水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、水文監(jiān)測(cè)工作中的問(wèn)題與對(duì)策水是生命之源， 在人類(lèi)的生存和發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用， 但是當(dāng)前由 水而引發(fā)的自然災(zāi)害嚴(yán)重威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全， 造成了大量的財(cái)產(chǎn)損失和 人員傷亡，因此做好水文監(jiān)測(cè)工作成為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中的一個(gè)重要課題。 水文監(jiān)測(cè)工作涉及的范圍比較廣泛，且需要依靠較高的科學(xué)技術(shù)手段作為保障， 特別是近年來(lái)隨著水文災(zāi)害的不斷加劇， 對(duì)水文監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量提出了更高的要 求。為此，針對(duì)當(dāng)前水文監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題，相關(guān)部門(mén)必須要加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，積極采 取有效措施加以解決和應(yīng)對(duì)，促進(jìn)水文監(jiān)測(cè)工作的順利展開(kāi)和發(fā)展。1 水文監(jiān)測(cè)工作中的問(wèn)題1.1 監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備的測(cè)洪能力較低自從 1998 年發(fā)

2、生特大洪災(zāi)以來(lái)，我國(guó)的水文監(jiān)測(cè)工作取得了一定的發(fā)展， 用于水文監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平有了大幅度的提高， 并更新和改造了大型動(dòng)力 測(cè)船以及水文纜道等，使得水文監(jiān)測(cè)能力和質(zhì)量大大提高。但是從整體上來(lái)看， 水文監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備的測(cè)洪能力依然較低， 主要表現(xiàn)在以下方面： 一是改造之后的 測(cè)洪能力只是能夠測(cè)量到設(shè)站以來(lái)的最大洪水，對(duì)于超標(biāo)洪水的監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠： 二是對(duì)于一些大洪水或者是特大洪水的監(jiān)測(cè)依然采用的是傳統(tǒng)的浮標(biāo)測(cè)洪法， 監(jiān) 測(cè)質(zhì)量低下。1.2 技術(shù)手段較為落后在當(dāng)前的水文監(jiān)測(cè)中， 不少監(jiān)測(cè)站依然是利用測(cè)深桿來(lái)測(cè)量水深， 利用流速 儀來(lái)測(cè)量水流速度， 利用橫式采樣器來(lái)采取沙樣等。 這些測(cè)量方式在中低水

3、測(cè)量 中的準(zhǔn)確度較高， 但是監(jiān)測(cè)大洪水時(shí)往往存在著測(cè)速和取沙定位困難、 精準(zhǔn)度較 差的問(wèn)題。 并且由于單次測(cè)驗(yàn)所耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)， 勞動(dòng)強(qiáng)度較大， 且所測(cè)量的數(shù) 據(jù)無(wú)法自動(dòng)傳輸給計(jì)算機(jī)，使得水文監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量和效率不高。1.3 水文監(jiān)測(cè)人員的綜合素質(zhì)較低 水文監(jiān)測(cè)工作的好壞在很大程度上取決于水文監(jiān)測(cè)人員的專(zhuān)業(yè)水平和自身 能力，但是當(dāng)前很多的水文監(jiān)測(cè)人員綜合素質(zhì)較低， 在很大程度上影響和制約了 水文監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量和效率。 主要表現(xiàn)為水文監(jiān)測(cè)人員不能與時(shí)俱進(jìn)， 在業(yè)務(wù)技 術(shù)、思想政治、 以及職業(yè)道德等方面存在著一定的問(wèn)題和缺陷， 使得水文監(jiān)測(cè)的 技術(shù)水平受到限制， 再加上缺乏足夠的責(zé)任心和責(zé)任感，

4、在實(shí)際的工作中存在著 晚測(cè)、漏測(cè)、誤測(cè)等現(xiàn)象，使得水文監(jiān)測(cè)資料的真實(shí)性無(wú)法得到保障，對(duì)以后的 防災(zāi)減災(zāi)工作產(chǎn)生了不利影響。1.4 科技成果的推廣轉(zhuǎn)化工作不到位 當(dāng)前我國(guó)在水文監(jiān)測(cè)方面所投入的經(jīng)費(fèi)不足， 導(dǎo)致水文實(shí)驗(yàn)研究以及科技成 果的推廣轉(zhuǎn)化工作比較薄弱， 影響了水文監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量的提高。 到目前為止， 我 國(guó)的水文工作人員在水平升級(jí)、 小發(fā)明、以及小創(chuàng)造等活動(dòng)中研發(fā)出了一批有較 強(qiáng)實(shí)用性的科研成果， 但是卻僅僅局限于研發(fā)單位的內(nèi)部使用， 并沒(méi)有得到廣泛 推廣，無(wú)法充分發(fā)揮其價(jià)值和作用。2 水文監(jiān)測(cè)問(wèn)題的對(duì)策2.1 加強(qiáng)水文監(jiān)測(cè)隊(duì)伍建設(shè) 首先，要建立一支高素質(zhì)高水平的職工隊(duì)伍，從職稱(chēng)、學(xué)歷、技能

