水文自动测报系统技术规范.docx

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水文自动测报系统技术规范

水文自动测报系统技术规范

中华人民共和国水利行业标准SL

PSL61—2003

水文自动测报系统技术规范

TechnicalSpecificationforhydrologicdataacquisitionSystem

2003—05—26发布2003—08—01实施

中华人民共和国水利部发布

中华人民共和国水利部

关于批准发布《水文自动测报系统技术规范》SL6l－2003的通知

水国科[2003]211号

部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务）局，新疆生产建设兵团水利局：

经审查，批准《水文自动测报系统技术规范》为水利行业标准，并予发布。

标准编号为SL61－2003，代替原SL61－94。

本标准自2003年8月1日起实施。

标准文本由中国水利水电出版社出版发行。

二OO三年五月二十六日

前言

修订SL61-94《水文自动测报系统技术规范》的主要依据为2000年水利水电技术标准制定、修订计划和SL01-97《水利水电技术标准编写规定）。

SL61-2003《水文自动测报系统技术规范》主要包括以下内容：

——水文自动测报系统建设前期工作的基奉内容和要求；

——进行系统设计时工作制式和通信方式的选择原则、系统应能达到的技术指标要求、数据传输格式和编码格式的要求、数据处理系统的基本功能要求等；

——系统设备的技术指标和安装调试的要求；

——系统考核、验收和运行管理的内容和要求。

对SL61-94进行修改的部分，包括以下几个方面：

——增加了引用标准和术语、符号及代号一章；

——调整明确了系统建设前期工作的具体内容；

——增加了多种通信方式并重新规定了数据格式；

——修改补充了中心站数据处理技术内容；

——修改补充了系统设备与安装调试等技术条款；

——充实了系统考核验收和运行管理等具体操作方面的要求。

本规范批准部门：

中华人民共和国水利部

本规范主持机构：

水利部水文局

本规范解释单位：

水利部水文局

本规范主编单位：

水利部水利信息中心

本规范参编单位：

水利部黄河水利委员会

水利部长江水利委员会

水利部淮河水利委员会

浙江省水文勘测局

四川省水文水资源勘测局

水利部南京水利水文自动化研究所

北京大学

本规范主要起草人：

张建云朱长年崔家骏唐镇松

徐兆成吴恒清周五一叶秋萍

王恒斌张海敏姚永熙陆旭

冯讷敏丁强王志毅程益联

程琳林灿尧

目次

1总则

1.0.1为促进我国水文自动测报系统的发展，统一技术要求，加强系统的规划、设计、施工和运行管理，制定本规范。

1.0.2本规范适用于江河、湖泊、水库、水电站、灌区及输水工程等水文自动测报系统的规划、设计、施工和运行管理。

1.0.3水文自动测报系统应利用遥测、通信、计算机和网络等技术，完成流域或测区内固定及移动站点的降水量、蒸发量、水位、流量、含沙量、潮位、风向、风速和水质等水文气象要素以及闸门开度等数据的采集、传输和处理。

1.0.4建设水文自动测报系统应充分利用流域或测区内现有水文测站。

承担水文资料收集任务的测站，应实现采集数据在站存贮。

1.0.5为了实现防洪抗旱工程体系的科学调度和满足施工与运行管理需要，大中型水利水电工程宜建设与其配套的水文自动测报系统，并作为工程建设的组成部分纳入工程的建设之中。

1.0.6水文自动测报系统的规划、设计、施工和运行管理，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2引用标准和术语、符号及代号

2.1引用标准

下列标准中的条款通过本规范的引用而成为奉规范的条款。

凡是注日期的引用标准，其随后所有修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范。

凡是不注日期的引用标准，其最新版本均适用于本规范。

GBJl38-90水位观测标准

GB2887-89计算机场地技术条件

GB3102量和单位

GB/T9359-2000水文仪器基本环境试验条件及方法

GB9813-89微型数字计算机场地通用技术条件

GBll830-89水文测报装置遥测水位计

GBll831-2002水文测报装置遥测雨量计

GB/T50095-98水文基本术语和符号标准

SL2.1～3水利水电量和单位

SLl0-89水文仪器术语

SL21-90降水量观测规范

SL26－92水利水电工程技术术语标准

SLl99－97水文自动测报系统通信电路设计技术规定

SL250－2000水文情报预报规范

SL276－2002水文基础设施建设及技术装备标准

2.2术语

2.2.1水文信息网hydrologicinformationnetwork

由国家、流域、省（自治区、直辖市）和地区等水文水利水电管理部门

，利用公用和专用的通信资源组建的计算机网络。

通过该网络可以快速完成实时效据收集，进行节点间的信息交换。

2.2.2测区measurementarea

为完成防汛抗旱、水资源管理、水环境保护和水工程运行管理等工作的某项任务需要进行水文信息采集的区域。

2.2.3集合转发站collectingandrepeantingstation

系统中接收处理若干个遥测站数据，合并转发至中心站的一种数据中转站。

2.2.4自报式automaticreportingmode

被测要素值发生变化或定时等事件触发，遥测站主动发送数据的工作制式。

2.2.5查询一应答式require-answermode

遥测站响应查询指令发送数据的工作制式.

