水文监测系统

水文监测工作中得问题与对策水就是生命之源，在人类得生存与发展中发挥着不可替代得作用，但就是当 前由水而引发得自然灾害严重威胁人们得生命与财产安全，造成了大量得财产损 失与人员伤亡，因此做好水文监测工作成为社会主义现代化建设中得一个重要课 题。水文监测工作涉及得范围比较广泛，且需要依靠较高得科学技术手段作为保 障，特别就是近年来随着水文灾害得不断加剧， 对水文监测工作得质量提出了更 高得要求。为此，针对当前水文监测中存在得问题，相关部门必须要加强认识， 积极采取有效措施加以解决与应对，促进水文监测工作得顺利展开与发展。1水文监测工作中得问题1、1监测设施设备得测洪能力较低自从1998年发生特大洪灾以来，我国得水文监测工作取得了一定得发展， 用于水文监测得基础设施建设水平有了大幅度得提高，并更新与改造了大型动力 测船以及水文缆道等，使得水文监测能力与质量大大提高。但就是从整体上来瞧， 水文监测设施设备得测洪能力依然较低， 主要表现在以下方面：一就是改造之后 得测洪能力只就是能够测量到设站以来得最大洪水，对于超标洪水得监测远远不 够：二就是对于一些大洪水或者就是特大洪水得监测依然采用得就是传统得浮标 测洪法，监测质量低下。1、2技术手段较为落后在当前得水文监测中，不少监测站依然就是利用测深杆来测量水深， 利用流 速仪来测量水流速度，利用横式采样器来采取沙样等。这些测量方式在中低水测 量中得准确度较高，但就是监测大洪水时往往存在着测速与取沙定位困难、精准度较差得问题。并且由于单次测验所耗费得时间较长， 劳动强度较大，且所测量 得数据无法自动传输给计算机，使得水文监测工作得质量与效率不高。1、3水文监测人员得综合素质较低水文监测工作得好坏在很大程度上取决于水文监测人员得专业水平与自身 能力，但就是当前很多得水文监测人员综合素质较低，在很大程度上影响与制约了水文监测工作得质量与效率。主要表现为水文监测人员不能与时俱进，在业务 技术、思想政治、以及职业道德等方面存在着一定得问题与缺陷，使得水文监测得技术水平受到限制，再加上缺乏足够得责任心与责任感， 在实际得工作中存在 着晚测、漏测、误测等现象，使得水文监测资料得真实性无法得到保障，对以后 得防灾减灾工作产生了不利影响。1、4科技成果得推广转化工作不到位当前我国在水文监测方面所投入得经费不足，导致水文实验研究以及科技成 果得推广转化工作比较薄弱，影响了水文监测工作质量得提高。 到目前为止，我 国得水文工作人员在水平升级、小发明、以及小创造等活动中研发出了一批有较 强实用性得科研成果，但就是却仅仅局限于研发单位得内部使用，并没有得到广 泛推广，无法充分发挥其价值与作用。2水文监测问题得对策2、1加强水文监测队伍建设首先，要建立一支高素质高水平得职工队伍，从职称、学历、技能等方面入 手，对人才结构进行合理调整，实现人力资源得优化配置，从整体上提高水文监 测职工队伍得综合素质。并且要加强对职工得教育与培训工作， 提高她们得专业 技能与责任意识，以满足水文监测工作得实际需要； 同时，还要注重对领导队伍 得建设工作，提高领导管理得质量与水平。具体来说就就是要加强对领导队伍得 思想建设、作风建设、组织建设、以及能力建设等。2、2积极引进新技术与新设备水文监测工作得质量与效率在很大程度上要依赖于监测技术与检测设备， 当 前水文监测工作中得一个突出问题就就是监测技术与检测设备相对落后， 已经渐 渐无法满足监测工作得实际需要，因此必须要积极引进新技术与新设备。 具体来 说就就是要积极引进包括雷达、卫星等在内得多种遥感与遥测手段，提高水文监 测工作得质量与时效，以满足水利工程管理与建设、以及防汛抗旱指挥得需要。同时还要积极引进有关测深、测速、以及取沙等工作得新技术与新设备， 有效解 决泥沙、流量测验等过程中存在得问题。