5、等方面入 手，對(duì)人才結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理調(diào)整， 實(shí)現(xiàn)人力資源的優(yōu)化配置， 從整體上提高水文監(jiān) 測(cè)職工隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。 并且要加強(qiáng)對(duì)職工的教育和培訓(xùn)工作， 提高他們的專(zhuān)業(yè) 技能和責(zé)任意識(shí)， 以滿(mǎn)足水文監(jiān)測(cè)工作的實(shí)際需要； 同時(shí)， 還要注重對(duì)領(lǐng)導(dǎo)隊(duì)伍 的建設(shè)工作， 提高領(lǐng)導(dǎo)管理的質(zhì)量和水平。 具體來(lái)說(shuō)就是要加強(qiáng)對(duì)領(lǐng)導(dǎo)隊(duì)伍的思 想建設(shè)、作風(fēng)建設(shè)、組織建設(shè)、以及能力建設(shè)等。2.2 積極引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備 水文監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量和效率在很大程度上要依賴(lài)于監(jiān)測(cè)技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備， 當(dāng) 前水文監(jiān)測(cè)工作中的一個(gè)突出問(wèn)題就是監(jiān)測(cè)技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備相對(duì)落后， 已經(jīng)漸漸 無(wú)法滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)工作的實(shí)際需要， 因此必須要積極引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備。

6、 具體來(lái)說(shuō) 就是要積極引進(jìn)包括雷達(dá)、 衛(wèi)星等在內(nèi)的多種遙感和遙測(cè)手段， 提高水文監(jiān)測(cè)工 作的質(zhì)量和時(shí)效， 以滿(mǎn)足水利工程管理和建設(shè)、 以及防汛抗旱指揮的需要。 同時(shí) 還要積極引進(jìn)有關(guān)測(cè)深、 測(cè)速、以及取沙等工作的新技術(shù)和新設(shè)備， 有效解決泥 沙、流量測(cè)驗(yàn)等過(guò)程中存在的問(wèn)題。2.3 實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、科學(xué)化的管理 這就需要聘用進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督管理工作的專(zhuān)業(yè)人才， 積極健全和完善質(zhì)量監(jiān)督 隊(duì)伍，并制定質(zhì)量監(jiān)督管理制度， 保證質(zhì)量管理辦法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的可行性， 同時(shí) 還要建立健全獎(jiǎng)懲制度， 提高工作人員工作的積極性和主動(dòng)性。 具體來(lái)說(shuō)要想實(shí) 現(xiàn)規(guī)范化科學(xué)化的管理就需要做到以下幾點(diǎn)： 要建立上級(jí)抽查、 同級(jí)互查、

7、 以及 基層自查的管理體系， 從根本上保證水文監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量； 要堅(jiān)持預(yù)防為主和事 后監(jiān)督的管理方針； 加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)和管理工作， 提前做好汛期前的準(zhǔn)備工作， 推 動(dòng)水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的升級(jí)?；?ZigBee 的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 我國(guó)是多河流、多湖泊、多水庫(kù)的國(guó)家，為了能夠?qū)崟r(shí)、有效地對(duì)重點(diǎn)水域 的水流量、水量的庫(kù)存及水資源的開(kāi)發(fā)利用， 需要及時(shí)掌握重點(diǎn)水域地區(qū)的水位、 水流速度、 上下游地區(qū)的降水量、 閘位等重要的數(shù)據(jù)信息。 監(jiān)控得到的數(shù)據(jù)信息 決定了水利資源的應(yīng)用背景， 特別是在通信不發(fā)達(dá)的且重要的監(jiān)控區(qū)域， 因此采 用先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)是很好的措施。本文采用先進(jìn) ZigBee 技術(shù) 1 和成

8、熟的 GPRS技術(shù)相結(jié)合，提出了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新方案，從而使之能夠滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)化、 網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的要求，進(jìn)而保證監(jiān)控的費(fèi)用低、能耗低及可靠性高，滿(mǎn)足大范 圍重點(diǎn)區(qū)域的水文監(jiān)測(cè)功能要求。1 基于 ZigBee 的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用上述結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)或定時(shí)的采集數(shù)據(jù)信息， 同時(shí)也可以實(shí)時(shí)或定時(shí)地將所采集的數(shù)據(jù)信息使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。 系統(tǒng) 主要由以下幾部分構(gòu)成： （1）ZigBee 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)：主要負(fù)責(zé)水文數(shù)據(jù)的采 集，并將數(shù)據(jù)通過(guò) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)上傳到匯聚節(jié)點(diǎn) 2 ，再由匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到 GPR刪絡(luò)。（2）GPRS#輸網(wǎng)絡(luò)：使用GPR無(wú)線模塊為主要通信

9、設(shè)備，作為主要 的數(shù)據(jù)傳輸建立無(wú)線連接， 實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通信， 將所檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡奖O(jiān)控 中心，完成遠(yuǎn)距離傳輸。 （3）監(jiān)測(cè)中心：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理以及實(shí)時(shí)、定時(shí)的 遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括：現(xiàn)成設(shè)備的參數(shù)設(shè)定，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和匯總，便 于對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)水域狀況的檢測(cè)與分析。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)各水文監(jiān)測(cè)單元一般安裝在河流、 水庫(kù)的指定地點(diǎn)， 長(zhǎng)期在無(wú)人監(jiān)管的環(huán)境 下工作。因此，節(jié)點(diǎn)的微處理器應(yīng)該滿(mǎn)足高穩(wěn)定性、低消耗以及小體積的原則。 根據(jù)這個(gè)原則，本設(shè)計(jì)采用 TI 公司推出的單片、低功耗、多頻段、超高頻射頻 芯片 CC25304-5 。傳感器是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、傳輸及控制的重要設(shè)備，主要有水位傳感

