LXD-1型水文缆道测流系统在略阳站的应用

赵军

（略阳水文站 陕西 略阳 724300）

1 概述

略阳水文站位于陕西省汉中市略阳县城关镇，处于陕甘川三省交界地带，海拔高约1400m～1500m，境内山脉主要走向呈东西延展，全区山高谷深，山势雄伟，嘉陵江由北向南，大体与东西向的构造线垂直，河面狭窄，谷坡陡峻、呈峡谷地形，是长江流域嘉陵江干流控制站，属国家级重要站、中央报汛站,断面以上流域面积 19206km2。受“5·12”地震影响，该站基本断面附近山体垮塌，地锚出现裂纹、控制台受损，主索钢塔变形，严重地影响了水文测验工作。在灾后重建过程中，国家安排资金，重新建设高标准的水文缆道设施，引进具有国内先进水平的计算机测流系统及其他仪器设备，全面恢复了水文测验工作，提升了略阳站的测验技术水平。

2 略阳站原有测流设施、设备及测流情况

略阳站的缆道设施始建于上世纪70年代，主索跨度175m，建设标准低，设备老化，流量数据的采集，主要依赖人工定位、计时操作，人工记数，手工计算的方法，技术水平落后。原有缆道设备主要存在以下问题：

（1）测流设备故障多，保证率低，遇复杂情况，人工难于判定；

（2）测洪标准低，劳动强度大，测验时间长，时效性差，无法保证防汛工作的需要；

（3）测流信号不稳定，效率低下，技术手段落后，影响资料成果的精度。

3 计算机测流系统组成

在新建水文缆道的基础上，引进江西生产的LXD-1型缆道测流系统，应用计算机测控技术、无线通讯技术、变频技术及相关的先进技术，对复杂情况进行智能判断，自动采集、自主识别，可以自主判断、动态显示当前工作状态，较精确地控制铅鱼定位、自动计算起点距和流速，显示并存储测流结果，实现了流量测验的自动化功能。该系统由硬件和软件组成。

3.1 系统硬件组成

系统硬件主要包括铅鱼上的测流信号装置、绞车上的计数装置及变频调速控制系统等。

系统的硬件结构见图1。

3.2 系统软件结构

系统软件采用模块化结构，主要由测控软件和报表软件组成。系统的软件模块见图2。

4 系统在略阳站操作使用情况

4.1 系统的安装与调试

（1）硬件的安装与调试。该系统硬件比较简单，测控部分由2个模块组成，采用搭积木的方式完成，变频器模块负责电机调速和换向，控制器模块负责和计算机通信和信号的采集。信号部分由2个高频电台完成水下信号的收发，其信号的传输不依赖缆道，通过空气辐射，信号稳定可靠。

（2）软件的安装与调试。软件的安装调试，主要是按默认的提示，在较短的时间内即可完成。

4.2 系统的比测率定

原有缆道测流人工控制的比测率定工作量大，需要几个人才能完成，比测率定完后，由于主索垂度影响，还要人工来修正起点距，由于每根垂线的修正值不一样，需制作一张查算表，每测一根垂线，根据表中的修正值，换算成实际值，由于换算复杂，实际工作中容易经常出错。

应用缆道测流系统的比测率定工作就比较简单，譬如起点距比测的基本操作方法是将传感器采集的信号脉冲数和实测起点距输入计算机，点击保存按钮，系统就完成了起点距比测率定工作，同时可以自动将主索垂度进行修正，系统显示的起点距的就是实际测得的起点距值。

水深和流速的比测率定方法与起点距基本相同，这里不再赘述。

4.3 系统的测控

系统的控制界面如图3。

系统提供了多种控制方式，操控非常方便，在对速度的操作方式中，可以用鼠标左键的拖动、点击、滚轮的滚动等方式，也可以用键盘的左、右键，还可以用操作台的速度旋钮来控制速度；4个方向的操控和停车，也有多种方式，可以用鼠标直接点击界面上的方向按钮，也可以用键盘的快捷键，还可以用操作台的控制按钮。

