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智能測(cè)控技術(shù)在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用

文檔作者：孫洪波文檔來源：河南省南陽水文水資源測(cè)報(bào)分中心		更新日期： 2026年07月21日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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上一篇：水土保持及其生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法研究

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第５期　 氣 象 水 文 海 洋 儀 器 　　No．５
２０２４年１０月　 Meteorological,HydrologicalandMarineInstruments 　　Oct．２０２４
收稿日期:２０２４ ０６ ２８．
作者簡(jiǎn)介:孫洪波(１９７１ ),男,大學(xué),工程師.主要從事智慧水文方面的研究工作.
智能測(cè)控技術(shù)在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用
孫洪波
(河南省南陽水文水資源測(cè)報(bào)分中心,南陽 ４７３０００)
摘　要:為了充分發(fā)揮水文智能測(cè)控技術(shù)精準(zhǔn)、快速地提供數(shù)據(jù)信息及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用,文章
分析了水文工作中測(cè)驗(yàn)的要求,闡述了智能監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)應(yīng)用,以及水文現(xiàn)代化
建設(shè)的要點(diǎn),將水文測(cè)驗(yàn)與智能化探測(cè)技術(shù)相結(jié)合,旨在實(shí)現(xiàn)水文測(cè)驗(yàn)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化和精準(zhǔn)化.
關(guān)鍵詞:智能檢測(cè)技術(shù);水文;測(cè)驗(yàn)
中圖分類號(hào):P３３２　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　　文章編號(hào):１００６ ００９X(２０２４)０５ ０１２７ ０３
Applicationofintelligentmeasurementand
controltechnologyinhydrologytest
SunHongbo
(HenanNanyangSub CenterOf HydrologicalWaterResourceMonitoringAndReporting,Nanyang４７３０００)
Abstract:Inordertofullyleveragetheroleofhydrologicalintelligentmeasurementandcontroltechnologyinproviding
accurateandrapiddatainformationandprotectingtheecologicalenvironment,thisarticleanalyzestherequirementsfor
testinginhydrologicalwork,elaboratingontheadvantages,systemdesign,technicalapplications,andkeypointsof
hydrologicalmodernizationconstructionofintelligentmonitoringtechnology．Bycombininghydrologicaltestingwith
intelligentdetectiontechnology,theautomation,modernization,andprecisionofhydrologicaltestingcanbeachieved．
Keywords:intelligentdetectiontechnology;hydrology;test
０　引言
合理、高效、科學(xué)地采集水文數(shù)據(jù)能夠?yàn)橄嚓P(guān)
工作的開展提供支持.將水文測(cè)驗(yàn)工作和智能測(cè)
控技術(shù)充分結(jié)合,能夠使智能測(cè)控工作的開展更
加順利.與此同時(shí),現(xiàn)代化測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用,還可
使信息的獲取變得更加便捷和迅速,創(chuàng)建智能化
系統(tǒng)可以提高測(cè)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度和工作質(zhì)量,實(shí)
現(xiàn)水澇干旱災(zāi)害的盡早預(yù)防.
１　水文工作特點(diǎn)對(duì)測(cè)驗(yàn)提出的要求
水文工作有一定的緊迫性,在制定工 作 規(guī) 劃
時(shí),需要相關(guān)部門提供及時(shí)、有效、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)作
為支撐.水文工作人員需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并制
定水文災(zāi)害的應(yīng)對(duì)方案,同時(shí)以水文測(cè)驗(yàn)資料助
力政策及方案的制定,提升信息服務(wù)水平.現(xiàn)代
智能檢測(cè) 技 術(shù) 可 避 免 基 本 信 息 收 集 不 全 面 的 問
題,提高通信技術(shù)能力,將智能測(cè)控技術(shù)與水文測(cè)
驗(yàn)工作相結(jié)合,優(yōu)化水文服務(wù)[１].
２　智能監(jiān)測(cè)技術(shù)在水文工作中的優(yōu)勢(shì)
２．１　加快資料采集速度
目前國(guó)內(nèi)測(cè)控工作自動(dòng)化程度偏低,會(huì) 耗 費(fèi)
大量人員精力.合理應(yīng)用智能測(cè)控技術(shù),能夠改
善以往測(cè)控工作存在的不足,可在短時(shí)間內(nèi)完成
信息的采集、規(guī)整和研究[２].
