水文自动测报系统的中心站设备配置及网络需求

水文自动测报系统的建设单位、资金来源和系统规模千差万别，决定了系统中心站的规模及其数据处理的能力也是多种多样的。尽管水文自动测报系统中心站的规模不同，但是必备的数据处理功能主要是数据接收与预处理、数据库管理、数据转发、数据查询与业务分析应用等。

1.中心站设备配置

因系统规模和应用情况的差异，实际中心站系统的配置不尽相同。最简单的中心站系统可能只有一台计算机连接通信控制机、打印机和计算机联网等设备。复杂的中心站系统是多台计算机和网络设备通过网络相连，每台设备完成相对独立的工作（数据接收、预处理、入库、转发、数据管理与服务、查询和应用等）。较复杂的中心站可能是部分功能合并在一台计算机上完成，部分功能在相对独立的计算机上完成，再加上打印机和计算机联网设备等。

（1）单机系统。在系统规模不大的情况下，数据的接收、入库和转发、数据库和应用等服务，以及数据应用（包括监视和查询等），这些功能可以利用一台通用计算机完成。各种检索和分析计算的成果输出也可以利用一台直接连接在计算机上的打印机完成。如果水文测报系统的信息还要外传到其他单位，也可以拨号上网的方式实现信息的交换。在这种情况下，单机系统中心站设备配置如表3.3所示。

表3.3　单机系统中心站设备配置一览表

注 “4”只有在与外单位进行信息交换的系统需要配置。

（2）局域网系统。如果水文自动测报系统测报站点多、接收任务重，中心站服务的部门和人员多、业务应用复杂，测报的信息不仅要上传，而且还要向其他部门转发信息，单机系统很难完成如此多的复杂任务。为了解决由于系统复杂以及单机处理能力有限带来的问题，将水文自动测报系统合理划分成几个相对独立的功能模块，分布于利用计算机网络互联起来的多台计算机上协同工作。由于水文自动测报系统规模和服务对象的不同，对系统的处理能力要求也是不同的，系统功能模块的划分也是不一样的，也就是说基于系统功能划分的系统配置也具有多样性，因此，固定不变的局域网系统配置是没有的。表3.4给出了典型局域网系统中心设备配置。

表3.4　典型局域网系统中心站设备配置一览表

注 “6、7”只是在与外单位进行信息交换的系统需要配置。

（3）通信控制机。中心站通过通信控制机收集测报站的数据，并进行相应的控制。通信控制机的主要功能是采集各测站的测报信息与各测站设备工作状态、设置各测站的工作方式（如自报式、应答式或二者兼容等）和信道使用管理（如主备信道切换）等。通常在通信控制机上运行一套监视控制与数据采集（SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition）系统软件来完成上述工作，并提供用户和系统之间进行交互的界面。

因系统采用的通信信道不同，通信控制机的配置会有所差异。通信控制机包括调制解调器和通信控制接口。接收通过有线信道、无线信道传来的数据，经预处理后再通过串行口送给中心主计算机。

可以使用低功耗多串口的专门通信控制机，也可以使用工控机或微机工作站承担通信管理任务。当系统使用信道较多时，可由几台通信控制机分别管理不同信道的通信，并在网络环境下予以综合。

（4）联网设备。水文自动测报系统需要和外界联网进行数据传输时，首先需要和相关单位进行计算机联网。联网的方式有两种：一种是拨号方式，即需要时采用单机拨号接入的方式与有关单位网络系统连接完成信息交换，使用完毕就断开网络；一种是专线方式，即租用或使用自有的通信线路与有关单位网络系统永久连接完成信息交换，网络保持长通状态，随时进行信息交换。

1）拨号方式。采用拨号方式联网大多用于单机系统实现与单位之间进行信息交换。采用这种方式联网在水文自动测报系统中心站一方需要的设备是一台调制解调器和一条电话线路。但是在连接的另一方（外单位）需要网络接入设备，这样才能组成一个内部网络进行数据传输。另外一个方式就是外单位通过专线方式已经联到了因特网，那么在测报中心站只要有一台调制解调器和一条电话线路，无需外单位有网络接入设备，也可以进行数据传输。这两种可能的方式，都需要一定的信息交换软件系统支持才能完成信息交换。

2）专线方式。采用专线方式联网大多用于局域网系统实现与外单位之间进行信息交换。采用这种方式联网在水文自动测报系统中心站一方需要的设备是一台路由器、与专线要求一致的通信设备（调制解调器）和一条通信专线。在外单位一方需要相同的设备一套，这样才能组成一个内部网络进行数据传输；另外一个方式就是外单位通过专线方式已联到了因特网，那么在测报中心站也需要一套与前面相同的设备，实现与因特网的连接，也可以进行数据传输。这两种可能的方式，也都需要一定的信息交换软件系统支持才能完成信息交换。

（5）机房设施。水文自动测报系统中心站机房设计通常应该主要考虑配供电系统、防雷系统，还应考虑常规与应急照明系统、消防报警与灭火系统、综合布线系统、装饰装修等几个方面的问题，防雷部分见第3.3.2节，此处仅介绍供电系统。

水文自动测报系统中心站的供电系统要根据通信、计算机和网络系统设备，以及辅助设备供电的不同特点和需求，采用不同方式进行配置和供电。

1）通信、计算机和网络系统设备动力配电。机房设备包括计算机主机、服务器、网络设备、通信设备等，由于这些设备进行数据的实时处理与实时传递，关系重大，所以对电源质量与可靠性要求高。系统应采用UPS不间断电源，最大限度满足机房对供电电源质量的要求。市电电源供电与备用发电机供电在机房配电室进行切换，再经过UPS不间断电源对计算机设备、网络设备及通信设备供电。在市电发生停电的情况下，UPS至少能够提供30min的电力供应，以启动备用电源。