2.2.6混合式mixmode

包含自报式和查询一应答式两种遥测方式的工作制式。

2.2.7遥测站网telemetricnetwork

系统中遥测站、中继站、集合转发站、中心站及其通信网络的组合。

2.2.O由GB/T50095-98、SLl0-89、SL26-92及SLl99-97等标准确定的术语也适用于本规范。

2.3符号及代号

2.3.1符号

1由GB/T50095-98、SLl0-89、SL26-92及SLl99-97等标准确定的符号适用于本规范.

2由GB3102及SL2.1～3标准确定的有关量、单位和符号等，也适用于奉规范.

2.3.2代号

由GB/T50095－98、SLl0－89、SL26-92及SLl99-97等标准确定的代号（含缩略字母）和以下代号（含缩略字母）均适用于本规范：

1ASK——振幅键控。

2FSK——移频键控，也称频移键控。

3DPSK——差分移相键控，也称差分相移键控。

4QAM——振幅相位调制，也称正交调幅。

5GMSK——高斯最小频移键控。

6MSK——最小频移键控。

7FSK—FM——频移键控—调频。

8CRC——循环冗余校验。

9RS－232C——美国电子工业协会推荐标准232C号，异步数据传输不平衡方式串行接口。

10RS－422——美国电子工业协会推荐标准422号，异步数据传输平衡方式串行接口。

11RS—485——美国电子工业协会推荐的平衡输入输出电路接口标准。

12GSM——全球移动通信系统，原称为泛欧数字移动通信系统。

13GPRSGSM系统的通用无线分组业务。

14GSM07.07、GSM07.05（SMS）——欧洲电信标准协会制定的移动通信短消息通信协议。

19PCMCIA——国际PC机存储卡协会。

16PSTN——公用电话交换网。

171SDN一一综合业务数字网。

18ADSL——非对称数字用户环路。

19FR——帧中继。

20DDN——数字数据网。

21x.25——公用数据线路协议标准，规定了分组交换网接口。

22INMARSAT——国际海事卫星组织。

23VSAT——卫星系统甚小口径终端。

24INTERNET——国际互联网，也称因特网。

25INTRANET——企业内部互联网。

26TCP/IP——传输控制协议/网际协议。

它包含了网络接口层、网络层、传输层和应用层等协议，是一个完整的计算机网络协议。

27MTBF——平均无故障工作时间。

28GPS——全球定位系统。

29CMOS——补金属氧化物半导体。

30CCITT——国际电报电话咨询委员会。

31TTL——晶体管—晶体管逻辑。

3系统建设前期工作

3.1基本资料收集

3.1.1水文自动测报系统规划、设计应收集其所在流域或区域下列基本资料；

1地形图（比例尺不小于1：

50000）：

2已建、在建和计划建设的水文站网、报汛站网和水文自动测报系统等方面的资料；

3气象、水文及防洪标准等资料；

4雷电情况和地震烈度；

5已建、在建和计划建设的水利工程布局，以及重要水利工程的技术特征资料；

6防汛抗旱、水资源管理、水环境保护和水工程运行管理方案及需求；

7通信网的布局、功能和收费标准，

8无线电频率干扰及工业干扰情况和通信发展规划，

9交通与供电等情况。

3.2系统规划

3.2.1系统规划应根据系统所在流域或测区水利信息化建设、水文发展等规划的要求，通过对当前和远景的建设目标、任务和效益的分析论证，确定系统的功能和建设规模。

3.2.2系统规划应包括以下主要内容：

1系统需求分析；

2系统内各类遥测站向中心站报送的数据类别、频度以及与外部进行数据交换的任务；