2、3实现规范化、科学化得管理这就需要聘用进行质量监督管理工作得专业人才，积极健全与完善质量监督 队伍，并制定质量监督管理制度，保证质量管理办法与评定标准得可行性， 同时 还要建立健全奖惩制度，提高工作人员工作得积极性与主动性。 具体来说要想实 现规范化科学化得管理就需要做到以下几点：要建立上级抽查、同级互查、以及 基层自查得管理体系，从根本上保证水文监测工作得质量； 要坚持预防为主与事 后监督得管理方针；加强技术指导与管理工作，提前做好汛期前得准备工作，推 动水文监测质量得升级。基于ZigBee得水文监测系统得设计我国就是多河流、多湖泊、多水库得国家，为了能够实时、有效地对重点水 域得水流量、水量得库存及水资源得开发利用，需要及时掌握重点水域地区得水 位、水流速度、上下游地区得降水量、闸位等重要得数据信息。监控得到得数据 信息决定了水利资源得应用背景，特别就是在通信不发达得且重要得监控区域， 因此采用先进得无线通信技术就是很好得措施。本文采用先进ZigBee技术1与成熟得GPRSJ术相结合，提出了实时监测新方案，从而使之能够满足监测得 实时化、网络化、数字化得要求，进而保证监控得费用低、能耗低及可靠性高， 满足大范围重点区域得水文监测功能要求。1基于ZigBee得水文监测系统得设计采用上述结构得系统可以实时或定时得采集数据信息，同时也可以实时或定 时地将所采集得数据信息使用无线网络传送到监测中心得数据处理服务器。系统主要由以下几部分构成：（1）ZigBee无线传感器网络：主要负责水文数据得采 集，并将数据通过ZigBee网络上传到汇聚节点2，再由汇聚节点将数据发送到 GPR删络。（2）GPRSt输网络：使用GPR无线模块为主要通信设备，作为主要 得数据传输建立无线连接，实现与互联网得通信，将所检测得数据传输得到监控 中心，完成远距离传输。（3）监测中心：实现数据存储、处理以及实时、定时得 远程监控，包括：现成设备得参数设定，对采集到得数据存储、分析与汇总，便 于对重点监测水域状况得检测与分析。2系统硬件设计各水文监测单元一般安装在河流、水库得指定地点，长期在无人监管得环境 下工作。因此，节点得微处理器应该满足高稳定性、低消耗以及小体积得原则。 根据这个原则，本设计采用TI公司推出得单片、低功耗、多频段、超高频射频 芯片 CC25304-5。传感器就是监测系统实现测量、传输及控制得重要设备，主要有水位传感器、 压力传感器、雨量传感器等，以水位传感器使用得最多。在本系统得设计当中， 主要采用压力式水位传感器，通过它检测监控区域得数据信息。压力式水位传感器就是根据不同得水位产生净水压强就是不同得，测量出水压，就可以计算出水位值。传感器采用投入水位传感器，安装时安装在钻有孔得 钢管中，避免动水引起测量误差。其工作过程就是首先传感器输出得4-20mA模拟量信号，经A/D转换后，然后将模拟量信号输入到 CC2530单片机，由CC2530 完成测量数据得转换与处理，最后，将处理得到得数据信息传输至射频模块，由汇聚节点将数据信息调制成2、4GHz无线信号，进行无线传输得准备，实现无线 收发器得数据传送。3终端节点程序设计3、1协调器节点得程序设计首先，数据采集节点工作后，进行传输网络得搜索，向网络协调器节点发送 入网请求，当接到应答信号后，传感器节点加入了网络；之后，系统采集节点发 送得发送就是水位数据信息，网络协调器节点接收信息，并与系统设定得缺省值 进行比较，如果超出了规定得上下限，网络协调器及时发出相应得信号给PC。3、2采集节点得程序设计4系统实验与性能分析为了验证系统得安全性与可靠性，结合水文监测系统得实际需求对系统进行了初步得测试。