我國是一個洪澇災害比較嚴重的國家，平均不到兩年就發(fā)生一次較大的洪災，每年都因洪水造成一定程度的損失，水電廠的生產(chǎn)也因此受到較大的影響。為了進行防洪預報和防洪調(diào)度，需要及時掌握庫區(qū)流域的水情信息，為此水電廠在庫區(qū)范圍內(nèi)，定點設置水情觀測站。由于庫區(qū)多為偏僻山區(qū)，環(huán)境條件惡劣，通常采用無人值守的水情遙測站，若干個遙測站形成水情監(jiān)測網(wǎng)絡。因此系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集以及傳輸過程中出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的正確處理是保證系統(tǒng)可靠工作的必備要求。

  一、水情遙測系統(tǒng)的組成及工作方式
      水電廠水情遙測系統(tǒng)主要對庫區(qū)段流域面積內(nèi)的水情信息進行采集和處理，做出準確的洪水預報和防洪調(diào)度。系統(tǒng)水情遙測系統(tǒng)由水位傳感器、雨量傳感器、遙測站、無線電臺、中繼站、及中心站計算機系統(tǒng)組成，其組成結構如圖1所示。

      在系統(tǒng)中遙測站通過傳感器自動實時地進行水位及雨量數(shù)據(jù)的采集，并通過無線電臺向中心站計算機系統(tǒng)發(fā)送所采集到的水情數(shù)據(jù)，中心站計算機系統(tǒng)則對所接收的水情數(shù)據(jù)進行分析處理及洪水預報。由于遙測站是在野外工作，無人值守，為了減少能耗，平時處于掉電值守狀態(tài)，并采用自報式工作體制進行數(shù)據(jù)的發(fā)送傳輸水位或雨量變化時，或遙測站需要定時上報時遙測站才退出值守狀態(tài)進入工作狀態(tài)，進行水情數(shù)據(jù)的采集和處理，并將水情數(shù)據(jù)及測站信息等向中心站計算機系統(tǒng)上報，數(shù)據(jù)上報完成后遙測站重新進入掉電值守狀態(tài)。

  二、數(shù)字式雨量、水位傳感器
      在水情遙測系統(tǒng)中遙測站無人值守且地處野外，交流供電困難，只能靠蓄電池和太陽能電池供電，所以遙測站必須簡單、可靠、能耗低。在遙測站的設計中，正確的傳感器選擇是保證遙測站達到其要求的關鍵因數(shù)之一。
      傳感器是實現(xiàn)測量及控制的首要環(huán)節(jié)，一般傳感器有模擬式和數(shù)字式兩類，模擬式傳感器，在和計算機及數(shù)字化儀器相連的時候必須采用A/D轉換器把模擬量轉換為數(shù)字量，且易受電磁干擾，不利于遠距離傳輸。數(shù)字式傳感器直接將待測量轉換為數(shù)字量輸出，其輸出信號抗干擾能力強，功耗小，可與數(shù)字設備直接連接。數(shù)字式傳感器的這些特點。特別適合應用于水情遙測系統(tǒng)中，選擇數(shù)字式雨量及水位傳感器有利于遙測站電路的簡化，提高遙測站的可靠性，從而有利于滿足遙測站低功耗的要求。
      雨量傳感器是系統(tǒng)中使用最多的傳感器，在系統(tǒng)中采用翻斗式雨量計和浮子式水位計作為系統(tǒng)的雨量傳感器和水位傳感器，翻斗式雨量計屬于開/關式數(shù)字傳感器，浮子式水位計屬于編碼式數(shù)字傳感器。
  1.翻斗式雨量計
      翻斗雨量計采用單觸點通斷輸出，由干簧管繼電器、雨量翻斗組成。當翻斗內(nèi)雨量達到1mm時，翻斗翻轉，在翻轉翻斗翻轉瞬間，帶動磁鋼作弧狀運動，從而使干簧管有約0.1s的吸合時間作為信號輸出。其性能指標如下：
      輸出信號：機械雙穩(wěn)態(tài)脈沖信號
      承水口內(nèi)徑：300mm
      分辨率：1mm
      相當誤差：≤3%
      雨強范圍：0.01～4mm/min,允許最大雨強8mm/min
  2.浮子式水位計
      浮子式水位計的工作原理如圖2所示，它利用液體浮力測液位的原理，靠浮子隨水面升降的位移反映水位變化。漂浮通過強索經(jīng)滑輪與編碼器相連，編碼器的數(shù)字輸出即為水位高度為防止錯碼的出現(xiàn)，其編碼器的編碼為格雷碼。

