智能测控技术在水文监测中的应用

胡程港

[摘 要] 近些年，我国水文监测领域发展迅速，智能测控技术得到了广泛应用。传统水文监测都是通过人工、设备进行，不仅效率慢、误差大，而且难以保证实时性测控。智能测控技术体系含有智能传感器、网络通信系统、智能处理器，可以实现水文数据实时监测，并且减少人工劳力投入。本文首先概述智能测控技术的含义与应用必要性，然后总结智能测控技术在水文监测中的应用方法。

[关键词] 水文监测;智能测控技术;应用

[中图分类号] P332 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2020）03-118-2

随着我国水利水电工程项目不断增多，加之近些年极端气候频繁出现，流量调节变化较大，提高了水文测验难度，仅凭借传统人工测验方法已经无法满足要求，这就需要有更加智能的方案作为支撑。随着科学技术的不断发展，智能化技术在水文监测领域的应用愈加广泛，可以更加有效地检测水文活动，帮助工作人员更好地掌握流域内河道水体变化规律，通过获取相关数据信息来掌握该段水文特点。如今的智能测控技术已成为水文监测中不可或缺的一部分，如何充分发挥智能测控技术的效用是需要重点考虑的问题。

1 智能测控技术概述

智能测控技术是指利用计算机、网络、无线通信、GPS测量等技术作为辅助，全面对流域情况进行试验检测，对某个阶段、某个特定时间流域水文资源进行全面收集，精准掌握整个流域的水文状况。

智能测控具有手动测验、自动测验2种工作形式。其中，手动测控以人工的方式远程掌控，主要是介入或配合自动监控工作，解决自动测控难以实施的工作，或者对自动化作业结果进行人工分析，实现水文测验工作数据信息的收集、整合。自动测控方法可以精准收集各方数据信息，并对所收集的信息数据进行整合。自动测控方法是指利用智能系统、智能设备（软硬件），对某个流域水文情况进行监察，从而获取该流域的水文数据信息[1]。

智能测控系统主要包含泥沙测定系统、计算机监控系统、缆道流量测量系统、变频控制系统、有线或无线通信系统等，其可以有效测控流域内水流速度、泥沙含量等数据信息。

2 智能测控技术应用的必要性

应用水文测控技术可以收集某个流域一段时间的水文信息，将水文信息作为水文部门开展水资源规划、防洪抗旱等工作的依据，为后续开展各项工作奠定基础。只有保证水文监测质量、水平，才可以提高水资源利用率、保证用水安全、减少水资源浪费。以往水文监测主要是依靠人工劳动力，受到人为因素的影响，无法保证水文监控的精度，特别是在新建水利工程数量不断增多的情况下，传统的人工监测和分析工作已经无法满足要求，也难以保证资料完整性、数据精准性，从而影响其他工作的正常开展。

而智能测控技术融入了传感器、无线网络、智能处理器、大数据等，传感器可以直接获取水文数据信息，时刻传递精准的流域内河道水体变化规律，更好地呈现出水文数据变化规律，提高对水文条件现状的了解程度。利用高性能传感器可以保证水文监测精度，通过有线或无线通信系统传递给智能处理器，实现信息不间断传递，使人们全面掌握水文变化情况。由此可见，全面加强智能测控技术应用有着重要意义[2]。

3 智能测控技术在水文监测中的应用方法

智能测控技术在水文监测中的应用整体上涉及系统整体框架、软件系统、硬件系统。

3.1 系统整体框架

水文测控系统结合了现代通信系统、计算机系统、传感系统，可以对水文流域流量、泥沙量进行实时监测。整个系统的核心是数据采集、数据传递、数据分析处理、数据利用和数据存储，为后续开展相关活动奠定信息基础。应用智能测控技术实现传感器的精准定位，采集每个区域的信息，智能处理器可以处理复杂的数据集，结合大数据、专家系统分析水文情况，智能修复定位传感器的监测误差，可以在1 s内完成几十个甚至几百个数据集处理工作，短时间内计算、分析测量结果，效率非常高。此外，相比自动化系统，智能化系统最大的差异就是具有自主调节功能，也就是针对随机因素、不确定结果进行智能化测算，从而提供更加真实、更加贴近实际的数据信息。考虑到水文环境十分复杂，所以在特殊条件下为了保证数据精度，还要凭借手动模式或者专家系统辅助测算，从而实现智能测控技术的应用价值。