10、器、 壓力傳感器、雨量傳感器等，以水位傳感器使用的最多。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要采用壓力式水位傳感器，通過(guò)它檢測(cè)監(jiān)控區(qū)域的數(shù)據(jù)信息。 壓力式水位傳感器是根據(jù)不同的水位產(chǎn)生凈水壓強(qiáng)是不同的，測(cè)量出水壓， 就可以計(jì)算出水位值。 傳感器采用投入水位傳感器， 安裝時(shí)安裝在鉆有孔的鋼管 中，避免動(dòng)水引起測(cè)量誤差。其工作過(guò)程是首先傳感器輸出的4-20mA模擬量信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，然后將模擬量信號(hào)輸入到CC2530單片機(jī)，由CC2530完成測(cè) 量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理， 最后，將處理得到的數(shù)據(jù)信息傳輸至射頻模塊， 由匯聚節(jié) 點(diǎn)將數(shù)據(jù)信息調(diào)制成2.4GHz無(wú)線信號(hào)，進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)臏?zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)器 的數(shù)據(jù)傳送。

11、3 終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)3.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)首先，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)工作后， 進(jìn)行傳輸網(wǎng)絡(luò)的搜索， 向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送 入網(wǎng)請(qǐng)求，當(dāng)接到應(yīng)答信號(hào)后，傳感器節(jié)點(diǎn)加入了網(wǎng)絡(luò)；之后，系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)發(fā) 送的發(fā)送是水位數(shù)據(jù)信息， 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收信息， 并與系統(tǒng)設(shè)定的缺省值進(jìn) 行比較，如果超出了規(guī)定的上下限，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)給PC。3.2 采集節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與性能分析為了驗(yàn)證系統(tǒng)的安全性和可靠性， 結(jié)合水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 了初步的測(cè)試。 其中主要測(cè)試了系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間的通信距離、 組網(wǎng)的延時(shí)性、 網(wǎng)絡(luò)的 自愈能力、檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)的傳輸、 減少數(shù)據(jù)丟失以及傳輸?shù)墓牡冗M(jìn)行了

12、重點(diǎn) 測(cè)試，同時(shí)將得到的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)的分析和總結(jié)。系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器、路由器、傳感器節(jié)點(diǎn)組成的三級(jí)網(wǎng)絡(luò) 6 ，傳感器節(jié)點(diǎn)掉電 重新上電能夠重新加入網(wǎng)絡(luò)， 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 傳感器節(jié)點(diǎn)能 夠?qū)ふ移渌腹?jié)點(diǎn)并重新加入網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，使用 ZigBee無(wú)線通信技術(shù)和GPRS技術(shù)相結(jié)合， 能夠滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的要求， 是實(shí)現(xiàn)水文實(shí)時(shí)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)的重要解決方案?；谖锫?lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)我國(guó)作為一個(gè)水資源缺乏的國(guó)家， 水資源應(yīng)該得到充分合理的利用， 水文參 數(shù)監(jiān)測(cè)是水資源合理利用的基礎(chǔ)， 水域水文參數(shù)資料涉及到我國(guó)的核心經(jīng)濟(jì)利益。 相比于國(guó)外的水文監(jiān)測(cè)工作而言， 國(guó)內(nèi)水

13、文監(jiān)測(cè)還處于起步階段。 目前的水文監(jiān)測(cè)工作還是采用比較原始的工作方式， 即人工采樣， 采用手持便攜式監(jiān)測(cè)儀或?qū)?驗(yàn)室分析。這種工作方式存在采樣頻率低、 無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控、 不能反映水體水質(zhì)參 數(shù)的連續(xù)動(dòng)態(tài)變化等缺點(diǎn)。同時(shí)，由于水文參數(shù)監(jiān)測(cè)（如溶解氧、PH 值等）往往存在分布范圍廣、不易到達(dá)、取樣時(shí)間不固定、取樣困難等特點(diǎn)1 ，采用現(xiàn)有人工取樣、 有線或者無(wú)線組網(wǎng)等方式組成測(cè)試系統(tǒng)通常都會(huì)存在施工困難， 維 護(hù)保障不容易，以及升級(jí)困難等弱點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由于其短距離傳輸、 低復(fù) 雜度、低功耗、自組網(wǎng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制環(huán)境檢測(cè)與預(yù)報(bào)、建筑物 狀態(tài)監(jiān)控、醫(yī)療護(hù)

14、理、智能家居、空間探索以及軍事等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)成 本低廉， 可以很方便地實(shí)現(xiàn)不同水域部署， 并能保證數(shù)據(jù)采集的廣度和精度， 可 為大范圍水文資料監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 2 。為此，針對(duì)水文參數(shù)總體及局部監(jiān)測(cè) 的需求，本文提出了以水文參數(shù)檢測(cè)傳感器作為終端測(cè)試節(jié)點(diǎn)， 以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作 為通信平臺(tái)，并以Linux系統(tǒng)作為軟件基礎(chǔ)平臺(tái)來(lái)構(gòu)建水文參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域水文參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測(cè)。1 硬件監(jiān)測(cè)平臺(tái)構(gòu)建 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)主要包括水文參數(shù)終端節(jié) 點(diǎn)（水溫測(cè)試、溶解氧測(cè)試等） 、網(wǎng)關(guān)路由節(jié)點(diǎn)（中心網(wǎng)關(guān)、邊緣網(wǎng)關(guān)） 、遠(yuǎn)程中 心監(jiān)控節(jié)點(diǎn)等三個(gè)主要部分， 每種節(jié)點(diǎn)完成不

