水文監(jiān)測系統(tǒng)

1、精品文檔水文監(jiān)測工作中的問題與對策水是生命之源， 在人類的生存和發(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， 特別是近年來隨著水文災(zāi)害的不斷加劇， 對水文監(jiān)測工作的質(zhì)量提出了更高的要 求。為此，針對當(dāng)前水文監(jiān)測中存在的問題，相關(guān)部門必須要加強(qiáng)認(rèn)識，積極采 取有效措施加以解決和應(yīng)對，促進(jìn)水文監(jiān)測工作的順利展開和發(fā)展。1 水文監(jiān)測工作中的問題1.1 監(jiān)測設(shè)施設(shè)備的測洪能力較低自從 199

2、8 年發(fā)生特大洪災(zāi)以來，我國的水文監(jiān)測工作取得了一定的發(fā)展， 用于水文監(jiān)測的基礎(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 測船以及水文纜道等，使得水文監(jiān)測能力和質(zhì)量大大提高。但是從整體上來看， 水文監(jiān)測設(shè)施設(shè)備的測洪能力依然較低， 主要表現(xiàn)在以下方面： 一是改造之后的 測洪能力只是能夠測量到設(shè)站以來的最大洪水，對于超標(biāo)洪水的監(jiān)測遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠： 二是對于一些大洪水或者是特大洪水的監(jiān)測依然采用的是傳統(tǒng)的浮標(biāo)測洪法， 監(jiān) 測質(zhì)量低下。1.2 技術(shù)手段較為落后在當(dāng)前的水文監(jiān)測中， 不少監(jiān)測站依然是利用測深桿來測量水深， 利用流速 儀來測量水流速度， 利用橫式采樣器來采取沙樣等。 這些測量方式

3、在中低水測量 中的準(zhǔn)確度較高， 但是監(jiān)測大洪水時(shí)往往存在著測速和取沙定位困難、 精準(zhǔn)度較 差的問題。并且由于單次測驗(yàn)所耗費(fèi)的時(shí)間較長， 勞動(dòng)強(qiáng)度較大， 且所測量的數(shù) 據(jù)無法自動(dòng)傳輸給計(jì)算機(jī)，使得水文監(jiān)測工作的質(zhì)量和效率不高。1.3 水文監(jiān)測人員的綜合素質(zhì)較低 水文監(jiān)測工作的好壞在很大程度上取決于水文監(jiān)測人員的專業(yè)水平和自身 能力，但是當(dāng)前很多的水文監(jiān)測人員綜合素質(zhì)較低， 在很大程度上影響和制約了 水文監(jiān)測工作的質(zhì)量和效率。 主要表現(xiàn)為水文監(jiān)測人員不能與時(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題和缺陷， 使得水文監(jiān)測的 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

4、感， 在實(shí)際的工作中存在著 晚測、漏測、誤測等現(xiàn)象，使得水文監(jiān)測資料的真實(shí)性無法得到保障，對以后的 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)前我國在水文監(jiān)測方面所投入的經(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)測工作質(zhì)量的提高。 到目前為止， 我 國的水文工作人員在水平升級、 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， 并沒有得到廣泛 推廣，無法充分發(fā)揮其價(jià)值和作用。2 水文監(jiān)測問題的對策2.1 加強(qiáng)水文監(jiān)測隊(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、學(xué)歷

5、、技能等方面入 手，對人才結(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) 測職工隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。 并且要加強(qiáng)對職工的教育和培訓(xùn)工作， 提高他們的專業(yè) 技能和責(zé)任意識， 以滿足水文監(jiān)測工作的實(shí)際需要； 同時(shí)， 還要注重對領(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。 具體來說就是要加強(qiáng)對領(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)測工作的質(zhì)量和效率在很大程度上要依賴于監(jiān)測技術(shù)和檢測設(shè)備， 當(dāng) 前水文監(jiān)測工作中的一個(gè)突出問題就是監(jiān)測技術(shù)和檢測設(shè)備相對落后， 已經(jīng)漸漸 無法滿足監(jiān)測工作的實(shí)際需要， 因此必須要積極引進(jìn)新技術(shù)和新

