嘉陵江水位监测系统的设计和实现

赖寅基

【摘 要】 为保障嘉陵江航道畅通、安全、高效，介绍嘉陵江航道条件的现状及建立水位监测系统的必要性，阐述水位监测系统建立的目的、结构设计和数据处理分析。水位监测系统的建立为嘉陵江航道管理向数字化、智能化转型奠定坚实的基础。

【关键词】 嘉陵江；水位监测；数字化；智能化

0 引 言

嘉陵江作为内河航运的重要干流，流经甘肃、陕西、四川和重庆，其重要地位显而易见。保障航道畅通、安全、高效是嘉陵江航道各級管理部门面临的首要任务。内河航运是国民经济的基础产业，是综合运输体系中重要的组成部分。发展内河航运对构建“两型”社会、转变发展方式具有重大意义，内河航道作为内河航运的三大要素之一，则是航运发展的先决条件。创新航道维护管理模式，促进航道维护由被动型向主动型转变，对保障航道安全畅通、提升公共服务品质至关重要。

嘉陵江水位变化快、幅度大，特别是在枯水季节或汛期更甚，快速、准确监测水位并及时发布和共享水位信息就显得尤为重要，直接关系到航道通航安全。传统水位监测的方法有人工读水尺、浮子式水位计等，但这些方法都有一定的局限性，存在误差大、无法及时获取和共享信息、无法有效融入数字航道系统等诸多问题。随着数字航道建设的稳步推进，嘉陵江航道管理处在管辖范围内也同步建设了多个水位站点，但精度方面还有待提高，而且嘉陵江水文局定期发布的水位数据购买成本又比较高。为了弥补上述存在的实际问题，引入一种新型水位监测技术一直是勘测中心重要的研究课题。

1 建立水位监测系统的目的

（1）实时采集嘉陵江水域所规划的监测点位置坐标，以掌握实时水位数据，保证嘉陵江水域的安全。

（2）一旦出现紧急异常情况（如水位值超过警界值），系统能及时发出预警信息。

（3）实现各水位监测站点水位自动记录（无人值守情况下）、监测系统的远程登录、远程访问、远程管理、远程控制和远程维护。

（4）通过监控中心实现远程数据共享和存储，运用分析软件分别对各个航道基地各个时段的水位监测数据进行归纳汇总统计，可以得到每年、每月、每天的水位变化曲线图以及相对关系变化图，从而直观显示水位信息数据的历史变化及当前状态，为管理人员提供简单、明了、直观、有效的信息参考。

2 水位监测系统的结构设计

水位监测系统主要包含连续运行参考站系统（CORS）服务网络、数据采集系统和远程监控系统等3个子系统。子系统间相互协作完成水位自动监测：将水位监测设备天线安装于各水位监测点所在基地的趸船顶部的开阔位置，利用基地岸电电源为监测主机供电，主机通过3G/4G无线通信网络，连接CORS服务网络，将高精度的用户位置电文（GGA）上传，监控中心服务软件读取CORS所存储的监测点高精度GGA，结合初始坐标和初始水位，得到监测点实时水位及水位变化状况。远程监控中心软件可以将读取的监测数据生成报表，并在出现险情时发出预警，上级管理部门也能通过远程方式进行检查和巡视。

CORS指一个或若干个固定的、连续运行的全球卫星导航系统（GNSS）参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（LAN/WAN）技术组成的网络，实时、自动地向不同类型、不同需求、不同层次的用户提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位、伪距），各种改正数、状态信息，以及其他有关GPS服务项目的系统。水位监测点监测主机要实现高精度定位，就必须依托于CORS。[1]

3 水位监测数据处理和分析

3.1 原始数据采集

原始数据采集软件采用的是南方测绘自由行数据采集软件，根据实际应用将水位数据自动采集时间间隔设置为6 min，各个水位监测站会将每天24 h监测数据自动存为一个数据包并存盘命名为当天日期。中心水位监控室计算机利用远程监控软件实时远程控制各个水位监测站计算机，并通过远程软件控制端将原始数据回传至中心监控室计算机存储。

3.2 数据处理

数据预处理前需要对存储于中心监控室计算机中的数据进行归纳分类，分别将各监测站数据按日、月、年进行归类。由于原始数据中包含了较多与数据分析无关的数据，因此需要对原始数据进行预处理，预处理软件采用的是自行开发的Visual Basic数据处理程序[2]，并结合微软的Office Excel软件对预处理数据进行重新编辑分类，最后生成的数据格式为时间和对应的水位（本文采用的1985黄海高程）。

3.3 数据分析

数据经过预处理后利用Excel电子表格软件分类提取得到各个监测站各个时段的数据，最后通过各种图表来实现各个时段与水位的相对关系（见图1）。从各个观测站每日、每月、每年的水位变化曲线及各个观测站之间的日相对变化关系对比（见图2），可以掌握基本的水位变化情况。

4 结 语

作为嘉陵江数字化、智能化航道建设的一部分，嘉陵江水位监测系统自2016年建立以来已取得了初步成效，实现了嘉陵江各个站点水位实时监测预警、远程数据共享及数据分析等成果，同时也积累了相关的建设、管理和使用经验，对于将该系统逐步向嘉陵江全河段推广起到了积极的示范作用。该系统的建设将进一步提升航道维护管理的质量和效率，大大降低航道洪水期过往船舶的航行风险，为嘉陵江航道的健康发展带来新的展望。

参考文献：

[1] 罗灵军，徐永书，夏定辉，等.重庆市连续运行卫星定位综合服务系统（CQGISS）建设[J].测绘科学，2007（6）：164-166，210.

[2] 吴敬兵，潘伟峰.基于VBA的Excel二次开发应用研究[J].湖北教育学院学报，2007（2）：64-65.