3系统功能和主要技术指标：

4数据传输通信方式的初步选定；

5遥测站网布设的初步论证；

6土建工程基本要求；

7本系统接入水文信息网以及与有关系统联网的要求；

8建设规模和分期实施计划；

9投贤估算，

10系统建设和管理的保障措施；

11系统的效益分析和经济评价。

3.3项目建议书及可行性研究报告

3.3.1项目建议书应根据系统规划的内容，全面阐述项目的必要性、目的和任务、功能和解决方案等。

3.3.2项目建议书的主要内容应包括：

1建设的必要性，

2建设目标和任务；

3需求分析，

4建设条件和规模；

5遥测站网布设论证，

6功能要求和主要技术指标：

7组网方案和设备选型的初步论证，系统和设备的可靠性要求；

8选用的工作制式，数据传输方式，通信设备的技术性能；

9中心站数据接收、处理、交换及应用的要求，

10与水文信息网以及其他系统连接的任务；

11遥测站房、水位观测设施、天线塔、中心站站房、防雷接地等土建工程的基本要求；

12建设进度安排：

13系统建设和运行管理的保障措施；

14投资估算和编制依据；

15效益分析及经济评价。

3.3.3各类遥测站点的布设应符合下列规定：

1已设水文、水位和蒸发站不得变更其位置.因特殊原因需要变更位置时，应按有关规定报请有关部门审批。

2通信条件差的雨量站，可根据通信条件适当调整站点位置，对于基本雨量蛄，可根据有关规定另外建设一个遥测雨量站。

3委托管理的无人值守遥测站，应尽可能设在靠近居民点、交通方便、便于管理维护的地点。

3.3.4遥测站的观测项目和报送次数，应根据测站类别、应用需要和有关规定确定。

3.3.5对已有成熟适用传感器的观测项目，应由遥测终端机自动完成数据的采集和报送；对尚无成熟适用传感器的观测项目，可由人工置数方式完成观测数据的报送。

3.3.6系统功能和主要技术指标应根据以下内容确定：

l遥测站、集合转发站的功能要求，包括遥测数据显示限报警、设备自检、电源报警以及本地打印等功能。

2中心站将遥测数据和以其他方式报来的数据转换成统一的数据格式以及与外部进行数据交换的要求。

3中心站对系统工作状态的监测功能。

4中心站的数据处理功能要求：

数据合理性检查与缺漏插补，需要整理打印和显示的水文图表的类别，遥测站数据存贮模块的读取和处理，需存贮的数据类别、数量和存贮时间，预报和调度作业任务的需求。

5对自报式制式，规定发送数据的时间间隔或增量间隔。

6对查询—应答制式，提出中心站完成一次巡测及召测的时间要求、巡测的时间间隔。

7应在站存贮和人工置数的站点。

8应配置两种以上数据传输手段的站点。

9设备平均无故障工作时间、数据传输可靠性与误码率源可靠性、备用设备、备用信道等可靠性要求。

10系统留有扩展余量的要求。

3.3.7系统数据通信方式的选择应按照工作可靠护、运行费用较低以及充分利用当地现有通信资源等原则确定。

3.3.8可行性研究报告应达到的深度接近系统设计，编制时可参考本规范“4＃系统设计”的有关规定进行。

4系统设计

4.1系统组成

4.1.1水文自动测报系统的基本功能框图如图4.1.1所示。

系统组成应由务实际系统的功能要求确定。

图4.1.1水文自动测报系统的基本功能框图

1传感器：

完成系统需采集的各种参数的原始测量，并将测量值变换成机械或电信号输出。

2编码：

包括信源编码和信道编码。

其中，信源编码的功能是在一定的保真度条件下，将测得的参数值变换成效字信号；信道编码的功能是将信源编码器输出的数字信号转换成符合一定规则的数码，以达到适合于信道传输，便于纠错、检错等要求。