6、設(shè)備。 具體來說 就是要積極引進(jìn)包括雷達(dá)、 衛(wèi)星等在內(nèi)的多種遙感和遙測手段， 提高水文監(jiān)測工 作的質(zhì)量和時(shí)效， 以滿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)測深、 測速、以及取沙等工作的新技術(shù)和新設(shè)備， 有效解決泥 沙、流量測驗(yàn)等過程中存在的問題。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。 具體來說要想實(shí) 現(xiàn)規(guī)范化科學(xué)化的管理就需要做到以下幾點(diǎn)： 要建立上級抽查、 同級

7、互查、 以及 基層自查的管理體系， 從根本上保證水文監(jiān)測工作的質(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)測質(zhì)量的升級?；?ZigBee 的水文監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 我國是多河流、多湖泊、多水庫的國家，為了能夠?qū)崟r(shí)、有效地對重點(diǎn)水域 的水流量、水量的庫存及水資源的開發(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)的無線通信技術(shù)是很好的措施。本文采用先進(jìn) ZigBee 技術(shù) 1

8、 和成熟的 GPRS技術(shù)相結(jié)合，提出了實(shí)時(shí)監(jiān)測新方案，從而使之能夠滿足監(jiān)測的實(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，滿足大范 圍重點(diǎn)區(qū)域的水文監(jiān)測功能要求。1 基于 ZigBee 的水文監(jiān)測系統(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)信息使用無線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)測中心的數(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 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無線模塊為主

9、要通信設(shè)備，作為主要 的數(shù)據(jù)傳輸建立無線連接， 實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通信， 將所檢測的數(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，對采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和匯總，便 于對重點(diǎn)監(jiān)測水域狀況的檢測與分析。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)各水文監(jiān)測單元一般安裝在河流、 水庫的指定地點(diǎn)， 長期在無人監(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)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測量、傳輸及控制的重要設(shè)備，主要有水

10、位傳感器、 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，通過它檢測監(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)水引起測量誤差。其工作過程是首先傳感器輸出的4-20mA模擬量信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，然后將模擬量信號輸入到CC2530單片機(jī)，由CC2530完成測 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無線信號，進(jìn)行無線傳輸?shù)臏?zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)器 的數(shù)據(jù)

11、傳送。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)請求，當(dāng)接到應(yīng)答信號后，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)測系統(tǒng)的實(shí)際需求對系統(tǒng)進(jìn)行 了初步的測試。 其中主要測試了系統(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?/p>

12、進(jìn)行了重點(diǎn) 測試，同時(shí)將得到的測試結(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)。通過對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試，使用 ZigBee無線通信技術(shù)和GPRS技術(shù)相結(jié)合， 能夠滿足監(jiān)測系統(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)測的重要解決方案?；谖锫?lián)網(wǎng)的水文監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)我國作為一個(gè)水資源缺乏的國家， 水資源應(yīng)該得到充分合理的利用， 水文參 數(shù)監(jiān)測是水資源合理利用的基礎(chǔ)， 水域水文參數(shù)資料涉及到我國的核心經(jīng)濟(jì)利益。 相比于國外的水文監(jiān)測工作而言，

13、國內(nèi)水文監(jiān)測還處于起步階段。 目前的水文監(jiān)測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)測儀或?qū)?驗(yàn)室分析。這種工作方式存在采樣頻率低、 無法實(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（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、 有線或者無線組網(wǎng)等方式組成測試系統(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)境檢測與預(yù)報(bào)、建筑物 狀態(tài)監(jiān)控、

14、醫(yī)療護(hù)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)測提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 2 。為此，針對水文參數(shù)總體及局部監(jiān)測 的需求，本文提出了以水文參數(shù)檢測傳感器作為終端測試節(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)來構(gòu)建水文參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)， 從而 實(shí)現(xiàn)對區(qū)域水文參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測。1 硬件監(jiān)測平臺(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)（水溫測試、溶解氧測試等） 、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

15、種節(jié)點(diǎn)完成不同的功能。 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文 參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)水文參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的不同， 主要表現(xiàn)在新的水文監(jiān)測系統(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)測技術(shù)， 通信工作頻段兼顧了中國和國際標(biāo)準(zhǔn)，主要包括 780 MHz（中國）/2.4 GHz （國 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) 測傳感器節(jié)點(diǎn)組成， 水文監(jiān)測傳感器是整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)， 可用于實(shí)現(xiàn)多 種水文參數(shù)的檢測