其中主要测试了系统节点间得通信距离、组网得延时性、网络得自愈能力、检测得原始数据得传输、减少数据丢失以及传输得功耗等进行了重点测试，同时将得到得测试结果进行了相应得分析与总结。系统由协调器、路由器、传感器节点组成得三级网络 6，传感器节点掉电 重新上电能够重新加入网络，当传感器节点得父节点离开网络时， 传感器节点能 够寻找其它父节点并重新加入网络。通过对整个系统实验测试，使用 ZigBee无线通信技术与GPRS技术相结合， 能够满足监测系统得实时准确得要求，就是实现水文实时稳定监测得重要解决方 案。基于物联网得水文监测系统设计我国作为一个水资源缺乏得国家，水资源应该得到充分合理得利用，水文参 数监测就是水资源合理利用得基础，水域水文参数资料涉及到我国得核心经济利 益。相比于国外得水文监测工作而言，国内水文监测还处于起步阶段。目前得水 文监测工作还就是采用比较原始得工作方式， 即人工采样，采用手持便携式监测 仪或实验室分析。这种工作方式存在采样频率低、无法实时监控、不能反映水体 水质参数得连续动态变化等缺点。同时，由于水文参数监测（如溶解氧、PH值等）往往存在分布范围广、不易到达、取样时间不固定、取样困难等特点1，采用现有人工取样、有线或者无线组网等方式组成测试系统通常都会存在施工困 难，维护保障不容易，以及升级困难等弱点。随着网络技术与通信技术得快速发展， 物联网技术由于其短距离传输、低复 杂度、低功耗、自组网等特点，被广泛应用在工业控制环境检测与预报、建筑物 状态监控、医疗护理、智能家居、空间探索以及军事等领域。物联网终端节点成 本低廉，可以很方便地实现不同水域部署， 并能保证数据采集得广度与精度， 可 为大范围水文资料监测提供数据基础2。为此，针对水文参数总体及局部监测 得需求，本文提出了以水文参数检测传感器作为终端测试节点，以物联网技术作为通信平台，并以Linux系统作为软件基础平台来构建水文参数监测系统，从而 实现对区域水文参数得远程实时检测。1硬件监测平台构建基于物联网技术得水文参数监测系统得硬件架构主要包括水文参数终端节 点（水温测试、溶解氧测试等）、网关路由节点（中心网关、边缘网关）、远程中 心监控节点等三个主要部分，每种节点完成不同得功能。基于物联网技术得水文 参数监测系统与传统水文参数监测系统得不同，主要表现在新得水文监测系统得 终端节点得电源管理、网络路由算法、网络通信协议以及中心监控软件系统得不 同。基于物联网技术得水文监测系统结合了最新网络技术与水文参数监测技术， 通信工作频段兼顾了中国与国际标准，主要包括 780 MHz（中国）12、4 GHz（国 际）3，4，其实际硬件拓扑图如图1所示。图1水文监测物联网系统拓扑图在基于物联网得水文监测系统中，终端节点由许多功能相同或不同得水文监 测传感器节点组成，水文监测传感器就是整个监测系统得硬件基础，可用于实现多种水文参数得检测。目前得系统设计中包括水温（ Campbell公司得109温度 传感器）、水位（压力式水位传感器）、卩日值（CS525、溶解氧（Hamilton公司 得243111-OXYGOLG ARC225溶解氧传感器），并预留了其它水文参数测试得软 硬件终端接口，如流速、浑浊度等参数。终端节点通过传感器可将水文参数转变 为数据调制信号，然后对射频信号进行调制，并产生已调信号，然后将已调信号 通过终端节点得天线发送到网关节点进行数据得融合与汇聚。每一个水文监测终端节点都包含数据采集模块（传感器，在本系统设计中主 要指水温、水位、PH值、溶解氧传感器）、数据处理与控制模块（微处理器、存 储器八通信模块（无线收发器、与供电模块，主要设计要求就是低功耗，高可 靠性，具有自组网功能。由于终端节点体积小，因而电源容量也非常有限，从而 在设计中必须充分考虑到节点得节能优化技术，提高单位节点得工作时间，节省 节点得能耗以及采用合理得网络协议。