3解码：

解码过程是编码过程的逆变换。

信道解码是根据信道编码规则，将收到的信道码变换为信源码，并检查和纠正数据传输中的差错，信源解码是将信源码复原成测量的参数值。

4存贮/记录：

用于按时间顺序存贮/记录所采集的参数值。

存贮/记录装置可接在信源编码器的输出端口。

5键盘/显示：

用于显示所采集的参数值，以及用于工作模式的设定和人工观测参数置入等。

6调制解调：

调制的作用是把数字信号变成适合信道传输的已调载波信号，解调则是把接收到的已调载波信号恢复成数字信号。

在使用数字信道时，应按数字信道的接口要求进行数据传输，无需进行调制解调。

7扩展通信口：

作为终端和其他数字设备的接口，用于编程或数据下载、发送水情报文等。

8信道：

包括传输电信号的媒质和通信设备。

9传输控制；对数据的发送和接收全过程进行时序和路径控制。

l0差错控制：

检查和纠正数据在传输过程中可能产生的差错。

ll数据处理：

包括对接收到的数据进行合理性检查、整理，并存入数据库，生成各种数据文件等。

12数据输出：

数据显示、打印、报警和数据转发等。

4.1.2水文自动测报系统包含以下4类站点，各类站点的功能是：

1遥测站：

在遥测终端控制下，自动完成被测参数的采集，将取得的数据经预处理后存入存贮器，并完成数据传输。

遥测站的设备按照需要增加人工置数和超限主动加报等功能。

2集合转发站：

在某些水文自动测报系统中，为组网需要，由集合转发站接收处理若干个遥测站的数据，再合并转发到中心站。

3中继站：

用于沟通无线通信电路，以满足数据传输的要求。

4中心站：

主要完成各站遥测数据的实时收集、存贮以及数据处理任务，并负责将所收集的实时数据报送给上级和有关部门。

在系统规模较大时，根据需要可以设置若干分中心站。

4.1.3水文自动测报系统应能通过中心站与水文信息网相连，在网络支持下，实现信息共享。

4.2设计任务、内容和工作制式

4.2.1水文自动测报系统的设计任务应按照项目建议书或可行性研究报告的要求，选择系统工作制式和通信组网方案，分配系统各组成部分的技术指标；确定各类接口的技术标准；规定数据流程，完成数据采集、传输和处理各部分的设计；进行主要设备选型，设计软件功能，制定配套部件的研制计划，编制投资预算等。

4.2.2系统设计应包括以下主要工作内容：

1现场查勘和资料收集，

2选择系统工作制式，

3制定实现系统功能要求及达到技术指标的措施；

4通信方式选择和通信网的设计；

9联网设计；

6论证和选择传输控制方式，选择和制定数据传输规程，

7规定各组成部分间的接口标准与数据编码格式；

8主要设备选型和配套部件及其专用软件研制计划；

9数据接收、处理、检索软件的设计，进行数据库管理系统选型和数据库设计；

10系统可靠性设计，包括系统可靠性和数据安全设计；

ll供电、防雷与接地的设计，

12土建工程设计；

13提出项目建设组织实施计划和系统运行管理保障措施，拟定建设进度计划与人员培训计划。

14编制投资预算.

4.2.3应根据功能要求、管理维护力量、电源、交通和可资利用的通信信遭以及信道质量等条件，按照经济合理、便于维护的原则，选用自报式、查询一应答式或混合式工作制式。