16、。目前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)通過傳感器可將水文參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?數(shù)據(jù)調(diào)制信號， 然后對射頻信號進(jìn)行調(diào)制， 并產(chǎn)生已調(diào)信號， 然后將已調(diào)信號通 過終端節(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、

17、存 儲(chǔ)器）、通信模塊（無線收發(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IEEE 802.15.4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)測試。同時(shí)，也可以根據(jù)需要進(jìn)行其他參數(shù)測試，

18、所需要的 工作只是加入不同的水文參數(shù)測試終端節(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)測物聯(lián)網(wǎng)建立過 程中，因具體應(yīng)用環(huán)境不同，其工作測試的重點(diǎn)也不同，故對不同的子網(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)備間的信號干擾。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過給 每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)指定不同的物理地址來區(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

19、步的信息分析及處理， 并將處理 后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫以備查詢。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通常個(gè)數(shù)有限， 一般對功耗要 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)對邊緣網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的水文 數(shù)據(jù)包信號的中繼和轉(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)模的磁盤陣列以及高性能 的工作站服

20、務(wù)器。在整個(gè)水文監(jiān)測系統(tǒng)硬件部署、 軟件參數(shù)設(shè)置完成后， 就可以對部署了終端 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。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。（2）終端節(jié)點(diǎn)處理器收到指令后，由主處理器對命令進(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)

21、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)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)測系統(tǒng)的管理功能比較復(fù)雜， 任務(wù)多樣，需要監(jiān)測的水文參數(shù)種類多， 僅目前就包括水溫、水位、 PH 值等參數(shù)測試，而且為了今后的拓展，還必須為 今后其他水文參數(shù)測試預(yù)留軟件接口。 同時(shí)，水文參數(shù)測試結(jié)果的通信方式的種 類差異也較大，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 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、源代碼開放， 尤其在網(wǎng)絡(luò)通信方面有其獨(dú)到的優(yōu)勢。 終端節(jié)點(diǎn)由于其

22、節(jié)電性方面的要求， 可采 用裁剪后的最小嵌入式 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 來實(shí)現(xiàn)報(bào)文的分片和重組、 報(bào)頭壓縮和地

23、址自動(dòng)配置、 組播和安全。 協(xié)議棧數(shù)據(jù) 幀格式符合 IEEE802.15.4 ，其水文參數(shù)測試協(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)號等信息。圖 2 水文參數(shù)測試協(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)測數(shù)據(jù)的大小在報(bào)告閾值以內(nèi)時(shí)， 不予發(fā)送， 當(dāng)監(jiān)測 數(shù)據(jù)的大小超過報(bào)告閾值而在告警閾值以內(nèi)時(shí)， 以較長的周期循環(huán)報(bào)告實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)； 當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的大小超過告警閾值時(shí)， 以較短的周期循環(huán)報(bào)告實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 這樣的

24、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)送無用數(shù)據(jù)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， 使用戶操作簡 單直觀，對險(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 要提供給用戶與系統(tǒng)交互能力相適應(yīng)的界面，還需要提供對水文參數(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。基于設(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)用底層庫函數(shù)， 也可以把核心平臺(tái)單獨(dú)作為一

25、個(gè)獨(dú)立的 進(jìn)程，二者之間通過操作系統(tǒng)提供的進(jìn)程間的管道機(jī)制實(shí)現(xiàn)通信。 監(jiān)控中心應(yīng)用 程序通過核心平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對水文監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的管理， 并啟動(dòng)終端水文監(jiān)測節(jié)點(diǎn)來采樣 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)庫中， 同時(shí)提供用戶界面對水文參數(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)庫則采用 ORACL大型關(guān)系數(shù) 據(jù)庫7-8 。通過文件功能模塊可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、

26、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， 同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對數(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)到對整個(gè)水文監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件配置， 包括 應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)對硬件的檢測以及檢測通過后初始化測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、比 較、模型建立、 數(shù)據(jù)歸一化處理以及對數(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