3.2 软件系统

在智能测控软件系统中，为了能充分发挥智能测控技术的效用，要对报表、硬件控制程序进行编制、设计，从而实现水文数据收集、整合、分析、存储等功能，保证硬件设备可以正常运行，并规范硬件设施的运行参数，这样才能确保水文监测工作顺利开展。

3.2.1 报表程序編制。结合水文监测行业规范标准要求及被监测流域现状，报表程序编制要确保可控性、数据精度、可操作性，适用于整个水文监测系统。将传感器采集的数据信息进行整合、应用、存储、应用，绘制流域的流速、水深横向分布图，同时还需将各项测验工作计算、成果报表等编制到程序体系中。

3.2.2 硬件控制程序编制。智能化硬件控制程序编制难度较大，可以借助VB程序软件辅助编制硬件控制程序，输入被监测流域的具体数据信息，调整人机交互界面，以可视化形态展示信息数据、图标等，提高用户操作便捷性和准确性。整个系统中包括硬件运行参数设定、系统功能设定，同时具备各项参数、功能点调整功能，通过动态监测水域情况、实时分析数据变化等，从而满足水文监测工作需求。同时，智能化测控程序应用应尽可能减少人工劳动力的投入，也就是实现全程自动化监控，保证操作步骤足够精简、迅速[3]。

3.2.3 软件架构设计。软件系统设计是基于Windows多任务、多线程操作系统构成的用户图形软件。整个系统采用了C/S（客户/服务器架构）和B/S（浏览器/服务器）的架构混合模式。现场实时监测数据采用基于Windows数据库系统的SQLserver 2018进行管理、维护，可以有效满足矿井对水文数据实时监测的相关功能，同时具备远程发布、网页访问等功能。此外，智能测控软件系统配合使用GIS技术，可以实现综合处理和空间数据分析，可以构建水文地质领域分析模型，提高水文监测工作效率。

3.3 硬件系统

智能测控系统硬件设计主要划分为岸上、水下两个硬件系统，既要保障两个系统的独立性，也要确保两个系统之间的联动性，这样才能更加全面地掌握流域水文特征。

3.3.1 岸上硬件设计。岸上设备以通信、信息处理等设备为主，包括电动力设备、计算机测控设备、通信模块、信息转换模块和接收解码模块等，各个部分为智能处理器提供信号，从而保证水文检测（流速、泥沙含量等）信息的精准性，为后续信息处理奠定基础。同时，智能化硬件具备自动解决故障功能，可以自动调节故障参数（包括死机自送保存和重启、通信中断自动重连、传输错误自动校正等），如果无法调节会向控制中心发送警报信息，保证数据安全。同时，针对系统不同功能模块设计，采用可拓展接口设备，可以通过接口连接实现硬件系统的自动化升级，设置防雷接地系统有效应对雷电、磁场干扰等问题，保证硬件设施运行的安全性、稳定性[4]。此外，岸上硬件系统还需要具备系统程序的自动优化、升级等功能，从而满足水文测验人员多样化测验需求，确保智能测控工作顺利开展。

3.3.2 水下硬件设计。水下硬件系统设计难度较大，并且对硬件设备的防水性、适应性要求很高。水下智能设备主要是各类传感器，负责信号收集、转化、传递工作，可以避免数据信号在传递中出现时序混乱情况。同时，水下设备中的单片机借助硬件控制程序软件，确保信号传递的独立性，避免信号之间产生干扰问题。另外，还要在水下设置短波通信、高频发射电路等设施，短波通信技术主要负责信息传递，高频发射电路负责获取经过单片机编码处理的各项数据传递，保证数据传递的完整性、安全性，配合岸上设备完成水下状况监测。

4 结语

在水文监测中应用智能测控系统可以有效缓解传统人工测控的弊端，保证水文测控精度、实时性。这就需要相关人员认识到水文监控技术的作用，在确定智能测控框架的基础上，结合岸上、水下硬件体系，编制设计软件控制系统，从而实现智能硬件的智能化操控，减少人工劳力投入量，从而充分发挥智能测控技术的积极作用。

参考文献

[1]杜忠国.水文监测中智能测控技术的应用[J].科学技术创新，2019（5）：182-183.

[2]孙婕，蒋公社，董进东.水文监测中智能测控技术的应用[J].科技创新导报，2018（35）：111-112.

[3]曹月明，齐万明.水文测验中智能测控技术的应用研究[J].農民致富之友，2017（17）：51-52.

[4]孙立君.现代化水文测验中对智能测控技术的要求[J].科技创新导报，2012（23）：238-289.