4.3系统技术指标

4.3.1系统应满足20min内完成一次全系统实时数据收集、处理和转发的要求.系统规模过大时，可增设分中心或集合转发站进行分级管理。

4.3.2应根据所选通信方式规定数据传输信道误码率Pe。

主要通信方式的数据传输倌道误码串可按表4.3.2确定。

所选通信方式所允许的误码率最大值不能满足设计要求时，应重选通信方式，调整组网方案。

表4.32主要通信方式的霞据情轴信道误码率

信道

超短波

短波

微波、卫星

PSTN

GSM

DDN、ADSL、FR

Pe

≤1×10－4

≤1×10－3

≤1×10－6

≤1×10－5

≤1×10－5

≤1×10－6

注；PSTN信道的误码率要求和数据传输速率有关。

4.3.3数据传输速率应依据通信方式在下列范围内选择：

1超短波信道的数据传输速率可根据系统要求的响应时间在300、600、1200、2400、4800、9600bps等档次中选择。

2短波信道的数据传输速率可在5、110、300、600、1200、2400bps等档次中选择。

3微波信遭的数据传输速率可在l.2、2.4、4.8、9.6、32、64kbps等档次中选择。

4采用邮电公用通信信遭的数据传输速率应根据系统使用要求选定。

5不同卫星通信终端设备的数据传输速率有较大差异，可根据使用要求进行选择。

6采用数字移动通信信道（GSM、GPRS等）的数据传输速率可选用9600bps。

所选通信方式的允许最高数据传输速率不能满足系统数据传输时间要求的，应重选通信方式，调整组网方案。

4.3.4系统采集参数的精度，取决于传感器的分辨力和测量准确度，由数据传输、处理带来的误差应不影响数据精度：

l雨量计：

应选择分辨力为0.1、0.2、0.5mm或1.0mm的雨量计。

较大降雨量时的误差应用自身实测降雨量与排水量相比较的相对误差检测；较小降雨量时的误差用绝对误差检测。

不同分辨力的雨量计测量精度应符合表4.3，4的规定，并达到三级精度要求。

表4.3.4雨量传感器的允许误差

分辨率

（mm）

自身排水量（mm）

≤10

＞10

≤12.5

＞12.5

≤25

＞25

0.1，0.2

±0.4mm

±4%

－

－

－

－

0.5

－

－

±4%

－

－

0.1

－

－

－

－

±1.0mm

±4%

2水位计：

应选择分辨力为0.1cm或1.0cm的水位计。

在水位变幅小于等于10m的情况下：

1）当分辨力为0.1cm时，室内测试的最大允许误差应为士O.3cm

2）当分辨力为l，0cm时，95％测点的允许误差不应超过士2cm，99％测点的允许误差不应超过±3cm。

3）闸位计：

分辨力为1.0cm时，其测量准确度和分辨力与分辨力为1.0cm的水位计相同。

4.3.5信道和信道带宽的选择应遵守下列规定：

1超短波信道应优先选用国家无线电管理部门分配给水文遥测系统建设的专用频率。

2利用公用信道或其他信遭时，应根据数据传输要求和信道特点确定传输速率和所需带宽。

3在确定使用通信方式及其所需带宽时，应尽量提高通信资源的利用率，不宜过多采取专线专用方式。

4.3.6水文自动测报系统的可靠性包含系统可靠性和设备可靠性两个指标。

指标的确定应符合下列要求；

1系统可靠性用系统在规定条件下和规定的时间内，数据收集的月平均畅通率和数据处理作业的完成率来衡量。

系统数据收集的月平均畅通率应达到平均有95

％以上的遥测站（重要控制站必须包括在内）能把数据准确送到中心站。

数据处理作业的完成率P应大于95％。

P按式（4.3.6）计算：

P＝（m/N）×100％（4.3.6）

式中N——按照设计要求完成的数据处理作业的次数：

m——在N次数据处理作业中，系统能按时按要求完成的作业次数。

2系统通过网络向上传输数据的畅通率宜达到99％以上。

3遥测站、中继站和中心站设备的MTBF应不小于6300h。

4.3.7系统的工作环境、电源、防雷接地的设计应符合下列要求：

1系统的设备应能在下列温度和湿度条件下正常运行：

1）中心站，温度为5～40℃，相对湿度小于90％（40℃）。

2）遥测站、中继站，温度为-10～45℃，相对湿度小于95％（40℃）。

2系统的电源设计应按下列要求进行：

1）中心站交流电源。

单相，220V，允许变幅为±10％，50±1Hz;三相，380V，允许变幅为±10％，50±1Hz。

中心站交流电源必须采取稳压、滤波等措施，保证电源电压值符合设备要求并抑制经交流电源引入的干扰，也可以配备不间断电源等，提高供电系统的可靠性。

2）中心站、中继站、遥测站直流电源。

电压，12V，允许变幅为-10％～+20％；24V，允许变幅为-10％～+20％：

推荐使用12V。

电流：

电池提供电流的能力应根据遥测蛄所配设备的工作电流要求确定.对于使用收发信机的站点，发射功率大于5W时，电池提供瞬时电流的能力应不小于2A；发射功率达到25W等级时，电池提供瞬时电瘫的能力应不小于10A.容量；全靠电池供电，应能保证设备连续工作30d，用太阳能电池浮充供电，应保证设备能长期可靠工作。

3应保证系统可靠运行，防止从天馈线、电源线、遥测设备与传感器间的信号线引入雷电损坏设备。

在系统设计中应采取下列避雷措施：

1）安装避雷针，避雷针的接地电阻应小于10Q。

2）天线系统应根据具体情况安装合适的避雷装置。

3）交流电源输入端可增加浪涌吸收器、隔离变压68或其他防雷装置.对于遥测站、中继站和中心站的通信控制机，应尽可能采用太阳能电池浮充供电，避免交流电源引雷.在雷电多发地区，交流电源输入端应采用可靠的电源避雷措施。

4）室外电缆应采取良好的防雷措施，防止信号线引雷。

5）交流电源接地、防雷接地和设备接地应各自单独引线接入地网。

6）应用PSTN信道时，必须加装电话线避雷器.

4.4数据传输方式和编码格式

4.4.1系统数据传输方式（包括数字调制方式、差错控制、同步方式）的选择应符合下列规定：

1同一站内相距较近的设备之间可采用基带传输，相距较远的站点之间应采用数字调制信号传输.

2数字调制可选择ASK、FSK、MSK、GMSK、DPSK、QA