27、樣可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測者快速定位水文終端節(jié)點(diǎn)地理坐標(biāo)， 全局監(jiān)測整個(gè)水域的水 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)識的展示，對所有節(jié)點(diǎn)按網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的標(biāo)識大小進(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)測者抽取導(dǎo)出監(jiān)測數(shù)據(jù)， 同時(shí)觀察節(jié)點(diǎn)異常狀態(tài)， 對整個(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)測模型，建立專家系統(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

28、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)警的方式主要包 括在圖形界面上快速閃爍紅色告警提示信息， 通過揚(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)評估在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水文監(jiān)測系統(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)間以無線自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)， 通信方式采用的 是無線通信。 由于無線信號傳輸存在由反射、 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)測系統(tǒng)無法穩(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)

29、控中心進(jìn)行分析決策 10 。10歡。迎下載精品文檔因此，在系統(tǒng)成功組建后，為了保證整個(gè)系統(tǒng)高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，還需要對 整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行評估， 主要包括對終端水文采樣模塊物理性能的評估、 網(wǎng)絡(luò)物 理層參數(shù)的評估、 數(shù)據(jù)鏈路層參數(shù)評估、 網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)評估、 監(jiān)控中心分析軟件的 性能評估等，并依據(jù)評估的結(jié)果采取相關(guān)策略。圖 3 水文監(jiān)控中心軟件整體框 國內(nèi)外對基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的項(xiàng)目在評估方面進(jìn)行了大量研究， 并取得了很好 的應(yīng)用效果。 評估方法主要包括基于通信鏈路特性的評估方法、 基于測試參數(shù)的 評估方法、 結(jié)合多因素的綜合評估方法等， 這些評估測量手段都值得進(jìn)行借鑒和 參考。具體到本項(xiàng)目的系統(tǒng)評估，

30、則包括對終端節(jié)點(diǎn)的射頻參數(shù)測試評估、 采樣 水文參數(shù)精度和可靠性評估以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)生命周期的評估。 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)測質(zhì)量的提高1 提高水文監(jiān)測質(zhì)量的重要性 隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷完善和創(chuàng)新，我國各項(xiàng)技術(shù)得到了快速發(fā)展， 水文監(jiān)測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)部門要不斷對水文監(jiān)測的現(xiàn)狀及其存在的問題進(jìn)行分析， 并提出切實(shí)可行的對策提高水文監(jiān)測的質(zhì)量

31、， 從而為水文監(jiān)測質(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)測質(zhì)量的主要因素2.1 水文人員的素質(zhì)起決定性因素 物質(zhì)決定意識，意識對物質(zhì)具有反作用，正確的意識能夠促進(jìn)事物的發(fā)展， 錯(cuò)誤的意識阻礙事物的發(fā)展。 對于水文監(jiān)測工作而言， 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)無法挽回，所以說技術(shù)水平對于水文監(jiān)測質(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)過硬的人員隊(duì)伍是提高水文監(jiān)測質(zhì)量的根本性 條件。職業(yè)道德是水文人員從事水文工作

32、具備的基本道德素養(yǎng)， 是工作過程中應(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)測手段是影響水文監(jiān)測質(zhì)量的重要因素 隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化以及我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展， 尤其是國際競爭的日趨 激烈，科學(xué)信息技術(shù)的普及， 我國各項(xiàng)工作也快速被信息化大潮所席卷， 這種變 化對于各行業(yè)的發(fā)展來說既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，水文監(jiān)測工作也不例外。近年來， 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)測質(zhì)量的提高提供了有利條件

33、。 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)測質(zhì)量和效率， 減少了監(jiān)測的時(shí)間， 提高了監(jiān)測的準(zhǔn)確率， 保證了水文 監(jiān)測資料的準(zhǔn)確性和可靠性。 可以說，監(jiān)測手段是影響水文監(jiān)測質(zhì)量的重要因素。3 水文監(jiān)測質(zhì)量現(xiàn)狀以及主要問題 近年來，我國在水文方面進(jìn)行了升級和改造， 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)測手段。 然而，與 發(fā)達(dá)國家相比， 我國水文工作還存在一定的差距和不足， 水文監(jiān)測質(zhì)量還有待提 高，為了使其滿足社會(huì)發(fā)展的需求，相關(guān)部門要采取措施給予解決。目前我國水文監(jiān)測工作中存在的問題主要有以下幾方面

