机 市电供电 监测终端 DATA-9201 太阳能供电 监测终端 DATA-9201 电池供电 监测终端 DATA-6216 超声波水位计 雷达水位计 投入式水位计
水位远程监测系统 方案
水位远程监测系统方案上海智达电子有限公司
目录 一、客户需求....................................................................................2二、方案概述....................................................................................2三、系统组成....................................................................................2 3.1控制中心主站 (3) 3.2通讯网络....................................................................................3 3.3现场主要监测设备 (3) 四、地下水位监测系统主要特点 (4) 五、系统软件功能及特点 (5) 5.1功
能..........................................................................................5 5.2特点..........................................................................................6六、主要硬件设备概述 (9) 6.1G P R S无线通讯设备 (10) 6.2水资源控制器 (11) 6.3水位计 (14) 6.4室外专用监测箱 (16) 6.5开关电源 (17)
水文、气象实时监测系统设计方案 （浮标安装） 目录
一、前言 二、港口海域建立海洋气象环境实时监测系统的意义 三、港区海洋气象环境实时监测系统的结构组成及工作原理 a)结构组成 b)主要技术指标 c)系统集成 i系统集成图 ii系统集成工作原理 1．系统组成组建 2．组件连接和系统工作流程 3.电源 四、附件 阔龙相关工作原理介绍 GPRS数据通讯模块介绍 浮标体相关介绍
一、前言 水质环境实时监测（传输）系统是一个用于监测港域海洋环境因素（如水温、潮流、流向、水位等）、气象环境因素（温湿度、风速风向、气压、雨量、能见度等），并为船舶进出港、离靠泊提供安全保障的监测服务信息网络。其核心是及时将海洋气象环境要素观测值予以传输和显示。 港区海洋气象环境实时监测（传输）系统最早建成于美国的一些港口和海湾，如美国的纽约港、新西泽港、西雅图港等，近年台湾和日本的一些港口亦已建有该系统。然而我国大陆港区至今尚未建立与开展此项工作。 本海流气象实时监测系统旨在提供有效可靠的海流的流速、流向、气象的温湿度、风速风向、能见度等实时数据，为港口海域的船只航行安全等提供实时水文和气象监测数据。系统采用世界上最先进的声学多普勒法测量海流和流速剖面，最为稳定的温湿度、风速风向、能见度等气象传感器，使用GPRS无线数据传输完成实时系统监控和数据传输。可实现远程现场数据查看、数据分析。
二、港域建立海洋气象环境实时监测系统的意义 随着航运市场的进一步开放，各种运输方式，各港口之间的竞争日趋激烈，因此立足本港，不断提高港口的管理水平，己成为顺应复杂竞争态势的关建之举，其中现代化的信息技术则是实现此目的的强力支撑和后盾，亦是衡量现代化港口的一个重要标志。 本系统投入业务运行后，其实时信息可有效地保障船舶的进出港和离靠泊的安全，降低船舶的在港时间，规避船只对码头设施的碰撞和破坏，切实获取港口的最佳经济效益，同时大大地提升基地的著名度和竞争力，填补我国港口在海洋气象环境实时监测系统方面的空白。 此外，我们亦关注到海洋气象环境实时监测系统运行对港口海域的现实需要和意义。 泊前沿的特殊流况_迴流现象，是靠泊船只多次发生碰撞码头设施事故的主要原因。因此，在码头前沿设置可以测量剖面流速、流向的自动测流系统，及时向靠泊船只提供泊位前沿水域的实际流况特征，乃是减少或避免船舶碰撞码事故发生的现实和有效的举措。 据此可知，“海洋气象环境实时监测系统”运行对基地营运管理的现实需要和意义。