15、同的功能。 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文 參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)水文參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不同， 主要表現(xiàn)在新的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 終端節(jié)點(diǎn)的電源管理、 網(wǎng)絡(luò)路由算法、 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以及中心監(jiān)控軟件系統(tǒng)的不 同?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合了最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和水文參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)， 通信工作頻段兼顧了中國(guó)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要包括780 MHz（中國(guó)）/2.4 GHz （國(guó)際） 3， 4，其實(shí)際硬件拓?fù)鋱D如圖 1 所示。圖 1 水文監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D在基于物聯(lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中， 終端節(jié)點(diǎn)由許多功能相同或不同的水文監(jiān) 測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成， 水文監(jiān)測(cè)傳感器是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)， 可用于實(shí)現(xiàn)多 種水文參數(shù)的檢測(cè)。目前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

16、中包括水溫（ Campbell 公司的 109 溫度傳 感器）、水位（壓力式水位傳感器）、卩日值（CS525、溶解氧（Hamilton公司的 243111-OXYGOLD G ARC 22溶5解氧傳感器），并預(yù)留了其它水文參數(shù)測(cè)試的軟硬 件終端接口，如流速、渾濁度等參數(shù)。 終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳感器可將水文參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)， 然后對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制， 并產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)， 然后將已調(diào)信號(hào)通 過(guò)終端節(jié)點(diǎn)的天線發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合和匯聚。每一個(gè)水文監(jiān)測(cè)終端節(jié)點(diǎn)都包含數(shù)據(jù)采集模塊 （傳感器， 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主 要指水溫、水位、PH值、溶解氧傳感器）、數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器、存 儲(chǔ)器）、通信

17、模塊（無(wú)線收發(fā)器）和供電模塊，主要設(shè)計(jì)要求是低功耗，高可靠 性，具有自組網(wǎng)功能。由于終端節(jié)點(diǎn)體積小，因而電源容量也非常有限，從而在 設(shè)計(jì)中必須充分考慮到節(jié)點(diǎn)的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)， 提高單位節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間， 節(jié)省節(jié) 點(diǎn)的能耗以及采用合理的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 在設(shè)計(jì)中綜合考量終端節(jié)點(diǎn)的可靠性、 經(jīng)濟(jì) 成本等多方面因素，終端節(jié)點(diǎn)可采用Chipcon公司的CC243（芯片作為控制核心， 該芯片以協(xié)議為基礎(chǔ)，整合了射頻（RF前端、內(nèi)存和微控制器 ，在本系統(tǒng)中可分別對(duì)水溫、水位、PH值、溶解氧等水文參數(shù)傳感器進(jìn)行控 制，并最終實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)試。同時(shí)，也可以根據(jù)需要進(jìn)行其他參數(shù)測(cè)試，所需要的 工作只是加入不同的水文參數(shù)測(cè)試終

18、端節(jié)點(diǎn)而已。 網(wǎng)關(guān)路由節(jié)點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)水 文監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域子網(wǎng)段的自協(xié)調(diào)組網(wǎng)以及信息處理。 在水文監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)建立過(guò) 程中，因具體應(yīng)用環(huán)境不同，其工作測(cè)試的重點(diǎn)也不同，故對(duì)不同的子網(wǎng)段，需 要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置。 首先應(yīng)由各個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)初始化該段子網(wǎng)， 以避免各個(gè)終端節(jié)點(diǎn) 之間的相互干擾， 以及與其他工作相同頻道設(shè)備間的信號(hào)干擾。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)給 每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)指定不同的物理地址來(lái)區(qū)分不同節(jié)點(diǎn)， 當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用后， 網(wǎng) 關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)定時(shí)發(fā)送查詢(xún)命令， 在發(fā)現(xiàn)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)后， 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 列表，同時(shí)發(fā)送新的路由表。除具有自組網(wǎng)特點(diǎn)外， 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)還負(fù)責(zé)第一步的信息分析及處理， 并將處理 后的數(shù)據(jù)存

19、儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)以備查詢(xún)。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通常個(gè)數(shù)有限， 一般對(duì)功耗要 求不嚴(yán)格，可以采用多種通信方式與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信（如 Internet 、衛(wèi) 星或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等） 。在水文監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中采用星型拓?fù)湓O(shè)計(jì)，可以在一 個(gè)較大的水域范圍內(nèi)設(shè)置中心網(wǎng)關(guān)路由節(jié)點(diǎn)， 以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)邊緣網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的水文 數(shù)據(jù)包信號(hào)的中繼和轉(zhuǎn)發(fā) 6 。遠(yuǎn)程中心監(jiān)控節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的管理中樞， 用于匯集并處理各區(qū)域的水文參 數(shù)，并根據(jù)分析結(jié)果提出不同的合理化建議， 主要完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理、 數(shù)據(jù) 的可視化、 物聯(lián)網(wǎng)的管理功能。 其硬件組成主要是大規(guī)模的磁盤(pán)陣列以及高性能 的工作站服務(wù)器。在整個(gè)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件部署、 軟件參

20、數(shù)設(shè)置完成后， 就可以對(duì)部署了終端 傳感器節(jié)點(diǎn)的水區(qū)域進(jìn)行水文參數(shù)的主動(dòng)監(jiān)測(cè)。其具體流程如下：（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)出控制指令，通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)激活終端傳感器節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行水文參數(shù)檢測(cè)。（2）終端節(jié)點(diǎn)處理器收到指令后，由主處理器對(duì)命令進(jìn)行解碼。若節(jié)點(diǎn)地 址與控制指令中的地址一致， 則啟動(dòng)傳感器進(jìn)行水文參數(shù)采集， 并將最終采集到 的數(shù)據(jù)傳送給節(jié)點(diǎn)處理器。 節(jié)點(diǎn)主處理器捕獲到測(cè)量數(shù)據(jù)后， 再進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的 分析、融合，并將水文數(shù)據(jù)打包成符合6LoWPA協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幀，然后加入包 頭、節(jié)點(diǎn)編號(hào)等信息后送到射頻模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)射， 同時(shí)也可在該節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其 他節(jié)點(diǎn)的路由轉(zhuǎn)發(fā)。（3）中心節(jié)點(diǎn)匯聚各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)