34、： 首先，水文監(jiān)測設(shè) 施設(shè)備的測洪能力較低。 就目前而言， 雖然我國相關(guān)部門加大了水文監(jiān)測的設(shè)施 設(shè)備的建設(shè)力度， 但是仍然存在一些問題沒有解決， 測洪能力就是其中較為嚴(yán)重 的問題。經(jīng)過改造之后的水文監(jiān)測設(shè)備在測量超標(biāo)洪水方面仍不足， 只能采取傳 統(tǒng)的方法測量特大洪水，浪費(fèi)了人力、物力、財(cái)力。其次，測速、測深，以及取 沙的技術(shù)和方法需要升級。 現(xiàn)階段我國在測水深、 測速、采沙樣方面采用的方法 比較傳統(tǒng)， 這樣的測驗(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 速、測深、取沙的過程比較困難， 而且單次測驗(yàn)所需的時(shí)間長， 人工操作強(qiáng)度大， 一旦出現(xiàn)失誤，將無法挽回?fù)p失。另外，采用人工形式

35、進(jìn)行操作，無法自動(dòng)向計(jì) 算機(jī)傳輸， 那么水文監(jiān)測資料的準(zhǔn)確性和可靠性也將無法保障。 因此，需要升級 測速、測深，取沙的技術(shù)與方法。4 提高水文監(jiān)測質(zhì)量的對策4.1 引進(jìn)新技術(shù)以及新設(shè)備提高水文監(jiān)測質(zhì)量 對于我國目前的水文監(jiān)測質(zhì)量而言， 其與西方發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距和 不足，需要相關(guān)部門和人員提出切實(shí)有效的對策進(jìn)行改善和解決。 其中，水文監(jiān) 測技術(shù)和設(shè)備是影響其質(zhì)量的關(guān)鍵性因素， 針對這個(gè)問題， 需要引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù) 和更新設(shè)備來解決，采用國外的先進(jìn)技術(shù)，取其精華，需要注意的是，在引進(jìn)先 進(jìn)技術(shù)的過程中，切忌盲目地引進(jìn)，要根據(jù)我國水文監(jiān)測的實(shí)際情況進(jìn)行引進(jìn)， 具體問題具體分析。 另外，還要加強(qiáng)

36、水文監(jiān)測設(shè)施設(shè)備的更新工作， 更新后的檢 測設(shè)備能夠滿足防汛、 抗旱等的需求為主， 從而提高水文監(jiān)測質(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)測管理質(zhì)量 規(guī)范化、合理化、科學(xué)化的管理方法對于水文監(jiān)測質(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)測管理質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié)， 將其重點(diǎn)水文監(jiān)測的技術(shù)規(guī)范、 技術(shù)設(shè)施的 建設(shè)、測驗(yàn)過程等方面，并在水文檢測質(zhì)量管理工作中對其進(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)測質(zhì)量意識， 以此提 高水文監(jiān)測的管理質(zhì)量，從而為水文監(jiān)測質(zhì)量的有效提升奠

37、定基礎(chǔ)。GIS技術(shù)在水文監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用地理信息系統(tǒng)簡稱GIS,是一個(gè)當(dāng)前發(fā)展較快的信息科學(xué)分支。它的主要研 究對象時(shí)地球的空間數(shù)據(jù)， 主要的研究方法是通過對敏感資料的采集、 存儲(chǔ)，然 后結(jié)合數(shù)據(jù)庫應(yīng)用進(jìn)行良好的顯示、分析，從而利于人們的查詢、分析。這門科 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)、軟件工程等等多門學(xué) 科為一體。20世紀(jì)90年代以來，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

38、 的要求， 從水文 業(yè)務(wù)管理的實(shí)際需要出發(fā)，也需要開發(fā)河流的水文監(jiān)測系統(tǒng)。2 GIS 在水文監(jiān)測的應(yīng)用GIS在水文監(jiān)測中應(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)庫管理技術(shù)達(dá)到水情信息查詢、 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，

39、 而且輸出是集中的。 這種模型通過輸入流域上各點(diǎn) 的降雨過程，感知出口流量。由于屬于歷史發(fā)展不成熟的產(chǎn)物，只能簡單刻畫， 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)算通過過程線、 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 地圖的單位轉(zhuǎn)