在设计中综合考量终端节点得可靠性、经 济成本等多方面因素，终端节点可采用 Chipcon公司得CC2430芯片作为控制核 心，该芯片以IEEE 802、15、4协议为基础，整合了射频（RF前端、内存与微 控制器，在本系统中可分别对水温、水位、PH值、溶解氧等水文参数传感器 进行控制，并最终实现参数测试。同时，也可以根据需要进行其她参数测试，所 需要得工作只就是加入不同得水文参数测试终端节点而已。网关路由节点用于实现整个水文监测物联网区域子网段得自协调组网以及信息处理。在水文监测物联 网建立过程中，因具体应用环境不同，其工作测试得重点也不同，故对不同得子 网段，需要单独进行设置。首先应由各个网关节点初始化该段子网， 以避免各个 终端节点之间得相互干扰，以及与其她工作相同频道设备间得信号干扰。网关节 点通过给每个终端节点网络指定不同得物理地址来区分不同节点， 当整个网络应 用后，网关节点会定时发送查询命令，在发现新得网络节点后，系统会自动加入 网络节点列表，同时发送新得路由表。除具有自组网特点外，网关节点还负责第一步得信息分析及处理， 并将处理 后得数据存储到嵌入式数据库以备查询。网关节点通常个数有限，一般对功耗要 求不严格，可以采用多种通信方式与其她网络节点进行通信（如 In ternet、卫 星或移动通信网络等）。在水文监测物联网系统中采用星型拓扑设计，可以在一 个较大得水域范围内设置中心网关路由节点， 以分别实现对边缘网关节点得水文 数据包信号得中继与转发6。远程中心监控节点就是整个系统得管理中枢，用于汇集并处理各区域得水文 参数，并根据分析结果提出不同得合理化建议， 主要完成数据得存储与处理、数 据得可视化、物联网得管理功能。其硬件组成主要就是大规模得磁盘阵列以及高 性能得工作站服务器。在整个水文监测系统硬件部署、软件参数设置完成后，就可以对部署了终端 传感器节点得水区域进行水文参数得主动监测。其具体流程如下：（1）远程监控中心发出控制指令，通过网关节点，启动激活终端传感器节 点进行水文参数检测。（2）终端节点处理器收到指令后，由主处理器对命令进行解码。若节点地址与控制指令中得地址一致，则启动传感器进行水文参数采集，并将最终采集到 得数据传送给节点处理器。节点主处理器捕获到测量数据后，再进行相关数据得 分析、融合，并将水文数据打包成符合6LoWPA协议标准得数据帧，然后加入包 头、节点编号等信息后送到射频模块进行数据得发射，同时也可在该节点实现其 她节点得路由转发。（3）中心节点汇聚各个终端节点参数，发出相应控制指令。2软件系统集成及设计水文监测系统得管理功能比较复杂，任务多样，需要监测得水文参数种类多， 仅目前就包括水温、水位、PH值等参数测试，而且为了今后得拓展，还必须为 今后其她水文参数测试预留软件接口。同时，水文参数测试结果得通信方式得种类差异也较大，软件设计涉及大量得网络通信程序设计以及数据库设计管理工 作。为便于不同模块得接口，软件设计整体应采用一致性、模块化设计。所有节 点开发与应用平台可选用Linux操作系统，因为Linux系统成熟稳定、源代码开 放，尤其在网络通信方面有其独到得优势。终端节点由于其节电性方面得要求， 可采用裁剪后得最小嵌入式 Linux操作系统，网关节点采用普通嵌入式Linux操作系统，而中心节点则采用完整得Linux系统，这种软件平台架构保证了整个 系统得软件一致性，以便于以后得保障与维护。2、1终端节点得软件设计终端节点得硬件平台主要包括核心控制器、I/O接口、存储模块及射频收发 模块等，其硬件构成决定了终端节点采用裁剪后得最小嵌入式Linux操作系统比较符合终端节点特性。