21、參數(shù)，發(fā)出相應(yīng)控制指令。2 軟件系統(tǒng)集成及設(shè)計(jì)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理功能比較復(fù)雜， 任務(wù)多樣，需要監(jiān)測(cè)的水文參數(shù)種類(lèi)多， 僅目前就包括水溫、水位、 PH 值等參數(shù)測(cè)試，而且為了今后的拓展，還必須為 今后其他水文參數(shù)測(cè)試預(yù)留軟件接口。 同時(shí)，水文參數(shù)測(cè)試結(jié)果的通信方式的種 類(lèi)差異也較大，軟件設(shè)計(jì)涉及大量的網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)管理工作。 為便于不同模塊的接口， 軟件設(shè)計(jì)整體應(yīng)采用一致性、 模塊化設(shè)計(jì)。 所有節(jié)點(diǎn)開(kāi) 發(fā)和應(yīng)用平臺(tái)可選用 Linux 操作系統(tǒng)，因?yàn)?Linux 系統(tǒng)成熟穩(wěn)定、源代碼開(kāi)放， 尤其在網(wǎng)絡(luò)通信方面有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。 終端節(jié)點(diǎn)由于其節(jié)電性方面的要求， 可采 用裁剪后的最小嵌

22、入式 Linux 操作系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用普通嵌入式 Linux 操作系 統(tǒng)，而中心節(jié)點(diǎn)則采用完整的 Linux 系統(tǒng)，這種軟件平臺(tái)架構(gòu)保證了整個(gè)系統(tǒng)的 軟件一致性，以便于以后的保障和維護(hù)。2.1 終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)終端節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)主要包括核心控制器、 I/O 接口、存儲(chǔ)模塊及射頻收發(fā) 模塊等，其硬件構(gòu)成決定了終端節(jié)點(diǎn)采用裁剪后的最小嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)比 較符合終端節(jié)點(diǎn)特性。 同時(shí)，由于終端節(jié)點(diǎn)以及物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的特殊性， 其通信協(xié) 議不可能采用完整的 IP 協(xié)議棧，而必須采用修改后能適用本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)文的分片和重組、 報(bào)頭壓縮和地址自動(dòng)配置、 組播和安全。 協(xié)議棧數(shù)據(jù) 幀

23、格式符合 ，其水文參數(shù)測(cè)試協(xié)議幀格式如圖 2 所示，其中 MAC 負(fù)載部分包括上層協(xié)議幀控制信息、水文參數(shù)、傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)等信息。圖 2 水文參數(shù)測(cè)試協(xié)議幀格式作為終端節(jié)點(diǎn)， 軟件節(jié)能設(shè)計(jì)是其中的一個(gè)重要考慮。 為了避免節(jié)點(diǎn)頻繁進(jìn) 入暫停工作等待充電的工作模式， 減少無(wú)用數(shù)據(jù)的采集和傳輸， 傳感器節(jié)點(diǎn)采用 基于閾值的工作方式： 當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大小在報(bào)告閾值以?xún)?nèi)時(shí)， 不予發(fā)送， 當(dāng)監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)的大小超過(guò)報(bào)告閾值而在告警閾值以?xún)?nèi)時(shí)， 以較長(zhǎng)的周期循環(huán)報(bào)告實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)； 當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大小超過(guò)告警閾值時(shí)， 以較短的周期循環(huán)報(bào)告實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 這樣的工 作方式既保證了關(guān)鍵實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠獲取， 又減少了頻繁發(fā)送無(wú)用數(shù)據(jù)

24、的能量消 耗。2.2 水文監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì) 水文監(jiān)控中心應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡可能地使得系統(tǒng)友好， 使用戶(hù)操作簡(jiǎn) 單直觀，對(duì)險(xiǎn)情或者異常情況表示及告警明顯。 在方案設(shè)計(jì)中， 上層部分不但需 要提供給用戶(hù)與系統(tǒng)交互能力相適應(yīng)的界面，還需要提供對(duì)水文參數(shù)進(jìn)行歸納、 綜合分析等功能的實(shí)現(xiàn)模塊以及與底層交互的通訊模塊?；谠O(shè)計(jì)目標(biāo)的要求， 其監(jiān)控中心的軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)采用 B/S 架構(gòu)，應(yīng)用界面 程序部分和核心平臺(tái)之間采用多種耦合方式。 核心平臺(tái)可以作為界面的一個(gè)功能 模塊 DLL 嵌入上層直接調(diào)用底層庫(kù)函數(shù)， 也可以把核心平臺(tái)單獨(dú)作為一個(gè)獨(dú)立的 進(jìn)程，二者之間通過(guò)操作系統(tǒng)提供的進(jìn)程間的管道機(jī)制實(shí)現(xiàn)通信。