河道智能监测系统 系统概述 河道智能监测系统适用于远程监测自然河流、人工运河、景观河道等的实时水文状况。河道智能监测系统在及时掌握河流水源变化情况并及时预警洪涝事故、避免人员和经济损失等方面有着重要意义。 系统特点 ◆通过国家水利部水文监测数据传输规约（SL651-2014）、水文遥测终端机（SL180-2015）、“特殊区域水文、水资源数据安全采集系统RTU追加测试”等权威检测。 ◆获得“全国工业产品生产许可证”。 ◆获得“水文实时监测管理系统”软件著作权证书。 ◆兼容各种类型的流速、流量仪表和水位、水温、水质、降雨、蒸发等传感器。 解决方案 1、系统组成 河道智能监测系统DATA-9201由监测中心、通信网络、前端监测设备、测量设备等四部分组成。 ◆监测中心：由服务器、公网专线（或移动专线）、水文监测系统软件组成。 ◆通信网络：GPRS/短消息/北斗卫星、Internet公网/移动专线。 ◆前端监测设备：水文遥测终端。
◆测量设备：雨量传感器、水位计、工业照相机或其它仪表变送器。 2、中心配置 监测中心设备主要由服务器和公网专线组成，服务器上安装操作系统软件、数据库软件和水文监测系统软件。 水文监测系统软件采用C/S结构设计。具有操作权限的管理人员，安装访问客户端后才可远程登入该系统，保证了系统的安全性。 3、通信网络 监测中心具备宽带网络（类型：光纤、网线、ADSL等），并绑定固定IP。 前端监测设备可采用GPRS、短消息或北斗卫星等多种通讯方式向监测中心
传输数据。 4、前端监测设备 ◆采用超低功耗设计，核心产品选用GPRS低功耗测控终端，可大大减少太阳能供电成本，同时降低施工难度。 ◆支持GPRS、短消息、北斗卫星等多种无线通讯方式。 ◆支持与多中心进行数据通信。 ◆GPRS实时在线传输数据时，可设定各项监测数据的上、下限报警值，数据越限时主动上报。 ◆维护方便，终端支持就地/远程设定工作参数，支持就地/远程升级设备程序。 ◆铁制/不锈钢防护外箱可选。 ◆可定时为变送器供电。 ◆可输出开关量控制信号，实现设备的远程控制。 ◆可接入工业照相机，定时、异常情况对现场进行拍照，将照片发送给监控中心。 系统功能 管理功能：具有数据分级管理功能，监测点管理等功能。 采集功能：采集监测点水位、降雨量等水文数据。 通信功能：各级监测中心可分别与被授权管理的监测点进行通讯。 告警功能：水位、降雨量等数据超过告警上限时，监测点主动向上级告警。 查询功能：监测系统软件可以查询各种历史记录。 存储功能：前端监测设备具备大容量数据存数功能；监测中心数据库可以记
国家气象水文部门的作用及运行 供决策者参考的 世界气象组织的声明 世界气象组织 天气 ? 气候 ? 水
国家气象水文部门的作用及运行 供决策者参考的世界气象组织的声明 1. 世界气象组织（WMO）编写这份声明的目的是敦促决策者加强对国家气象水文部门的支持， 以便于其履行职责和提供服务，从而为满足社会需求和国家发展目标做出贡献。 关键的社会经济动力 2. 民众的安全与保障、水和粮食安全、经济增长和可持续发展、社会日益繁荣、加强抵御灾 害和气候变化的能力，以及改善公众健康都是每个政府关注的最重要问题。为了应对这些问题，各 国政府必须制订和落实考虑了气候变率和变化所带来挑战的各项行之有效的政策，并提倡社会和环 境管理的基本原则。然而，关于社会民生和经济增长，众所周知，我们正面临着自然环境变化的挑战，气候变化使之恶化，反过来又威胁着人类社会的可持续发展，灾害性天气和气候极端事件频发 引发了各种灾害，危害粮食安全，造成清洁的淡水量减少，人口被迫迁移，疾病增加和肆虐等等。 