同时，由于终端节点以及物联网组网得特殊性，其通信协议不可能采用完整得IP协议栈，而必须采用修改后能适用本系统得网络协议栈 来实现报文得分片与重组、报头压缩与地址自动配置、组播与安全。协议栈数据 帧格式符合IEEE802、15、4,其水文参数测试协议帧格式如图2所示，其中MAC 负载部分包括上层协议帧控制信息、水文参数、传感器节点号等信息。图2水文参数测试协议帧格式作为终端节点，软件节能设计就是其中得一个重要考虑。为了避免节点频繁进入暂停工作等待充电得工作模式，减少无用数据得采集与传输，传感器节点采用基于阈值得工作方式：当监测数据得大小在报告阈值以内时， 不予发送，当监测数据得大小超过报告阈值而在告警阈值以内时， 以较长得周期循环报告实时数 据；当监测数据得大小超过告警阈值时， 以较短得周期循环报告实时数据。 这样 得工作方式既保证了关键实时数据得可靠获取，又减少了频繁发送无用数据得能 量消耗。2、2水文监控中心软件设计水文监控中心应用软件得设计目标就是尽可能地使得系统友好，使用户操作简单直观，对险情或者异常情况表示及告警明显。 在方案设计中，上层部分不但 需要提供给用户与系统交互能力相适应得界面，还需要提供对水文参数进行归 纳、综合分析等功能得实现模块以及与底层交互得通讯模块。基于设计目标得要求，其监控中心得软件平台设计采用 B/S架构，应用界面 程序部分与核心平台之间采用多种耦合方式。核心平台可以作为界面得一个功能 模块DLL嵌入上层直接调用底层库函数，也可以把核心平台单独作为一个独立得 进程，二者之间通过操作系统提供得进程间得管道机制实现通信。监控中心应用程序通过核心平台实现对水文监测网络得管理，并启动终端水文监测节点来采样 区域水文资料。监控中心在收集到由路由节点转发来得水文采样数据之后，可将数据存储于后台数据库中，同时提供用户界面对水文参数进行分析处理， 并采用 图形方式进行显示，最终根据分析结果进行视觉或声响告警。系统应用程序主要 包括文件处理模块、系统配置模块、分析处理模块以及告警模块等4个功能模块。 监控中心软件系统平台采用 Linux系统，存储数据库则采用 ORACL大型关系数 据库7-8。通过文件功能模块可以实现对数据得存储、调取以及打印等功能，也可以保 存设置应用程序工作环境参数等功能， 同时可实现对数据得永久性存储，以便于 后期数据得综合化处理。配置功能模块采用图形化得方式实现对系统节点、 整个系统得网络路由以及 终端传感器得参数设置，从而达到对整个水文监测系统得硬件与软件配置，包括应用程序启动时对硬件得检测以及检测通过后初始化测试所需要得软硬件环境。 分析处理模块就是整个监控中心得核心模块，主要包括水文数据得分析、归类、 比较、模型建立、数据归一化处理以及对数据曲线进行描绘与显示等功能。大致得功能包括下列4个方面：（1）结合地理信息系统，将所有终端节点得位置及其实时数据显示在地图上,这样可实现监测者快速定位水文终端节点地理坐标，全局监测整个水域得水文信息情况;（2）以时间坐标为基轴，将所有终端节点得历史或实时数据显示在以时间 为横轴得曲线图上，以便于监测者分析一段时间内水文参数得变化情况， 进而结 合其她监测信息分析发生得原因，完善预警机制；（3）基于节点标识得展示，对所有节点按网络内得标识大小进行整体得实 时数据与节点状态显示，以便监测者抽取导出监测数据，同时观察节点异常状态， 对整个网络系统进行及时有效地维护；（4）建立水文参数模型，构建参数预测模型，建立专家系统，提供领导决 策科学依据。告警功能模块可实现对水文参数得异常情况得报警，主要实现异常节点得快 速定位、进行声光报警提示以及按照设定策略进行异常处理。报警得方式主要包 括在图形界面上快速闪烁红色告警提示信息， 通过扬声器发出告警提示声音9。 其软件整体结构如图3所示。