25、 監(jiān)控中心應(yīng)用 程序通過(guò)核心平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水文監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的管理， 并啟動(dòng)終端水文監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)來(lái)采樣 區(qū)域水文資料。 監(jiān)控中心在收集到由路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的水文采樣數(shù)據(jù)之后， 可將 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中， 同時(shí)提供用戶(hù)界面對(duì)水文參數(shù)進(jìn)行分析處理， 并采用 圖形方式進(jìn)行顯示， 最終根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行視覺(jué)或聲響告警。 系統(tǒng)應(yīng)用程序主要 包括文件處理模塊、系統(tǒng)配置模塊、分析處理模塊以及告警模塊等 4 個(gè)功能模塊。 監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)平臺(tái)采用 Linux系統(tǒng)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)則采用 ORACL大型關(guān)系數(shù) 據(jù)庫(kù)7-8 。通過(guò)文件功能模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、 調(diào)取以及打印等功能， 也可以保 存設(shè)置應(yīng)用程序工作環(huán)境參數(shù)等功能，

26、同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的永久性存儲(chǔ)， 以便于 后期數(shù)據(jù)的綜合化處理。配置功能模塊采用圖形化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、 整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路由以及 終端傳感器的參數(shù)設(shè)置， 從而達(dá)到對(duì)整個(gè)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件配置， 包括 應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)對(duì)硬件的檢測(cè)以及檢測(cè)通過(guò)后初始化測(cè)試所需要的軟硬件環(huán)境。 分析處理模塊是整個(gè)監(jiān)控中心的核心模塊， 主要包括水文數(shù)據(jù)的分析、 歸類(lèi)、比 較、模型建立、 數(shù)據(jù)歸一化處理以及對(duì)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行描繪和顯示等功能。 大致的 功能包括下列 4 個(gè)方面：（1）結(jié)合地理信息系統(tǒng)，將所有終端節(jié)點(diǎn)的位置及其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在地圖 上，這樣可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)者快速定位水文終端節(jié)點(diǎn)地理坐標(biāo)， 全局監(jiān)測(cè)整個(gè)水域的水

27、文信息情況；（2）以時(shí)間坐標(biāo)為基軸，將所有終端節(jié)點(diǎn)的歷史或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)顯示在以時(shí)間 為橫軸的曲線圖上， 以便于監(jiān)測(cè)者分析一段時(shí)間內(nèi)水文參數(shù)的變化情況， 進(jìn)而結(jié) 合其他監(jiān)測(cè)信息分析發(fā)生的原因，完善預(yù)警機(jī)制；（3）基于節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)的展示，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)按網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的標(biāo)識(shí)大小進(jìn)行整體的實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)顯示， 以便監(jiān)測(cè)者抽取導(dǎo)出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 同時(shí)觀察節(jié)點(diǎn)異常狀態(tài)， 對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)有效地維護(hù)；（4）建立水文參數(shù)模型，構(gòu)建參數(shù)預(yù)測(cè)模型，建立專(zhuān)家系統(tǒng)，提供領(lǐng)導(dǎo)決 策科學(xué)依據(jù)。告警功能模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)水文參數(shù)的異常情況的報(bào)警， 主要實(shí)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)的快 速定位、進(jìn)行聲光報(bào)警提示以及按照設(shè)定策略進(jìn)行異常處理。 報(bào)警的方式主要

28、包 括在圖形界面上快速閃爍紅色告警提示信息， 通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出告警提示聲音 9 。 其軟件整體結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。3 系統(tǒng)評(píng)估在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中， 由于大量水文采樣終端節(jié)點(diǎn)被部署于 不同的水文區(qū)域， 各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)間以無(wú)線自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)， 通信方式采用的 是無(wú)線通信。 由于無(wú)線信號(hào)傳輸存在由反射、 衍射所引起的多徑效應(yīng)， 加上節(jié)點(diǎn) 所處環(huán)境復(fù)雜， 因而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量受到嚴(yán)重影響， 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信存在較大 的不穩(wěn)定性。 這種情況有可能導(dǎo)致整個(gè)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定的工作， 采集到的 水文數(shù)據(jù)不能及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸給監(jiān)控中心進(jìn)行分析決策 10 。因此，在系統(tǒng)成功組建后，為了保證整個(gè)系統(tǒng)

29、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，還需要對(duì) 整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估， 主要包括對(duì)終端水文采樣模塊物理性能的評(píng)估、 網(wǎng)絡(luò)物 理層參數(shù)的評(píng)估、 數(shù)據(jù)鏈路層參數(shù)評(píng)估、 網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)評(píng)估、 監(jiān)控中心分析軟件的 性能評(píng)估等，并依據(jù)評(píng)估的結(jié)果采取相關(guān)策略。圖 3 水文監(jiān)控中心軟件整體框 國(guó)內(nèi)外對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的項(xiàng)目在評(píng)估方面進(jìn)行了大量研究， 并取得了很好 的應(yīng)用效果。 評(píng)估方法主要包括基于通信鏈路特性的評(píng)估方法、 基于測(cè)試參數(shù)的 評(píng)估方法、 結(jié)合多因素的綜合評(píng)估方法等， 這些評(píng)估測(cè)量手段都值得進(jìn)行借鑒和 參考。具體到本項(xiàng)目的系統(tǒng)評(píng)估， 則包括對(duì)終端節(jié)點(diǎn)的射頻參數(shù)測(cè)試評(píng)估、 采樣 水文參數(shù)精度和可靠性評(píng)估以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量

30、和網(wǎng)絡(luò)生命周期的評(píng)估。 只 有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)， 系統(tǒng)所測(cè)試的水文參數(shù)才是真實(shí)和可靠的， 才能用于實(shí)際的工程中。水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的提高1 提高水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的重要性 隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷完善和創(chuàng)新，我國(guó)各項(xiàng)技術(shù)得到了快速發(fā)展， 水文監(jiān)測(cè)作為水文工作中的主要組成部分， 為工程建設(shè)管理、 水資源管理、 優(yōu)質(zhì) 服務(wù)生態(tài)環(huán)境， 以及防汛工作等提供著強(qiáng)有力、 可靠性的技術(shù)支持， 發(fā)揮著非常 重要的作用。因此，相關(guān)部門(mén)要不斷對(duì)水文監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題進(jìn)行分析， 并提出切實(shí)可行的對(duì)策提高水文監(jiān)測(cè)的質(zhì)量， 從而為水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量能夠社會(huì)的發(fā) 展和需求提供基礎(chǔ)和前提。2 影響水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的主要因素