由于日益加快的城市化使这一形势更加复杂化，人类居住扩大到以前荒芜人烟的高风险地区，如： 干旱地区、山坡、泛洪平原和易遭受内涝的沿海地区，使人口暴露在粮食无保障、空气和水传播疾病、炎热天气、干旱、山体滑坡、洪水、风暴潮和海啸的环境之中。 3. 在过去的十年中，人们为自然灾害引发的灾害付出了沉重的代价。在全球范围内，灾害造 成了严重的后果，超过70万人丧生，超过180万人受伤，还有超过2400万人无家可归。总体而言，将近17亿人口从多种方面受到了灾害的影响。总经济损失超过1.4万亿美元。此外，2008年到 2012年期间，1.44亿人因灾害而流离失所。只有清楚地了解这些与灾害性天气和极端气候事件相关 的风险、建设多灾种早期预警、将天气和气候信息与决策结合、以及充分地减少灾害风险和采取防 灾措施，我们才能发展抗灾型社会并促进经济的持续增长。 为NMHS布的早期预警投资一美元，就 可以挽救至少七美元的损失。 4. 并非所有会员的NMHS具备开展监测、预测和发布灾害性天气和极端气候事件预警所需的科 技和人力资源能力。NMHS是否能够提供高质量的天气、气候、水文和相关环境服务取决于：(a) 是 否具备收集、加工、存储以及交换资料和产品的现代基础设施和训练有素的人员；(b) 是否有能力 维持高标准的观测和资料；(c) 是否参与科研工作，并是否获取科研成果，从而改进监测、预测和 认识所有时空尺度的天气、气候、水和相关环境条件；(d) 是否有能力准备和提供高质量天气、气 候和与水相关灾害的早期预警和基于影响的预报；(e) 以及是否能够理解包括紧急响应当局在内的 各类用户界的需求，并且将此类需求融入到预报和预警计划中。 国家气象水文部门的作用 5. 为天气、水文和气候服务投资将极大地推进拯救生命和财产、最大限度地减少经济损失和 维持自然环境等各项工作。世界气象组织公约重申“国家气象、水文气象和水文部门在观测和认识 天气与气候以及提供气象、水文和相关服务以支持相关的国家需求方面的使命至关重要，该使命应 包括以下领域：(a) 保护生命与财产；(b) 保护环境；(c) 为可持续发展做出贡献；(d)促进长期观 测和气象、水文和气候资料的收集，包括相关环境资料；(e) 促进内生能力建设；(f) 履行国际义务；(g) 为国际合作做出贡献。” 6. 自从人类社会和环境管理进入新纪元以来始终如此，有关天气、水文和气候过程的知识关 系到人类活动的方方面面，已对文化、传统和社会的发展路径产生了影响。正是在这个框架下，各 国的NMHS有能力针对多种与天气、气候、水相关的事件开展监测、预报和发布预警，这类事件可影 响人民生命和社会经济发展。例如，在自然灾害方面，NMHS赋有义不容辞的使命，来监测和预警单 个事件，以帮助人们提前察觉灾害影响，保护生命，加强社会的抗御力，维持生产率和经济增长， 并减少财产损失。
雷达水库水位监测GPRS远传系统 一、概述 我公司研发的“水位远程监控系统”，已广泛的应用于大坝、河流河道、水库、水力发电厂、环境水文、地下水水位、水池水位监测等。该系统能够实时在线监测水库、河流的液位高度、雨量等参数。系统采用集散式控制结构，通过高精度传感器及高敏感器件遥测水库水位及雨量信息。经过计算机分析处理，通过GPRS模块把水位数据及工况传回监控中心实时监控。供工程技术人员实时掌握水位动态，为决策提供依据。 二、设计原则 1) 适用性：由于客户现场要求特殊，要求考虑距离监控中心较远（70~80公里），尽量选取一种技术成熟、可靠性高的传输方案。 2) 实用性：功能强大、用户界面友好、报表、趋势图等功能齐全，日常维护简单方便。在保证满足应用的同时，又要体现出GPRS网络系统的先进性，充分考虑网络应用的现状和未来发展趋势。
