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时间:2018-12-09
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1、-第一章绪论1.1课题研究的背景和意义我国洪水灾害频繁,给国家和人民生命财产造成了重大损失。为增加洪水有效预见期,提高水文预报的精度,及时准确地为防汛和水利水电调度提供科学的依据,20世纪70年代我国开始建设水情自动测报系统。水位测报系统对充分发挥防汛减灾,合理利用水资源具有十分重要的意义。水情测量数据是重要的水文参数,水位测量的精度和实时性,直接影响到水库防洪安全、发电灌溉等。我国水资源不平衡,幅员辽阔,地理环境复杂,地区经济发展不平衡,水位测量工作仍存在一些困难。在大型发电站、重要水文站水位测量技术相对先进一些,而普通的报汛站和水文监测站的测量技术仍处于比
2、较落后的状态,水文站测洪能力不适应监测大规模洪水的要求。至90年代初,我国很多地方水文测报设施经过几十年的运行,大多处于陈旧老化的报废状态,出现了设施破烂不堪、难以承担日常水文测报工作的局面。近年来,在国家计委和水利部的关心下,我国水文建设项目增多,建设步伐加快,使得水文测报设施破旧落后的状况得以改善。但距离水文工作现代化还有很大的距离。在新形势下,水位检测要求稳定和准确,传感器必须准确的检测到水位信息,并通过变送器把水位数据准确无误的呈现给观测人员。因此传感器能否准确地检测水位、稳定运行就成为了关键。1.水位监测的基本发展情况有些国家水位监测技术依然处于比较
3、落后的状态,在很多地区的河流、湖泊或水库,还在使用比较落后的监测设备,有些地方还在通过人工采集水文数据,这显然不能满足现代化水位监测的要求。水文监测有它特定的应用背景,一般都在比较偏僻的区域,这使得很难通过架设有线来完成数据传输,在这种情况下,使用无线通信是一种很好的选择。当前使用的GPRS、GSM、微波和数传电台等都有一定范围的使用,但它们都有其适用的局限性。随着无线传感器网络概念的提出,以及水文监控网络化的需求,ZigBee技术在水文监测领域的应用成为了可能,并具有其它几种无线技术不可比拟的优势。2.国外水位监测技术发展现状20世纪70年代后期,随着微型计
4、算机和单片机的出现和发展水位监测技术有了较快的发展。1976年美国SM公司与美国气象局合作研制的一套水位自动监测设.---备。80年代以来,由于遥控设备、数据传输方式和微机技术的进一步发展,水位监测和防洪调度自动化技术在全世界得到广泛的应用。90年代以后,国际上多家公司退出了功能强、应用范围广的产品,在水利水电、气象等领域都适时得到应用。在国外,美国和日本是较早开始水文自动化技术研究的国家。美国既是工业先进、通讯、交通网非常发达的国家,又是幅员广大、人口密度不均的国家。因此各种制式、各种通信方式的测报系统均比较发达。其中自报式超短波系统、卫星平台获得广泛的应用
5、,而且美国是大面积使用流星余迹通信进行水文遥测的唯一国家。使用卫星的系统如极轨卫星环境数据(包括水文数据)收集系统ARGos系统,及大量气象同步卫星平台,均可进行水文数据传输。近年美国的suTRON公司被美国海洋和大气局(NOAA)授权研制下一代水位测量系统州GwLMs)。该系统将会集成目前的海平面及大流域测量网络,用最先进的传感器,卫星传输手段,集中数据处理及接收。日本在37万kmZ的国土面积上,建有26个雷达雨量站,2500个地面雨量站和2100个水位站,观测范围覆盖整个日本。这些测站采用先进的监测设备,数据通过遥测系统传输到工事事务所,收集全国的水文信息
6、仅用10分钟,且每小时更换一次信息,事务所也可以通过监视器察看测站的运行情况。所有测站均实现无人值守,其监测系统集成化和综合程度比较高。对于水文监测系统的开发和研制,国外发达国家始终处于领先地位,其特点是:系统发展比较完善,传感器测报设备先进可靠;通信方式多样化且十分先进;分析预报技术成熟并积极采用各种先进的技术。在监测设备方面,国外的数据采集终端除了具有数据的自动采集、存储、处理和传输这些基本功能外,在传感器集成、多参数采集、监测设备智能化方面技术也比较成熟。3.国内水位监测技术发展现状我国水文监测系统的建设包括三个阶段:初级阶段、发展阶段和网络化阶段。二十
7、世纪七十年代中期开始到八十年代中期为初级阶段。水文信息化从1980年开始,起步于信息源的处理。八十年代中后期开始的十余年为发展期。九十年代后期,为适应防汛和水利调度现代化、信息化的要求,以及近代通信、计算机和网络技术高速发展的时代特点,水文监测系统的建设进入了网络化阶段。2001年,水利部印发了《全国水利信息化规划纲要》,提出了全国水利信息化的发展思路。在水利系统的信息化工作中,防汛信息系统建设起到了先锋带头作用。目前,从水利部机关到各流域、各省市实现了水情、雨情信息的网络化传输,实现了信息的自动化接收、处理和分析。在国家防汛指挥系统工程项目的总体设计中,提出
8、了在全国将建立224个水情分中心、22
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