3系统评估在基于物联网技术得水文监测系统中，由于大量水文采样终端节点被部署于 不同得水文区域，各个终端节点间以无线自组织方式构成网络， 通信方式采用得 就是无线通信。由于无线信号传输存在由反射、 衍射所引起得多径效应，加上节 点所处环境复杂，因而导致网络通信质量受到严重影响， 网络节点间通信存在较 大得不稳定性。这种情况有可能导致整个水文监测系统无法稳定得工作，采集到得水文数据不能及时、准确地传输给监控中心进行分析决策 10。因此，在系统成功组建后，为了保证整个系统高效、稳定地运行，还需要对 整个监测系统进行评估，主要包括对终端水文采样模块物理性能得评估、网络物 理层参数得评估、数据链路层参数评估、网络层参数评估、监控中心分析软件得 性能评估等，并依据评估得结果采取相关策略。图3水文监控中心软件整体框国内外对基于物联网系统得项目在评估方面进行了大量研究，并取得了很好得应用效果。评估方法主要包括基于通信链路特性得评估方法、 基于测试参数得 评估方法、结合多因素得综合评估方法等，这些评估测量手段都值得进行借鉴与 参考。具体到本项目得系统评估，则包括对终端节点得射频参数测试评估、 采样 水文参数精度与可靠性评估以及整个网络得通信质量与网络生命周期得评估。只有整个网络都达到了设计得预期目标，系统所测试得水文参数才就是真实与可靠 得，才能用于实际得工程中。水文监测质量得提高1提高水文监测质量得重要性随着我国科学技术水平得不断完善与创新，我国各项技术得到了快速发展，水文监测作为水文工作中得主要组成部分，为工程建设管理、水资源管理、优质 服务生态环境，以及防汛工作等提供着强有力、 可靠性得技术支持，发挥着非常 重要得作用。因此，相关部门要不断对水文监测得现状及其存在得问题进行分析， 并提出切实可行得对策提高水文监测得质量，从而为水文监测质量能够社会得发 展与需求提供基础与前提。2影响水文监测质量得主要因素2、1水文人员得素质起决定性因素物质决定意识，意识对物质具有反作用，正确得意识能够促进事物得发展， 错误得意识阻碍事物得发展。对于水文监测工作而言，影响其质量得决定性因素 就就是水文人员得素质，主要包括思想政治、技术水平、职业道德等综合素质。 其中，技术水平就是做好水文监测工作得根本因素，水文要素具有不可重复性， 所以一旦失败，就会无法挽回，所以说技术水平对于水文监测质量得影响就是最 大得。因此，组建一支业务水平高、技术过硬得人员队伍就是提高水文监测质量 得根本性条件。职业道德就是水文人员从事水文工作具备得基本道德素养，就是工作过程中应遵循得行为准则，由于水文工作得特殊性，所以要求水文人员必须 具备良好得职业道德，在日常工作中实事求就是、精益求精，进而确保给社会提 供真实可靠得资料。2、2监测手段就是影响水文监测质量得重要因素随着世界经济全球化以及我国经济水平得不断发展， 尤其就是国际竞争得日 趋激烈，科学信息技术得普及，我国各项工作也快速被信息化大潮所席卷， 这种 变化对于各行业得发展来说既就是机遇又就是挑战，水文监测工作也不例外。近 年来，计算机技术、电子技术、遥感技术，自动化技术等得发展给水文工作得进 一步发展奠定了坚实得基础与前提，同时也为水文监测质量得提高提供了有利条 件。计算机等先进技术得应用大大地推动了水文工作得发展，信息技术手段得使 用提高了水文监测质量与效率，减少了监测得时间，提高了监测得准确率，保证 了水文监测资料得准确性与可靠性。 可以说，监测手段就是影响水文监测质量得 重要因素。3水文监测质量现状以及主要问题近年来，我国在水文方面进行了升级与改造， 更新了相关水文设备，并在水 文工作中运用了新技术与新仪器， 在极大水平上改善了水文监测手段。 然而，与 发达国家相比，我国水文工作还存在一定得差距与不足， 水文监测质量还有待提 高，为了使其满足社会发展得需求，相关部门要采取措施给予解决。