31、2.1 水文人員的素質(zhì)起決定性因素 物質(zhì)決定意識(shí)，意識(shí)對(duì)物質(zhì)具有反作用，正確的意識(shí)能夠促進(jìn)事物的發(fā)展， 錯(cuò)誤的意識(shí)阻礙事物的發(fā)展。 對(duì)于水文監(jiān)測(cè)工作而言， 影響其質(zhì)量的決定性因素 就是水文人員的素質(zhì)，主要包括思想政治、技術(shù)水平、職業(yè)道德等綜合素質(zhì)。其 中，技術(shù)水平是做好水文監(jiān)測(cè)工作的根本因素， 水文要素具有不可重復(fù)性， 所以 一旦失敗，就會(huì)無(wú)法挽回，所以說(shuō)技術(shù)水平對(duì)于水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的影響是最大的。 因此，組建一支業(yè)務(wù)水平高、 技術(shù)過(guò)硬的人員隊(duì)伍是提高水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的根本性 條件。職業(yè)道德是水文人員從事水文工作具備的基本道德素養(yǎng)， 是工作過(guò)程中應(yīng) 遵循的行為準(zhǔn)則， 由于水文工作的特殊性， 所以要求水

32、文人員必須具備良好的職 業(yè)道德，在日常工作中實(shí)事求是、 精益求精， 進(jìn)而確保給社會(huì)提供真實(shí)可靠的資 料。2.2 監(jiān)測(cè)手段是影響水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的重要因素 隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展， 尤其是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的日趨 激烈，科學(xué)信息技術(shù)的普及， 我國(guó)各項(xiàng)工作也快速被信息化大潮所席卷， 這種變 化對(duì)于各行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，水文監(jiān)測(cè)工作也不例外。近年來(lái)， 計(jì)算機(jī)技術(shù)、 電子技術(shù)、遙感技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)等的發(fā)展給水文工作的進(jìn)一步發(fā) 展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和前提， 同時(shí)也為水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的提高提供了有利條件。 計(jì) 算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用大大地推動(dòng)了水文工作的發(fā)展， 信息技術(shù)手段的使用提高 了水文監(jiān)

33、測(cè)質(zhì)量和效率， 減少了監(jiān)測(cè)的時(shí)間， 提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率， 保證了水文 監(jiān)測(cè)資料的準(zhǔn)確性和可靠性。 可以說(shuō)，監(jiān)測(cè)手段是影響水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的重要因素。3 水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量現(xiàn)狀以及主要問(wèn)題 近年來(lái)，我國(guó)在水文方面進(jìn)行了升級(jí)和改造， 更新了相關(guān)水文設(shè)備， 并在水 文工作中運(yùn)用了新技術(shù)和新儀器， 在極大水平上改善了水文監(jiān)測(cè)手段。 然而，與 發(fā)達(dá)國(guó)家相比， 我國(guó)水文工作還存在一定的差距和不足， 水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量還有待提 高，為了使其滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需求，相關(guān)部門(mén)要采取措施給予解決。目前我國(guó)水文監(jiān)測(cè)工作中存在的問(wèn)題主要有以下幾方面： 首先，水文監(jiān)測(cè)設(shè) 施設(shè)備的測(cè)洪能力較低。 就目前而言， 雖然我國(guó)相關(guān)部門(mén)加大了水文監(jiān)測(cè)

34、的設(shè)施 設(shè)備的建設(shè)力度， 但是仍然存在一些問(wèn)題沒(méi)有解決， 測(cè)洪能力就是其中較為嚴(yán)重 的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)改造之后的水文監(jiān)測(cè)設(shè)備在測(cè)量超標(biāo)洪水方面仍不足， 只能采取傳 統(tǒng)的方法測(cè)量特大洪水，浪費(fèi)了人力、物力、財(cái)力。其次，測(cè)速、測(cè)深，以及取 沙的技術(shù)和方法需要升級(jí)。 現(xiàn)階段我國(guó)在測(cè)水深、 測(cè)速、采沙樣方面采用的方法 比較傳統(tǒng)， 這樣的測(cè)驗(yàn)技術(shù)只適用于小型的洪水， 一旦遇到較大的洪水時(shí)， 其測(cè) 速、測(cè)深、取沙的過(guò)程比較困難， 而且單次測(cè)驗(yàn)所需的時(shí)間長(zhǎng)， 人工操作強(qiáng)度大， 一旦出現(xiàn)失誤，將無(wú)法挽回?fù)p失。另外，采用人工形式進(jìn)行操作，無(wú)法自動(dòng)向計(jì) 算機(jī)傳輸， 那么水文監(jiān)測(cè)資料的準(zhǔn)確性和可靠性也將無(wú)法保障。 因此，