２．２　保障信息精準(zhǔn)性
以往水文工作受到人員專業(yè)性、設(shè)備應(yīng)用熟練
氣 象 水 文 海 洋 儀 器 Oct．２０２４
度、操作環(huán)境等因素的影響,信息精準(zhǔn)度無法得到保
障.如水文站位置荒僻,少有人員居住,但年降水總
量、水體流動(dòng)量偏大,一旦發(fā)生洪水災(zāi)害,水體流動(dòng)速
度增快、水內(nèi)漂浮物體數(shù)量增加,極易導(dǎo)致流速儀等設(shè)
備發(fā)生故障,降低數(shù)據(jù)的時(shí)效性,若工作人員不能及時(shí)
處理,則無法保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.而應(yīng)用智能測(cè)控技
術(shù),水文人員僅需要異地操作現(xiàn)代化儀器,便能完成測(cè)
驗(yàn)任務(wù),保障了信息的時(shí)效性和數(shù)據(jù)質(zhì)量.
３　水文測(cè)驗(yàn)中智能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
３．１　框架設(shè)計(jì)
在水文監(jiān)測(cè)工作中,智能測(cè)控技術(shù)充分融合了
測(cè)量、管控、通信、智能傳感、電腦等一系列技術(shù)后,
可開展水體周邊情況的全天監(jiān)視和控制.技術(shù)人
員在設(shè)計(jì)智能測(cè)控技術(shù)時(shí),會(huì)重視信息收集、傳送、
研究、使用、保存的功能,確保其能夠自動(dòng)開展信息
收集工作,之后利用先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行全面分析,及時(shí)
發(fā)現(xiàn)并改正其中的錯(cuò)誤.
３．２　硬件設(shè)計(jì)
３．２．１　水下硬件
微電腦操控技術(shù)和水下硬件控制技術(shù)的結(jié)合,
使傳感器管理控制得到程序化改變,有效解決了信
號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)序性問題.多樣化信息在傳輸中會(huì)存
在干擾問題,可根據(jù)軟件的編碼形式合理規(guī)避.與
此同時(shí),水下開展信號(hào)傳輸工作時(shí),工作人員利用
短波通信形式,能在一定范圍內(nèi)有效避免信號(hào)衰減
對(duì)工作造成影響.智能測(cè)控系統(tǒng)的水下硬件框架
中,微電腦作為關(guān)鍵控制設(shè)備,可歸整傳感器收集
的信息,最后將其發(fā)送至主要控制機(jī)房?jī)?nèi)[３].
３．２．２　岸上硬件
技術(shù)人員開展岸上硬件規(guī)劃時(shí),應(yīng)對(duì)以下方面
多加關(guān)注:第一,科學(xué)應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方式,結(jié)合多
種功能,提高維護(hù)工作的便捷性和清晰度;第二,利
用智能設(shè)備完成整體控制和信息計(jì)算,提高工作便
捷程度;第三,與硬 件 系 統(tǒng) 相 比,優(yōu) 先 考 慮 軟 件 形
式,提高整體運(yùn)行穩(wěn)定性;第四,選擇非接觸形式的
硬件完成信號(hào)檢測(cè),確保其具有優(yōu)秀的避雷效果;
第五,科學(xué)分離強(qiáng)點(diǎn)器、弱點(diǎn)器,強(qiáng)化抗干擾成效.
３．３　軟件設(shè)計(jì)
３．３．１　硬件程序
開展智能測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),技術(shù)人員 應(yīng) 對(duì) 以
下關(guān)鍵點(diǎn)多加關(guān)注:第一,規(guī)劃過程中充分考慮員
工的工作特征,設(shè)置醒目警示燈,使操作者及時(shí)、
有效 了 解 目 前 情 況,提 高 系 統(tǒng) 智 能 化、現(xiàn) 代 化 水
平;第二,注重水文工作設(shè)施建設(shè),國(guó)內(nèi)多數(shù)地區(qū)
水文設(shè)施陳舊、時(shí)間久遠(yuǎn),關(guān)鍵河流邊緣的居民數(shù)
量眾多,河體狀態(tài)復(fù)雜,致使標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展存
在巨大困難,但智能測(cè)控技術(shù)大幅縮減了數(shù)據(jù)誤
差范圍,保障了信息內(nèi)容的準(zhǔn)確性.