3) 灵活性和扩展性：根据未来应用的需求和变化，应具备充分的接入能力和可扩展性，我们采用一种标准化接口，如以后系统改造增加I/O接口组态方便容易，设点成本很低，包括以后带宽的扩展以及监控点移位的可扩展性，最大程度地减少对网络架构和现有设备的调整。 4) 兼容性和经济性：对于设备就绪以后，一定要考虑以后的扩展需要，并且能够最大限度地保证以后对现有资源的可用性和连续性，最大限度地降低网络系统的总体投资。 三、系统组成 系统只要有监控中心、通信网络、终端设备、测量设备、供电系统等组成。 1.监控中心： 主要硬件：服务器、客户端和GPRS数据传输模块。 主要软件：操作系统软件、数据库软件、水位监测系统软件、防火墙软件。2.通信网络：中国移动公司GPRS网络。
南通海洋环境监测中心站海洋水文气象台站自动观测系统配件 序号名称数量备注 1 气象数据采集器主板4件 2 温湿传感器封装帽（敏感件外帽）4件 3 潮位仪主板4件 4 压力式潮位仪主板4件 5 不锈钢AWAC水下支架2件 6 小型铠装电缆100米 7 信号电缆100米 注：投标方竞价所提供的海洋水文气象自动观测系统的所有配件应该和南通海洋环境监测中心站目前正在应用的SXZ2-2型海洋水文气象自动观测系统相兼容和匹配。 技术参数 一、气象数据采集器主板 1. 技术要求： 1.1功能及设计要求： ①可实现气象各观测参数数据的自动观测，并可通过有线或无线方式进行远程数据传输；数据采集、记录及传输格式符合GB/T14914—2006《海滨观测规范》的规定；仪器设备自动化技术设计符合HY/T 059-2002《海洋站自动化观测通用技术要求》的规定；环境性能符合海洋行业标准《海洋仪器基本环境试验方法》（HY016—92）； ②采集器的数据采集、计算、处理、数据传输等符合海洋站业务
流程。主要实现气温、湿度、气压、风、降水、能见度等参数的自动观测，对数据的采集、处理、接收、存储、显示、编报、月报生成、转发等符合《海滨观测规范》（GB/T14914-2006）。既可作为单机使用，又可与浮子式自动验潮仪配套使用。 1.2供电方式： 采集器可选择交流220V、12V直流蓄电池、太阳能电池三种供电方式，为实现三种供电方式的兼容及各模块之间的电气隔离，对各模块只提供12V直流电源，各自所需电源由各自板上电路实现； 1.3观测数据接收： 具有极强的可扩展性，中央处理模块通过RS-232接口可接收气象（温湿、气压、风速风向、雨量等）、能见度等数据；预留有多种传感器备用接口，与遥测波浪仪、ADCP、水质传感器挂接后可组成海洋水文气象自动综合观测系统。可以增加测量以下参数：潮位、温盐、流速流向、波高、波周期、水质等，或按照用户的要求增加其它的测量参数。 1.4与系统各部分的兼容性： ①传感器通讯：通过RS-232接口及RS-485接口与各数据采集模块及各传感器通讯； ②显示：与SDW8060-80液晶显示器项匹配。 ③与海洋水文气象观测系统工控机通讯：无线通讯方式下，通过RS-232接口连接GPRS DTU模块与接收工控机进行通讯。 1.5通信方式灵活：
技术规格书 编制： 地测科： 地测副总： 总工程师： XX 矿 二零一零年七月十二日 一、总则 1、本规格书适用于矿综合水文动态监测系统。它提出了该系统及 其附属设备的功能设计、结构、性能、安装和实验等方面的技术参数。 2、本规格书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节
作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，供方应保证提供符 合国家标准、规范和本规格书的优质产品及其相应的优质服务。对国家有关安全、环境保护等强制性标准，必须满足其要求。 3、如果供方对本规格书的条文没有书面提出异议，那么需方可以 认为供方提出的产品完全符合本规格书的要求。如有异议，不管是多么微小都应在投标书中以“对规格书中的意见和同规格书的偏差”为标题的专门章节中加以详细描述。 4、在签订合同之后，甲方有权提出因规范标准和规程发生变化而 产生的一些补充要求，具体项目由甲方、供应方共同商定。 5、本规格书所使用的标准如遇与供方所执行的标准发生矛盾时， 按较高标准执行。 6、设备采用的专利涉及到的全部费用均认为包含在设备报价中， 供方应保证甲方不承担有关设备专利的一切费用。 7、本规格书未尽事宜，由供需双方在合同技术谈判时协商确定。 二、项目概况 矿井水害一直是制约我国煤炭生产的因素之一，严重威胁着煤 矿的安全生产。在煤矿生产过程中，对采掘工作面的涌水量、水沟流 量、含水层水位动态情况等进行监测，了解水文动态情况，及时发现 危险征兆并采取预防措施，是一项非常重要的防治水工作。 目前，煤矿众多观测点的水文动态情况一般由人工定期逐点观测，一是需要观测人员多，且工作量大；二是观测密度满足不了水害预测 预报对观测的实时性要求，特别是水害事故发生前，不能及时发现异