　　系統(tǒng)中浮子式水位計主要性能指標為：機械編碼，碼型為格雷碼
      分辨率：1cm
      測量范圍：0～40m
      精度：±1cm

  三、遙測站工作值守電路
      在水情遙測系統(tǒng)中遙測站是以80C31單片機為核心構成的監(jiān)測控制系統(tǒng)。為了減小其能耗，遙測站平常處于掉電值守狀態(tài)。因此要實現(xiàn)對雨量、水位數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，即在雨量或水位有變化的時候能夠實時的進行數(shù)據(jù)采集、處理和發(fā)送，遙測站就必須具有工作值守電路，其電路如圖3所示。 

      當雨量傳感器的雨量值有增量（1mm）變化時，光電耦合器產(chǎn)生一低電平脈沖，通過與非門U1、反相器U2到與非門U3，U3輸出一高電平脈沖復位信號到80C31單片機，使單片機復位，退出掉電值守狀態(tài)開始工作，同時啟動工作時間計數(shù)器計，在正常情況下，遙測站完成水情數(shù)據(jù)的采集、處理及數(shù)據(jù)傳輸任務后，重新進入掉電值守狀態(tài)。如果由于干擾使遙測站的程序出現(xiàn)運行錯誤，在規(guī)定的工作時間極限內(nèi)不能進入掉電值守狀態(tài)時，工作時間計數(shù)器將發(fā)出一個時間極限的低電平脈沖，通過與非門U4、反相器U5到與非門U3，U3輸出一高電平脈沖復位信號到80C31單片機，使單片機復位，重新開始正常工作。水位增量變化及定時報的工作原理與雨量增量變化和時間極限的工作原理相似。

  四、水情遙測系統(tǒng)中對異常數(shù)據(jù)的處理方法
      在水情遙測系統(tǒng)中遙測站選用自報式工作體制，這種體制的優(yōu)點較多，主要是系統(tǒng)結構比較簡單，設備能耗低，維修方便，可靠性較高，適合于我國多數(shù)水大廠地處偏遠山區(qū)，交通不便等國情特點。自報式工作體制的主要缺點是同頻信號的碰撞問題。同頻信號的碰撞及電磁的干擾都可能使水情數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常錯誤。為了減小異常錯誤數(shù)據(jù)的出現(xiàn)及系統(tǒng)的影響，在系統(tǒng)中采用了以下方法：
      1.對水情數(shù)據(jù)采用能檢二糾一錯的（8.4）編碼方式進行信道編碼來提高數(shù)據(jù)的通信質(zhì)量。
      2.對雨量數(shù)據(jù)的處理，中心站在接收到雨量數(shù)據(jù)后進行有效性檢查，雨量數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)的通信發(fā)送過程中使用雨量的累計值，這樣在中心站每一次接收到雨量值都大于或等于上一次接收到的雨量值，在其兩次接收之間的降雨量為本次接收到的雨量值。但兩次之間的增量又必須在一定的有效范圍內(nèi)，因為在系統(tǒng)中其兩次接收數(shù)據(jù)之間的降雨量不可以產(chǎn)生比較大的跳變。如果出現(xiàn)接收到雨量值小于上次接收到的雨量值或兩次之間的雨量增量比較大的情況時，則還要根據(jù)再下一次接收到的雨量值來進行判斷處理。
      3.對水位數(shù)據(jù)的處理，中心站在接收到的水位數(shù)據(jù)后，先對接收到的水位數(shù)值與上一次接收到的水位數(shù)值進行比較分析，檢查其變化量是否在有效范圍內(nèi)，如果是說明水位數(shù)據(jù)是正確的，否則再根據(jù)下一次的水位數(shù)據(jù)進行比較分析以確定其水位數(shù)據(jù)的正確性。

  五、結論
      由于數(shù)字式傳感器的輸出具有抗干擾能力強，可與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設備直接相連的特點，因此，在水情遙測系統(tǒng)中傳感器中選擇數(shù)字式雨量及水位傳感器，極大地簡化了系統(tǒng)遙測電路，從而提高了系統(tǒng)可靠性。配合設計合理的遙測系統(tǒng)的值守控制電路及監(jiān)測控制電路，減小值守時的能耗，就可滿足遙測系統(tǒng)簡單、可靠、能耗低和經(jīng)久耐用的要求。另外為了保證系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)的可靠性，還應對水情數(shù)據(jù)采用能檢二糾一錯的（8.4）編碼方式進行信道編碼，并在中心站對接收到的數(shù)據(jù)進行合理性檢查。
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