３．３．２　報(bào)表程序
開展智能測(cè)控系統(tǒng)規(guī)劃時(shí),應(yīng)重視行業(yè)規(guī)范,并
在行業(yè)規(guī)范基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)程序的科學(xué)設(shè)計(jì),結(jié)合人員
測(cè)算、信息化報(bào)表制作的特點(diǎn),提高報(bào)表程序的精準(zhǔn)
度和可操作性.與此同時(shí),報(bào)表程序具備的查詢功
能,能夠打印、輸出水深度、橫向分布等信息[４].
４　水文測(cè)驗(yàn)中智能測(cè)控技術(shù)應(yīng)用
４．１　信息數(shù)字化
水文站可創(chuàng)建信息共享平臺(tái),利用該 平 臺(tái) 全
面掌握地區(qū)水利建設(shè)的實(shí)際情況,相關(guān)部門應(yīng)保
證測(cè)驗(yàn)站點(diǎn)位置布設(shè)的合理性,提高工作的現(xiàn)代
化和智能化水平,支撐國(guó)家長(zhǎng)久發(fā)展和水利工作
的智慧化轉(zhuǎn)變(如圖１所示).
圖１　水文工作數(shù)字化流程
４．２　智能通信計(jì)算
水文智能化測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)部包含控制系統(tǒng)和監(jiān)
測(cè)系統(tǒng),控制系統(tǒng)由吊臂、控制箱、攝像、儀器、無線
信號(hào)接收和發(fā)送軟件等組成,通過對(duì)軟件的合理使
用,實(shí)施精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在測(cè)驗(yàn)規(guī)范基
礎(chǔ)上利用儀器測(cè)驗(yàn),將得到的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)變?yōu)樗?
體流動(dòng)數(shù)量的記載信息表,或通過公網(wǎng)將監(jiān)測(cè)信息
傳輸至信息中心,實(shí)現(xiàn)巡視工作的自動(dòng)化開展.
將測(cè)驗(yàn)得出的信息傳送至中心,通過優(yōu)化傳統(tǒng)
數(shù)據(jù)傳輸方式,提高策略制定和數(shù)據(jù)信息的時(shí)效性,
智能通信系統(tǒng)如圖２所示.自動(dòng)化錄入水文測(cè)量信
息和水體流動(dòng)數(shù)據(jù)的云端測(cè)算降低了人員數(shù)據(jù)計(jì)
算、錄入的工作強(qiáng)度,提高了工作效率;測(cè)量數(shù)據(jù)回
到中心后,信息規(guī)整,處理便捷性增強(qiáng),一旦信號(hào)傳
輸被迫中斷,上位機(jī)實(shí)時(shí)保存相關(guān)內(nèi)容,便于在系統(tǒng)
??１２８??
第５期 孫洪波:智能測(cè)控技術(shù)在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用
恢復(fù)后第一時(shí)間開展傳送,防止關(guān)鍵資料丟失.
圖２　智能通信系統(tǒng)
由于測(cè)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)化,員工只需要接受簡(jiǎn)單的
培訓(xùn)即可上崗,這種變化改善了技術(shù)人員不足的狀
況;車載系統(tǒng)支撐腿可提高設(shè)備穩(wěn)定性;高度清晰、
全景系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用能幫助人員躲避障礙,精準(zhǔn)找
到測(cè)驗(yàn)點(diǎn);鋼絲過載報(bào)警系統(tǒng)在設(shè)施達(dá)到一定數(shù)值
后,向人員發(fā)出及 時(shí) 警 報(bào),從 而 有 效、快 速 規(guī) 避 危
險(xiǎn);吊臂急停功能在人員發(fā)覺危險(xiǎn)因素后,減少產(chǎn)
生的損失;測(cè)流信號(hào)有線傳輸與專業(yè)鋼絲繩結(jié)合,
強(qiáng)化了信號(hào)傳輸穩(wěn)定性;工業(yè)性 PLC能使設(shè)備控
制性能強(qiáng)化,產(chǎn)生高精準(zhǔn)信息;強(qiáng)敏感傳感器可提
升設(shè)備應(yīng)用安全性;工作艙內(nèi)、外一鍵自動(dòng)、手動(dòng)等
區(qū)域內(nèi)存在應(yīng)急操作鍵,保證設(shè)備運(yùn)行安全.
４．３　電流檢測(cè)設(shè)備
電流流速儀需要利用電波雷達(dá)槍,在 多 普 勒
效應(yīng)前 提 下 進(jìn) 行 測(cè) 定.儀 器 設(shè) 備 會(huì) 產(chǎn) 生 無 線 電
波,無線電波與水面接觸后,存在部分能量返回設(shè)
備的缺陷,而無線電波的信號(hào)頻率變化與速度成
正比,以 便 在 短 時(shí) 間 內(nèi) 測(cè) 定 水 體 平 均 流 動(dòng) 速 度.