地下水位监测系统、地下水位自动监测系统 概述： 地下水位监测系统是掌握地下水变化规律、了解地下水开采状况、指导地下 水资源保护的重要手段。地下水位监测系统可对地下水的水位、水温、水质等参 数进行长期监测并自动存储监测数据，可对地下水的变化规律进行动态分析。 地下水位监测系统依托既有的 GPRS/CDMA 无线网络进行建设，具有投资 成本低、 建设速度快、 无通信距离限制等优点。 系统支持水利部地下水通信规约， 已在各地的国家地下水监测工程中广泛应用。
系统拓扑图
DATA-6218
DATA-9201
系统优势
● 《水文监测数据通信规约（SL651-2014）》 ● 《国家地下水监测工程(水利部分)监测数据通信报文规定》 ● 《特殊区域水文、水资源数据安全采集系统 RTU 追加测试》 ● 《四川省水文测报系统技术规约（SCSW008-2011）》 ● 《水文自动测报系统设备 遥测终端机（SL 180-2015）》 ● 全国工业产品生产许可证 ● 《地下水监测与管理系统》软件著作权证书 ● 《水文实时监测管理系统》软件著作权证书 ● 《水文实时监测管理系统》软件产品登记证书 ● 现场无电源：采用锂电池供电——定时采集、集中上报监测数据。 ● 现场无电源：采用太阳能供电——实时上报监测数据。 ● 现场有市电：采用 220V 供电——实时上报监测数据。
软件主要功能
◆ 测点分布总览 ◆ 智能数据统计 ◆ 等水位线生成
◆ 实时数据监测 ◆ 趋势曲线分析 ◆ 测点信息维护
DATA86 地下水位监测系统软件
应用案例 案例 1——河北省地下水超采综合治理地下水监测项目 河北省水资源严重短缺， 面临着地下水严重超采、水环境不断恶化等诸多问 题。2015 年初，河北省率先开展了“地下水超采综合治理”试点项目，对超采 严重县、市的地下水展开全面监测。 河北省水利厅建设了专用的地下水监测中心和地下水监测软件平台， 多个厂 商的监测设备通过统一的通信协议上报至该平台。
系统建设原则 （1）实用、可靠，山洪灾害水雨情监测站的运行环境条件恶劣，监测人员的技术水平参差不齐，系统选用的监测方法、技术、设备应注重实用性和可靠性，并符合山洪灾害监测预警的实际需求。 （2）突出重点，合理布设监测站网。山洪灾害分布面广，应优先考虑在对人民生命财产危害严重的山洪灾害多发区建立监测系统。在现有的气象及水文站网基础上，充分考虑地理条件、受山洪灾害威胁程度，以及暴雨分布特点，合理布设水雨情监测站网。 （3）简易监测为主，简易监测与自动监测相结合。根据山洪灾害点多面广的特点，以简易监测为主，因地制宜地建设适量的自动监测站。 （4）因地制宜地选择信息传输通信组网方式，信息传输通信组网应根据山洪灾害防御信息传输实际需求，结合山洪灾害防治区的地理环境、气候条件、现有通信资源、供电情况、居民居住分布等实际情况，因地制宜地选择和确定通信方式，以保证信息传输的可能性、实时性和可靠性。充分利用现有的通信资源，节省系统建设、管理及运行的投资。 建设依据 《水情自动化测报系统规范》（SL61-94）； 《水文情报预报规范》(Sl250-2000)； 《水文站、网规划技术导则》（SL34-92）； 《水情自动测报系统设计规定》（DL/T5051-1996）； 《水情自动测报系统设备基本技术条件》（SL/T102-1995）； 《水情自动测报系统设备—遥测终端机》（SL/T180-1996）； 《水情自动测报系统设备—中继机》（SL/T181-1996）； 《水情自动测报系统设备—前置通信控制中心》（SL/T182-1996）；