灵活方便的操控方式，满足了每个人的使用习惯，使大家感到，系统很先进，操作很简单，控制很随心，没有高科技带给大家的神秘感，更因为界面的友好、直观，设计的人性化，最大限度的减少了操作者的恐惧感。

4.4 系统的设置

系统没有太多的设置，在测验前，将水位输入，再选择好垂线，剩下直接用计算机操作就可以了。

4.5 流量测验

略阳站原有缆道采用人工控制进行流量测验，操作者将仪器放到测验位置，由于缆道的惯性、操作者的熟练程度等因素，使得测验的时间长，定位精度因人而异，从而影响测验时机和测验精度。

应用缆道测流系统施测流量，将整个测流过程程序化，按照预先设置好的垂线，点击开始测流按钮，自动完成断面流量的测流过程，如根据水面宽设置测深、测速垂线，按照所测水深自动判定测速方法。当启动自动测速模式后，铅鱼自动完成测深、测速垂线布设，自动采集信号，并将其传输到水文控制台内，控制台自动对所收集的信号进行处理，并发至后台计算机内。兼容半自动和人工测量。也可利用人工设置，布设测深测速垂线，控制铅鱼运行，能实现自动、半自动、手动等多种作业方式。在对铅鱼进行运行控制的过程中，各种测量方式即可在测量控制台上设置完成并保存，测量结果以标准的流量记载计算表格式输出，同时对该次成果进行合理性检查,以评估数据的精度等级，进而确定成果的不确定度,所有数据将以数据库格式保存于计算机内，以便于水文资料的整编。

系统提供了自动和手动两种测流、测沙模式。由于洪水的演变规律极为复杂，极端情况下，在自动模式下，系统可一次性采集几十个乃至几百个点的水文数据，对采集的数据进行分析和计算，形成图表打印出来,系统也可在手动模式下采集数据，这样，系统的应用就极为灵活机动，可在各种环境下使用。

4.6 测流信号的采集、传输和处理

略阳站传统的测流信号是利用缆道钢丝绳来传输的，其稳定性差，维护困难，往往一次测流过程中，由于信号的不稳定，导致测验中断，无法满足测流要求。

新的系统其信号的传输不再利用钢丝绳，而是采用高频电台，通过空气辐射电磁波的方式来传输信号，稳定性极好。

为了解决测验中多个信号的传输，同时满足计算机测流需要，系统中设置了水面、流速、河底3个信号，并对3个信号进行数字编码，编码后的信号，抗干扰性极好。这是传统信号无法比拟的。

4.7 略阳站计算机测流系统的测流测深精度

测流精度分析。测流的精度由以下4方面控制：

（1）起点距定位精度，由于垂线起点距的定位由软件预置，到达位置前一段距离，程序控制运行速度由正常转向慢速，其停车误差被消除，起点距的定位精度非常高；

（2）测点定位精度，测点位置的放置也是由程序预置，到达位置后系统自动停车，其测点定位误差也被消除；

（3）流速信号计数精度，流速信号的计数由软件自动完成，不会存在多记或者少记，针对流速仪的接触丝所产生的假信号，程序做了相应的软件滤波处理；

（4）计时精度，计算机调用操作系统的时钟进行计时，其计时误差被消除。

5 略阳站计算机测流系统的稳定性、可靠性

（1）稳定性分析。该系统以软件为平台，硬件为辅助，原来很多用硬件来完成的逻辑控制功能，现在是通过软件来完成，而软件的稳定性要高于硬件，使得系统具有极高的稳定性。

（2）可靠性分析。可靠性分析是指系统的模块化设计，在整个系统中，硬件有2个模块组成，一个是变频器，一个是控制器，操作人员可以在短时间内判断出2个模块的故障情况，并加以更换，在短时间内将系统恢复不会影响测流

6 结语

该系统在略阳站的使用，提高了该站的自动化测验水平，系统实现了测深、测速、取沙等测验项目测控、计算、资料打印输出一体化，缩短了测验历时，提高了测验精度。同时也减轻了劳动强度。该系统使用方便、操作简单、界面直观、运行稳定、测验精度符合水文测验规范要求。陕西水利