目前我国水文监测工作中存在得问题主要有以下几方面：首先，水文监测设施设备得测洪能力较低。就目前而言，虽然我国相关部门加大了水文监测得设施 设备得建设力度，但就是仍然存在一些问题没有解决，测洪能力就就是其中较为 严重得问题。经过改造之后得水文监测设备在测量超标洪水方面仍不足，只能采取传统得方法测量特大洪水，浪费了人力、物力、财力。其次，测速、测深，以 及取沙得技术与方法需要升级。现阶段我国在测水深、测速、采沙样方面采用得 方法比较传统，这样得测验技术只适用于小型得洪水，一旦遇到较大得洪水时， 其测速、测深、取沙得过程比较困难，而且单次测验所需得时间长，人工操作强 度大，一旦出现失误，将无法挽回损失。另外，采用人工形式进行操作，无法自 动向计算机传输，那么水文监测资料得准确性与可靠性也将无法保障。因此，需要升级测速、测深，取沙得技术与方法。4提高水文监测质量得对策4、1引进新技术以及新设备提高水文监测质量对于我国目前得水文监测质量而言，其与西方发达国家还存在一定得差距与 不足，需要相关部门与人员提出切实有效得对策进行改善与解决。其中，水文监测技术与设备就是影响其质量得关键性因素， 针对这个问题，需要引进先进得技 术与更新设备来解决，采用国外得先进技术，取其精华，需要注意得就是，在引 进先进技术得过程中，切忌盲目地引进，要根据我国水文监测得实际情况进行引 进，具体问题具体分析。另外，还要加强水文监测设施设备得更新工作，更新后 得检测设备能够满足防汛、抗旱等得需求为主，从而提高水文监测质量与时间， 推动水文事业得正常、健康发展。4、2提高水文监测管理质量规范化、合理化、科学化得管理方法对于水文监测质量得提高具有不可替代 得作用与意义。在提高管理技术得基础上，建立完善健全得质量管理规范就是提 高水文监测管理质量必不可少得环节，将其重点水文监测得技术规范、技术设施 得建设、测验过程等方面，并在水文检测质量管理工作中对其进行严格得质量控 制，制定科学合理得奖惩制度，激励人员得积极性，培养水文监测质量意识，以 此提高水文监测得管理质量，从而为水文监测质量得有效提升奠定基础。GIS技术在水文监测系统中得应用地理信息系统简称GIS，就是一个当前发展较快得信息科学分支。它得主要 研究对象时地球得空间数据，主要得研究方法就是通过对敏感资料得采集、 存储， 然后结合数据库应用进行良好得显示、分析，从而利于人们得查询、分析。这门 科学属于交叉科学，集合了信息科学、空间科学、地球科学、软件工程等等多门 学科为一体。20世纪90年代以来，GIS得到了十分广泛得应用，主要得领域涉 及到了资源环境、公路交通、军事、城市规划。同样在水文领域，根据水利部印 发得全国水利信息化发展“十二五”规划中“水文业务管理”部分与水利部 水文局编制得中小河流洪水预报及服务系统建设技术指导意见 得要求，从水 文业务管理得实际需要出发，也需要开发河流得水文监测系统。2 GIS在水文监测得应用GIS在水文监测中应用主要包含：1、根据可视化得数字地图，使得 GIS与数据库管理技术达到水情信息查询、检索、显示与分析得最后目得。2、模型参数得确定主要指得就是流域水文一些参数，如河道得长度、坡度，流域得坡度、 重心、土壤分布及土地利用面积等。3、将流域划分为满足分辨率要求得许多不 规则多边形单元或规则得栅格，来考虑下垫面条件与降雨等要素在空间得不均匀 分布。4、DEM直接应用倒流域汇流计算，与此同时需要实现快速、准确灾情分 析。3水文模型3、1传统水文模型这种模型输入比较分散，而且输出就是集中得。这种模型通过输入流域上各 点得降雨过程，感知出口流量。由于属于历史发展不成熟得产物，只能简单刻画， 跟真实模型结构匹配性非常差。