设备安装调试 1）自动雨量站的安装调试 快速安装 安装一体化支架 打开一体化支架包装箱，取出一体化支架，放置在事先预埋的混凝土基桩上，拧紧四个平垫、弹垫、螺母固定于基座上即可，如图： B B B 安装终端机 打开终端机箱，取出终端机。用十字螺丝刀拧开固定终端机箱盖四周的4个螺钉，向上提起终端机箱盖，用螺栓、垫片从终端机内部向下穿过4个底板固定孔，用螺母进行第一次固定，然后将终端机底板上边4个螺栓长出的部分插入一体化支架的法兰盘上，用螺母将终端机与法兰盘拧紧固定，在将终端机箱盖盖回原处并用4个螺钉拧紧固定。 机箱底板固定与一体化支架实际效果图：
佛山市马口水文站智能感知系统 发表时间：2018-10-31T18:44:06.577Z 来源：《防护工程》2018年第19期作者：韩晶[导读] 物联网技术的应用给现代化的水文遥测管理带来了新的思路，对遥测站的故障排除更有针对性、时效性 广东省水文局佛山水文分局广东佛山摘要：物联网技术的应用给现代化的水文遥测管理带来了新的思路，对遥测站的故障排除更有针对性、时效性。本文以佛山市马口水文站作为试点开发了智能感知系统，该系统对提高水文遥测站点管理水平、提高水文监测工作效率有重要的实用价值，值得推广。关键词：物联网技术；水文监测；智能感知马口水文站位于西北江三角洲顶端、广东省佛山市三水区西南街道金本，是西江进入珠江三角洲河口区的首个控制站，作为国家重点水文站和珠三角重要控制站，马口水文站担负着向中央、水利部、省市及地方的报汛任务，为广州、佛山、中山、江门、珠海、澳门等地 区的防汛抗旱、城镇供水用水、水资源开发利用与管理保护，提供重要的基础信息与技术支撑，对下游的防洪防涝起着举足轻重的作用，是守护粤港澳大湾区经济、社会和民生安全的关键节点。由于珠三角地区雷暴频发，雷电灾害造成的损失占珠三角地区自然灾害损失的5.84%，已经成为影响珠三角地区的第四大灾害。水文遥测设备雷击之后造成仪器损坏，后续维修耗费人力物力影响数据接收。本文结合马口水文站的实际水文监测情况对智能感知系统的实际应用情况进行探讨。 1 系统架构 1.1物联网及其体系架构物联网技术将传感器技术、通信技术、分布式计算技术与现代化控制技术紧密结合，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网的体系框架包括感知层、网络层、应用层和公共技术。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括各种监测要素传感器、摄像头、GPS等感知终端，其主要功能是识别物体、采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，实现物联网的智能应用。 1.2智能控制终端系统架构系统采用二级架构，传输采取以太网组网方式，以建设1个监控中心工作站，100个前端监控单元FSU。系统由数据采集、数据传输、监控管理平台几个部分组成，通过TCP/IP网格构建成一个网络化、系统化、集中化的监控管理平台。 图1 马口水文站智能感知系统架构 2系统组成 在佛山市三水区马口水文站建设的智能感知系统主要包括以下两方面。 2.1智能电源保障系统Ibox 智能电源保障系统Ibox是由自动重合闸、动传保障器ipower、开关电源、电池组成。自动重合闸是针对雷击、过欠压、异常漏电等原因导致的跳闸情况可进行自动合闸。尤其在雷暴天气，感应电流电压超过阀值后将进行跳闸保护仪器，感应电流电压恢复正常后将自动合闸，在雷暴日较多的珠三角地区，对仪器起到保护作用。动传保障器ipower可输出多路电源（本系统采用5路），并配合后台智能电源保障系统平台软件实现远程可对任何一路电源进行管理，包括对每一路电源负载（采集终端或传感器）进行检测，发现异常情况可单独对某一路电源进行断开或该路电源负载进行重启功能。