電動(dòng)雷波槍設(shè)備可連續(xù) ５h不 間 斷 工 作,并 達(dá) 到
多次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)電動(dòng)雷波槍內(nèi)有傾斜傳感器,
能夠 自 動(dòng) 改 正、手 動(dòng) 選 擇 角 度,保 障 結(jié) 果 的 準(zhǔn) 確
性,異常天氣下存在高強(qiáng)防水性.
開展垂線測(cè)速時(shí),電波流速儀器與纜線測(cè)速垂
線處于一致狀態(tài),并互相保持１０m距離;流速測(cè)驗(yàn)
工作時(shí),操作人員應(yīng)將設(shè)備打開、完成參數(shù)設(shè)置、調(diào)
整方向和角度,再將探頭瞄準(zhǔn)至側(cè)流斷面垂線,最初
發(fā)射時(shí)間保持在１０s,然后每次觀測(cè)間隔５s,確保在
１min內(nèi)完成,操作人員需要根據(jù)流速曲線分布圖、
斷面圖分析信息合理性,如不符合要求應(yīng)重新測(cè)驗(yàn).
４．４　統(tǒng)一系統(tǒng)應(yīng)用
智能化水文工作的開展需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)
據(jù)、智慧計(jì)算等現(xiàn)代化技術(shù),在“大平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、大
系統(tǒng)”理念下,建立標(biāo)準(zhǔn)化、全局化服務(wù)體系,以及
一體化信息歸整、保存、管理平臺(tái),確保行業(yè)事務(wù)處
理一體化.與此同時(shí),水文信息化建設(shè)應(yīng)在數(shù)字化
前提下,融合收集、整理、保管、組建智慧監(jiān)測(cè)網(wǎng)、大
數(shù)據(jù)平臺(tái)、信息智庫(kù),確保水文測(cè)控工作智能化、廣
泛化、高效化、全面化開展,強(qiáng)化工作多樣化能力.
如某水文站項(xiàng)目通過合理使用稱重式雨雪測(cè)量計(jì)、
水位計(jì)、水體蒸發(fā)觀測(cè)裝備、雷達(dá)在線測(cè)流裝備,與
無線、有線、衛(wèi)星通信等結(jié)合,創(chuàng)建了智能化平臺(tái),
完成了大量信息的展示,實(shí)現(xiàn)了流域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)、
流動(dòng)情況、災(zāi)害預(yù)報(bào)、物資管控等的全方位、多角度
工作覆蓋,并為防汛、生態(tài)環(huán)境保護(hù)作出巨大貢獻(xiàn).
４．５　開展頂層設(shè)計(jì)
由于水文測(cè)控工作內(nèi)容多元,無法在短時(shí)間內(nèi)
完成,并存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn).技術(shù)人員應(yīng)在全局角度前
提下,了解目前發(fā)展情況和實(shí)際需要并明確優(yōu)化思
路,以此制訂實(shí)施方案和落實(shí)工作進(jìn)度,然后在滿
足工作實(shí)際需求的基礎(chǔ)上,分步建設(shè),并融合“先易
后難、先試后用”的理念階段性地開展工作.
４．６　水動(dòng)力學(xué)模型選用
技術(shù)人員可利用二維非恒定流淺水方程組,模
擬水體流動(dòng)情況,利用有限體積、黎曼近似解求出模
乘方組數(shù)值.應(yīng)用有限體積法,可以做到積分離散
無結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格,促使其達(dá)到模擬邊界水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài).
并且模型還會(huì)根據(jù)設(shè)備采集資料進(jìn)行網(wǎng)格劃分,規(guī)
避復(fù)雜邊界結(jié)點(diǎn)不足,接著利用有限體積法完成單
元網(wǎng)格各時(shí)段動(dòng)量平衡,最后利用黎曼近似解知曉
單元網(wǎng)格間的水體數(shù)量交互,提高計(jì)算的精準(zhǔn)度.