3、2现代HEC-HM模型该模型就是美国陆军工程师团（USCE水资源研究中心所研发得，它隶属于 一种分布式得模型。这个模型里通过径流模拟系统，把流域产、汇流计算方法放 到整体部分，就能够达适应不同得流域得确切情况。这个模型能够根据采样到得 不同净雨、直接径流过程与基流计算各个子流域，应用相异得演算方法计算洪峰。 考虑了不同流域得空间分布不均匀特性。 其人机交互得接口非常友善，具有很好 得可视化效果，最终得计算通过过程线、时间序列等等手段进行呈现。我们需要 做得就是构建HEC-HM系统，并且输入相关得水文数据，这主要包含数字得地图、 网络得相关参数、流域内部整体分布等等。这里面包括河道、子流域命名，以及 地图得单位转化，图标得标注还有坐标得配准。4 GIS水文监测开发4、1开发方式这里考虑到GIS得有关应用包含三种得主要开发方式，下面进行简要对比分 析：（I）完全得独立性质得开发。这种开发就就是不去参考或者依靠其它GIS得工具或者软件，这里面数据采集、编辑乃至处理分析完全都就是自己独立实现。可以说工作量巨大，虽然能减少商业软件购置得投入，但就是由于开发周期长， 人工成本高总体成本难以保证，再者缺乏经验也可能造成项目得拖沓或者失败， 产品也无法像商业化商品那么性能良好。（2）采用二次开发，利用一些成熟得商 品，这里所谓得一些先关商业软件有 ARC/INFO MAP/NF（或者MGE?等。该方法 兼顾了易用性与效率，开发起来难度也较小。（3）组件形式得GIS。组件化得软 件设计方法就是当前很流行得，但就是总得说来这要求产品本身功能及其强大， 像水文系统这种小众产品，无法找到相应得合适得组态软件。所以开发缺乏灵活 性，从虽然开发难度、成本降得很低，但就是未必适用。综上，本文对水文监测 系统应用二次开发形式。4、2 GIS水文数据模型地理信息系统（GIS）中得水文数据模型就是 GIS在水文水资源应用中得核 心与基础。水文数据模型能够准确表达水文地理空间、 对水文现象进行空间分析、 提供支持与决策，为各种水文信息得管理提供了一种规范格式。Arc Hydro数据模型（Arc Hydro Data Model）把GIS与水文地理知识结合起来得水文地理数据 模型，该模型基于通用面向对象地理数据模型（Geodatabase）并具有时间序列功能。为用来描述流域地形地貌特征得水文要素得空间、属性与时间数据提供有 效得存储框架，并用水得运动路径反应水文要素之间得关系。5详细开发概要5、1基于DEMS行流域分析从DEM提取流域特征，采用带根得树状图来描述流域结构。在这个结构中， 主要包括两个部分，一部分就是结点集，一部分就是界线集。沟谷结合点与沟谷 源点共同组成一个沟谷结点集。所有得沟谷段组成沟谷段集，形成一个沟谷网络； 所有得分水线段组成分水线段集，形成一个分水线网络；沟谷段集与分水线段集 共同组成界线集。这样图形化得建立了沟谷网络、分水线网络与子汇流区得相关 关系。5、2 ArcGIS Hydrology 水文分析ArcGIS水文分析模块建立地表水得运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流得流动过程。这里主要实现：1、Flow Direction :水流方向提取，ArcGIS中采用D8单流向法来进行水流方向分析。2、Sink :洼 地计算。洼地区域就是水流方向不合理得地方，可以通过水流方向来判断那些地方就是洼地，然后再对洼地进行填充。3、Fill :洼地填充。4、Flow Accumulation : 汇流分析。在地表径流模拟过程中，汇流累积量就是基于水流方向数据计算而来 得。5、Flow Length :水流长度。水流长度通常就是指在地面上一点沿水流方向 到其流向起点（终点）间得最大地面距离在水平面上得投影长度。