Ibox动传保障箱通过集中供电模块、ipower动传保障器、交换机（通信设备）集成在一个箱体内，避免了设备在安装时候需要大量布线的情况；并且箱体通过接线端与外部连接，方便了智能控制终端的安装、拆卸和更换。动传保障监护管理系统可以实时监控运行状态、预期故障发生、迅速排除故障、记录和处理相关数据、进行综合管理、从而节约值班人员调度等多重能力，进而提高关键设备运行的可靠性以及保证通信网络的安全畅通及实现少人和无人值守。 2.2水文数据采集传输系统马口水文站智能感知系统中水文数据采集传输系统大致分为六大模块，分别为实时监测模块、历史数据模块、报表数据模块、报警数据模块、后台管理模块和日志查询模块。系统可进行马口水文站多个变量的数据采集监测，包括蒸发、雨量、气压、风速、风向、温度、湿度、土壤墒情、水位等，并通过GIS 地图、虚拟三维模型展示监测的数据和设备的运行状态，当出现异常情况通过平台自动告警及短信通知值班人员，同时可实现远程控制拍照。并且系统自带wifi功能，能在不开箱的情况下查看实时监测数据并对设备进行参数设置，大大方便了巡检人员的巡检工作；移动侦测功能，内置针孔摄像头，当箱门异常开启会触发延迟拍照，给打开机箱门的人进行拍摄，起到一定的防盗作用亦可作为巡检记录。数据存储功能，采用标准DDR2SDRAM，结合智能电源保障系统，在传输网络或外部供电中断的情况下把需要的数据暂时保存到采集终端。 3.系统特点及功能 3.1 系统特点（1）实时可靠的告警分析与管理。实时采集各个监控点状态，并对监控点分析与判断，状态改变或超过设定阀值即触发告警，告警反应时间10s以内，及时有效预期故障发生。（2）系统根据实时监测的设备运行数据，实现资源的整合与优化，提高设备利用率，真正实现各个网点的智能化、自动化管理。（3）系统采用C/S模式，实现图形化的人机管理界面，提供多元化、多维度的报表分析功能，为维护管理及扩容扩展提供了客观、可靠、全面的辅助决策依据。 3.2系统功能系统主要包括实时监控、告警管理、数据管理、配置管理、安全管理以及增值服务六个模块。下面本文重点介绍一下几个核心模块的功能及应用。（1）监控功能
智慧河道方案 一、目的 实现整体河道在线式视频监控,为河道治污追源提供及时便捷的追查手段,同时对排污等违法行为提供监控预警和取证。二是管理人员、巡查人员能够通过移动终端查看实时视频,实现随时随地监控河道状况,可智能分析人员轨迹,辅助河道巡查考核,辅助违法抓拍。三是可通过视频监控手段,加以智能化分析,在末端截污、点位治理、源头治理、河道系统治理上形成高效、可视化、平台化、信息化的治理方法,为滇池保护治理提供有针对性的决策依据。四是为智慧河道、智慧城市提供感知层数据基础,在增加各类传感设施后,可提供包括河道、排污口、雨水管道等水位、流量、pH值、温度、浑浊度、COD、BOD、氨氮等重要传感数据在线式采集、上传、分析,为每条入滇河道形成定期的河道数据分析报告。 智慧河道一般由以下几个方面组成： 1、水位流量：可以根据现场环境选择多普勒超声波流量计（接触式）或者雷达流量计（包含雷达流 速仪和雷达水位计）（非接触式）。 2、水质在线监测：包括PH，温度，浊度，COD，氨氮，BOD等。 2、图像视频：用于拍摄下泄口或者是流量计安装处的视频图像，通过4G网络将数据传输至服务器远端可以查看。 3、供电系统：用于给整套系统进行供电、根据现场环境可以选择太阳能供电或者市电供电。 4、通信设备：可以通过遥测终端机将采集到的传感器数据通过GPRS发送至云端。 5、数据查看：数据可以通过遥测终端机发送至数据服务器、用户可以通过云平台或者手机浏览器远程查看数据，数据也可以发送至相应监管部门的服务器。 二、数据传输方式： 1、光纤有线传输：采用光纤或者有线宽带网络。适合安装点有网络且下泄流量站点离的比较近的地方可以考虑采用这种方式。 2、GPRS/4G无线通信：采用GPRS或者4G信号将数据和视频图像传输至服务器。适合安装点比较远、无法布线的场合。 3、北斗通信：采用北斗短报文进行通信，遥测终端机采集到的数据通过北斗短报文的形式发送至一