５　水文現(xiàn)代化建設(shè)工作要點(diǎn)
５．１　建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)體系
智能化測(cè)控系統(tǒng)與水文工作結(jié)合,可 為 防 控
水澇提供精準(zhǔn)高效的信息,補(bǔ)充其中的信息空缺,
完成河流水庫(kù)沿海地區(qū)的全面覆蓋,建立健全的
監(jiān)測(cè)體系,實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的精準(zhǔn)、高效管理.與此
同時(shí),通 過 創(chuàng) 建 水 質(zhì) 站 網(wǎng)、監(jiān) 測(cè) 站 網(wǎng) 和 水 環(huán) 境 生
態(tài),確保水文機(jī)構(gòu)在地區(qū)內(nèi)的全面覆蓋.如某水
文站創(chuàng)建了１２００m 的雙攬６跨度電路,安設(shè)了
１０個(gè)不需要接觸的固定式雷達(dá)測(cè)流、接觸式超聲波
差法的線上流量測(cè)量系統(tǒng),通過對(duì)其合理應(yīng)用,完成
了水面上、下同時(shí)測(cè)流操作,前后共進(jìn)行了５次最大
高峰流量監(jiān)測(cè),２０２０ ０８ １４實(shí)現(xiàn)了１１０００m３/s的
精準(zhǔn)預(yù)報(bào),并提出“不分洪”預(yù)案,有效保護(hù)了耕地和
人民的生命財(cái)產(chǎn)安全.
(下轉(zhuǎn)第１３３頁)
??１２９??
第５期 崔振中:水文測(cè)驗(yàn)中誤差形成原因與解決對(duì)策
數(shù)字化水文測(cè)驗(yàn)站點(diǎn),利用自動(dòng)化的采集、處
理系統(tǒng),幫助了技術(shù)人員的計(jì)算,促使水文測(cè)驗(yàn)工
作向自動(dòng)化、便捷化轉(zhuǎn)變.
４　結(jié)束語
水文測(cè)驗(yàn)作為水文工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié),能 為 災(zāi)
害防護(hù)、資源利用提供核心、精準(zhǔn)的信息支撐.水
文監(jiān)測(cè)中人員操作與儀器設(shè)備使用管理都會(huì)導(dǎo)致
測(cè)驗(yàn)誤差的出現(xiàn).有效規(guī)避水文監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)誤
差,要以人員工作能力與素養(yǎng)提升為基礎(chǔ),優(yōu)化水
文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)算法、儀器設(shè)備選型及儀器的保養(yǎng)維
護(hù)工作體系,最大限度地發(fā)揮儀器的作用,為工作
人員提供更精確的數(shù)據(jù).在水文測(cè)驗(yàn)活動(dòng)中應(yīng)考
慮自然因素對(duì)觀測(cè)活動(dòng)的潛在影響,從各個(gè)維度
消除監(jiān)測(cè)誤差,將自動(dòng)化、智能化技術(shù)作為提高水
文測(cè)驗(yàn)精確度的有效手段.
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(上接第１２９頁)
５．２　合理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)
隨著國(guó)家信息化技術(shù)的飛速進(jìn)步,網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 據(jù)
傳遞和智能傳感技術(shù)不斷發(fā)展.伴隨５G 技術(shù)的
出現(xiàn),互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸效率提高,互聯(lián)網(wǎng)具備了
自我檢測(cè)、診斷和自適應(yīng)功能,將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與微
處理器融合,形成了全新一代的智能設(shè)備,滿足水
文測(cè)驗(yàn)的需求.
５．３　高效精簡(jiǎn)系統(tǒng)體系
完善水文運(yùn)行管控體制、管理機(jī)構(gòu),可有效推動(dòng)
地區(qū)相關(guān)建設(shè)發(fā)展進(jìn)步,建立基層全新服務(wù)體系、完
善創(chuàng)新運(yùn)行機(jī)制,創(chuàng)建并完善水文技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,提
升人員素質(zhì),強(qiáng)化管理機(jī)制,促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新,增強(qiáng)水
文監(jiān)測(cè)持續(xù)性.
６　結(jié)束語
水文測(cè)驗(yàn)與智能化探測(cè)技術(shù)結(jié)合,有效改善了
以往數(shù)據(jù)采集、整理、保存和應(yīng)用中存在的不足,大
幅提升了人員工作效率.與此同時(shí),通過將智能化
探測(cè)技術(shù)與水文建設(shè)工作相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了資源的充
分利用、保障了應(yīng)急預(yù)防的時(shí)效性,促使水文站工
作向自動(dòng)化、精準(zhǔn)化轉(zhuǎn)變,滿足現(xiàn)代化工作的需求.
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