35、需要升級(jí) 測(cè)速、測(cè)深，取沙的技術(shù)與方法。4 提高水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的對(duì)策4.1 引進(jìn)新技術(shù)以及新設(shè)備提高水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量 對(duì)于我國(guó)目前的水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量而言， 其與西方發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距和 不足，需要相關(guān)部門(mén)和人員提出切實(shí)有效的對(duì)策進(jìn)行改善和解決。 其中，水文監(jiān) 測(cè)技術(shù)和設(shè)備是影響其質(zhì)量的關(guān)鍵性因素， 針對(duì)這個(gè)問(wèn)題， 需要引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù) 和更新設(shè)備來(lái)解決，采用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，取其精華，需要注意的是，在引進(jìn)先 進(jìn)技術(shù)的過(guò)程中，切忌盲目地引進(jìn)，要根據(jù)我國(guó)水文監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況進(jìn)行引進(jìn)， 具體問(wèn)題具體分析。 另外，還要加強(qiáng)水文監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備的更新工作， 更新后的檢 測(cè)設(shè)備能夠滿(mǎn)足防汛、 抗旱等的需求為主， 從而提

36、高水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量和時(shí)間， 推動(dòng) 水文事業(yè)的正常、健康發(fā)展。4.2 提高水文監(jiān)測(cè)管理質(zhì)量 規(guī)范化、合理化、科學(xué)化的管理方法對(duì)于水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的提高具有不可替代 的作用和意義。 在提高管理技術(shù)的基礎(chǔ)上， 建立完善健全的質(zhì)量管理規(guī)范是提高 水文監(jiān)測(cè)管理質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié)， 將其重點(diǎn)水文監(jiān)測(cè)的技術(shù)規(guī)范、 技術(shù)設(shè)施的 建設(shè)、測(cè)驗(yàn)過(guò)程等方面，并在水文檢測(cè)質(zhì)量管理工作中對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制， 制定科學(xué)合理的獎(jiǎng)懲制度， 激勵(lì)人員的積極性， 培養(yǎng)水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量意識(shí)， 以此提 高水文監(jiān)測(cè)的管理質(zhì)量，從而為水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量的有效提升奠定基礎(chǔ)。GIS技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)GIS,是一個(gè)當(dāng)前發(fā)展較快的信息科

37、學(xué)分支。它的主要研 究對(duì)象時(shí)地球的空間數(shù)據(jù)， 主要的研究方法是通過(guò)對(duì)敏感資料的采集、 存儲(chǔ)，然 后結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用進(jìn)行良好的顯示、分析，從而利于人們的查詢(xún)、分析。這門(mén)科 學(xué)屬于交叉科學(xué)，集合了信息科學(xué)、空間科學(xué)、地球科學(xué)、軟件工程等等多門(mén)學(xué) 科為一體。20世紀(jì)90年代以來(lái)，GIS得到了十分廣泛的應(yīng)用，主要的領(lǐng)域涉及 到了資源環(huán)境、公路交通、軍事、城市規(guī)劃。同樣在水文領(lǐng)域，根據(jù)水利部印發(fā) 的全國(guó)水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃中“水文業(yè)務(wù)管理”部分和水利部水 文局編制的 中小河流洪水預(yù)報(bào)及服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn) 的要求， 從水文 業(yè)務(wù)管理的實(shí)際需要出發(fā)，也需要開(kāi)發(fā)河流的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2 GIS 在水

38、文監(jiān)測(cè)的應(yīng)用GIS在水文監(jiān)測(cè)中應(yīng)用主要包含：1.根據(jù)可視化的數(shù)字地圖，使得 GIS和數(shù) 據(jù)庫(kù)管理技術(shù)達(dá)到水情信息查詢(xún)、 檢索、顯示和分析的最后目的。 2. 模型參數(shù)的 確定主要指的是流域水文一些參數(shù)，如河道的長(zhǎng)度、坡度，流域的坡度、重心、 土壤分布及土地利用面積等。 3. 將流域劃分為滿(mǎn)足分辨率要求的許多不規(guī)則多邊 形單元或規(guī)則的柵格，來(lái)考慮下墊面條件和降雨等要素在空間的不均勻分布。4.DEM直接應(yīng)用倒流域匯流計(jì)算，與此同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確災(zāi)情分析。3 水文模型3.1 傳統(tǒng)水文模型這種模型輸入比較分散， 而且輸出是集中的。 這種模型通過(guò)輸入流域上各點(diǎn) 的降雨過(guò)程，感知出口流量。由于屬于歷史發(fā)

39、展不成熟的產(chǎn)物，只能簡(jiǎn)單刻畫(huà)， 跟真實(shí)模型結(jié)構(gòu)匹配性非常差。3.2現(xiàn)代HEC-HM模型該模型是美國(guó)陸軍工程師團(tuán)（USCE水資源研究中心所研發(fā)的，它隸屬于一 種分布式的模型。 這個(gè)模型里通過(guò)徑流模擬系統(tǒng)， 把流域產(chǎn)、 匯流計(jì)算方法放到 整體部分， 就能夠達(dá)適應(yīng)不同的流域的確切情況。 這個(gè)模型能夠根據(jù)采樣到的不 同凈雨、直接徑流過(guò)程和基流計(jì)算各個(gè)子流域，應(yīng)用相異的演算方法計(jì)算洪峰。 考慮了不同流域的空間分布不均勻特性。 其人機(jī)交互的接口非常友善， 具有很好 的可視化效果， 最終的計(jì)算通過(guò)過(guò)程線、 時(shí)間序列等等手段進(jìn)行呈現(xiàn)。 我們需要 做的是構(gòu)建HEC-HM系統(tǒng)，并且輸入相關(guān)的水文數(shù)據(jù)，這主要包含數(shù)字的地圖、 網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)、流域內(nèi)部整體分布等等。這里面包括河道、子流域命名，以及 地圖的單