北斗卫星在渭河水资源监测中的应用

◎汪雅梅 马雪妍

1 北斗卫星在水利系统的应用

北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的卫星定位与通信系统（CNSS）,和美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO组成了全球卫星定位体系，是联合国卫星导航委员会认定的供应商。北斗卫星导航系统向用户提供高质量的定位、通信和授时服务，并具有短报文通信功能，目前，已经在个人位置服务、气象、交通、海运等领域得到应用。由于水利工作主要在野外山区，位置偏僻，信号差，因此选用北斗星卫星通信系统作为水利信息传输通道应用前景广阔。在2003年，陕西省陕南防汛雨量监测速报系统中首次采用“北斗”定位卫星一发多收传输雨情信息，实现了雨情的快速采集。在水利领域信息化建设过程中，无论是水库坝体、河道、边坡的精确形变监测，还是水位、水量、人员和车辆的监测和调度指挥，各信息系统的精密授时，以及无人区的数据通信，都可以用到北斗技术。

2 渭河水资源监测的现状

当前，渭河流域仍然面临着供需矛盾突出、用水计划管理不到位、量水设施不完善、水文监测站网不健全、基础研究薄弱、调度手段落后等许多亟待解决的问题。现行的水文测验设施和测验规范不适应枯水期水文测验，低水位测验精度、频次、时效性等不能满足水量调度要求，特别是针对主要取水口、外流域调水工程、各行政区域断面的监测站点几乎没有，并且有些站点设备老化，测验故障率高，同时，由于通信网络、管理体制、部门利益等各方面原因，水量调度涉及的各相关单位自成一体，资源不能共享，信息孤岛大量存在，不能满足业务单位对数据采集的需要。为解决上述问题，推进渭河水资源管理工作深入开展，促进流域水资源可持续利用和经济社会可持续发展，支持和谐社会建设，利用北斗卫星快捷、可靠、安全的传输手段，对现有的水文水资源监测站点进行改造和完善是很有必要的。

3 建设基于北斗的渭河水资源监测系统

充分利用北斗导航卫星高精度定位、短报文通信、高精度授时等服务优势，整合渭河流域现有信息化资源，围绕水资源监测和日常管理，建设以水资源日常业务为重点，兼顾渭河日常管理过程中涉及到的各项业务应用，支撑渭河流域工作业务和决策支持环境，动态及时掌握渭河水资源及其开发利用情况，实现渭河流域水资源监测的数据收集、传输和处理，建设无障碍的、纵深覆盖渭河流域的水资源监测系统，包括北斗应用支撑平台、水资源北斗通信物联网、水资源综合业务应用系统，对渭河流域的生态环境及水资源的保护具有重要意义。

3.1 北斗应用支撑平台建设

主要包括北斗通信运营管理平台、北斗云计算服务平台、水资源大数据管理平台三大部分。

北斗通信运营管理平台，负责终端接入，数据接收、分析及清洗，以及上层应用指令发布到终端响应的一整套解决方案，以平行计算、多线程运行、消息队列结构等特点，满足数量庞大的终端设备接入及未来业务量扩展的需求。北斗云计算服务平台实现基础设施支持和虚拟化支持，为使用着提供基础设施的应用服务，包括虚拟机的申请、启动、链接、停止、暂停、配置变更、扩充和减少等，可以随时的进行调整和变更，合理地分配虚拟机资源，有效地进行使用。水资源大数据管理平台，整合渭河流域水资源现有数据以及外部接入数据，统一存储、清洗、加工、处理、分析，规范数据使用，增强水资源数据服务性能，提高数据的使用效率，为渭河水资源管理及决策提供有力的数据支撑保障。

3.2 水资源北斗通信物联网建设

结合现状和未来水资源管理的发展趋势情况，渭河水资源监测需要建设64处监测站点，移动采集设备145台。其中包括1座大型水库大坝变形监测点、14座大中型水库坝前水位监测点，8个水文站水位监测点，3个水文站流量监测点，6个水位站水位监测点，25个雨量监测点，7个取水口流量监测点；配置北斗手持终端130台，车载终端15台。

按照陕西省渭河水资源管理实际需求，依据新建和改造监测点相结合的原则，在渭河流域的主要监测点，配置先进、实用、符合渭河流域水文特征的雨量、水位、流量等传感与、自动采集终端、北斗短报文信息传输、太阳能供电方式，建设渭河流域水资源监测站、数据汇聚中心和分析处理中心，构建基于北斗卫星通信的水资源物联网方案。

3.3 水资源综合业务应用系统开发

水资源综合业务应用系统以北斗应用支撑平台提供的基础服务设施资源为基础，汇聚整合与共享利用新建和已建的各类水资源监测数据，以GIS、WEB、门户等服务模式向管理者呈现各类水资源信息，为渭河流域水资源管理及治理提供可靠的信息化支撑。主要包括渭河水资源监测管理（水资源评价、水资源预报、水量调度、突发事件应急管理）、工程安全监测管理（水库大坝形变监测、工程维修养护、堤防安全隐患巡查）、渭河综合信息服务（与GIS相结合的实时信息动态显示与预警、综合信息统计分析、移动终端信息查询服务、综合信息门户）等业务应用系统。

（1）渭河水资源监测管理：通过北斗应用支撑平台，在渭河流域管理局汇聚整合、共享利用新建和已建的各类水资源管理信息资源，基于SOA架构和WebGIS平台，通过统计分析水资源数据，评价渭河流域降水量、水资源量及水质、水资源可利用量、水资源开发利用效果；通过整合分析水资源数据，预报渭河流域水量、水质、需水情况；通过供用水历史数据和现状，分析未来发展的供水能力和用水需求，实现水量科学调度；通过对应急资源和应急管理流程的信息化管理，有效应对水污染突发事件、特大干旱应急水源调度、防洪应急管理。

（2）工程安全监测管理：利用北斗高精度定位技术，采用高精度BD2+GPS双模定位接收机，分析水库大坝的形变状况；通过建立渭河流域水务工程及其维护养护过程的电子档案，提高对渭河流域水务工程的管控效果；通过配置北斗车载和手持终端，对渭河干流堤防安全隐患巡查过程的定时定位、巡查轨迹查询、安全隐患实时上报，提高巡查过程中的管控手段，降低安全事件的发生。

（3）渭河综合信息服务：采用GIS、WEB、门户、移动终端等服务模式，基于水资源业务应用系统平台，开发实时信息动态监测预警（运行状况监视、基本信息查询显示、水文信息显示预警等）、综合信息统计分析（监测站点信息统计、时间序列统计分析、空间分布统计分析）、移动终端信息查询（工情、水情、水质、灾情等）、综合信息门户发布（内外网门户、政务公开、新闻信息等）四套应用软件，提供全方位、多角度的水资源监测及管理服务。

4 结论

以满足我省水利发展和民生需求为宗旨，紧密结合渭河水资源监测管理的实际需求，充分利用北斗导航卫星高精度定位、短报文通信、高精度授时等服务优势，通过基于北斗的水资源监测系统建设，在整合利用渭河流域现有信息资源的基础上，以北斗应用支撑平台、水资源北斗通信物联网、水资源综合业务应用系统开发为重点，涵盖了数据采集、数据存储、数据处理、参数超标报警、应急处置、数据分析与统计等功能，确保渭河流域水资源信息采集、存储、处理、分析、应用的及时性和准确性，实时掌握渭河流域水资源开发利用、节约保护状况，为实施最严格的水资源管理制度和三条红线管理、节水型社会建设提供有力支撑，实现水资源优化调配与高效利用。对于保护渭河流域生态环境、水资源可持续利用、支撑经济社会可持续发展具有十分重要的意义。陕西水利