2）辅助设备配电。机房辅助动力设备包括专用空调系统、计算机机房照明配电系统及市电辅助系统。由于机房辅助动力设备直接关系到正常工作及人身安全，所要要求配电系统安全可靠。还应配置应急照明系统。

3）应急发电系统。对于重要的测报系统中心站为了保证系统能长期不间断运行，应该考虑由市电供电加备用发电机方式进行供电，以保障电源的可靠性要求。

2.数据接收、处理及其应用

水文自动测报系统中心站从通信控制机接收来自各测站的监测信息，经过预处理，将数据写入数据库中，然后根据需要将初步加工的数据转发给相关单位，在中心站服务范围内提供数据查询和提供给应用系统进行计算分析。(www.xing528.com)

（1）信息接收与数据预处理。通常情况下，利用信息接收计算机（或单机系统中的计算机）和通信控制机的异步通信口，由运行于信息接收计算机上的软件，接收通信控制机收集来的测报信息。信息接收计算机和通信控制机之间需要按照一定的协议进行数据交换。信息接收计算机在接收到测报信息之后，立即对其进行预处理，按照数据库的逻辑结构重新组织信息，并将数据写入数据库中。

（2）数据库及其管理。水文自动测报系统中心站的数据通常采用数据库管理系统对其进行管理。除了对主要的测报信息进行管理之外，还要对系统运行状态信息进行管理，为系统运行维护，提高系统稳定性和可靠性，提供必要的分析依据。数据库及其管理中主要涉及到管理对象、数据库管理系统和数据管理。

1）管理对象。水文自动测报系统中心站需要管理的对象分成两大类：一类是系统的运行状态信息；另一类是系统的主要监测信息。运行状态信息主要有测报终端电池电压情况、信道通断情况、系统备件情况和设备维修情况等。主要监测信息根据不同系统的目的有所不同，通常有降雨量、水位、流量、含沙量、土壤墒情、闸位、水质参数、蒸发量、风向、风速、温度和湿度等。

2）数据库管理系统。针对不同的水文自动测报系统，数据库管理系统有两种选择：一种是比较适合单机系统的数据库管理系统；另一种是比较适合网络环境下的大型数据库管理系统。

3）数据管理。数据管理除了利用数据库管理软件本身提供的管理工具外，还应该根据管理工作的实际需要，开发一套方便、灵活和有效的管理软件，对数据库进行管理。数据管理的主要功能有数据添加、删除、修改、系统日志清除、数据备份与恢复、数据库结构导入与导出和统计分析等。数据管理功能通常是采用人工交互方式进行，但是有些功能可以变成定期自动方式完成，以减少系统维护的人工工作量，提高系统可用度。

（3）数据转发。水文自动测报系统通常需要将系统收集到的测报信息转发给有关单位。向有关单位转发信息就需要通过计算机网络系统。网络连接主要有以下几种方式：单机拨号连接收信单位的内部网络；单拨号连接因特网，再转连接收信单位的内部网络；专线连接收信单位的内部网络；专线连接因特网，再转连收信单位的内部网络等。

无论采取何种方式连接网络，都需要一套支持相同协议的收发软件来进行数据传输。数据转发软件首先从数据库中检索测报数据，根据双方约定，按照一定数据格式，编辑传输报文，将采集的实时信息转发给有关单位。接收单位再根据各自的系统情况将接收到的数据写入各单位本地数据库中。在数据转发过程中，要建立一套有效的协议保证数据传输的可靠性。如果连接中主站和外单位的网络系统有较好的宽带，也可以采用数据库复制技术，进行测报信息的转发。数据转发软件的工作方式大多采用定时工作方式，定时从系统中提取数据发往收信单位。但是，还要求软件支持手动工作方式，可以随时进行实时信息的转发，以及对以往信息的补发功能。在拨号联网的中心站一般主要采用人工联网，并启动运行数据转发软件发送测报信息。

（4）数据检索与应用。数据检索与应用系统通常都是人工交互方式的软件。但是，一般采用定时检索、主动表达的方式提醒值班人员，表达的方式除了文字显示之外，还可配以声、光等不同形式提醒值班人员。除了对系统测报的主要信息进行监视外，还要对系统的运行状态进行监视，当系统出现问题时，及时通知值班人员或系统维修技术人员。

根据各种信息的具体情况，查询信息的表达分别以文字、表格和图形等不同形式显示在用户屏幕上。还可以通过手机短信方式及时发送给有关管理人员、行政领导以及社会公众等。数据检索和应用主要有水情信息服务、水情监视、洪水预报、旱情分析、会商支持和系统管理等。

1）水情信息服务。建立功能齐全、表现形式多样，能够全方位地对数据库中数据进行查询和分析的系统，为各种运行维护和使用人员提供全面的信息服务。

完成与所建遥测系统相适应的各种遥测水文信息统计分析成果以及和考证资料对比分析的查询。

根据所查询信息的不同特点和使用需要，分别以文字、表格、图形（各种饼图、柱状图和过程线等）等，以及屏幕、纸质打印和电子文件等多种介质形式输出。查询条件的输入可以采用列表输入和图形操作（GIS系统上）等多种形式完成。

2）水情监视。建立涵盖遥测信息和系统运行状态，具有多种主动提醒手段的水情监视系统，以列表或图形显示等方式，及时给值班人员提供警示信息。

水情监视软件根据系统预先设定的阈值，对系统遥测信息进行分析，当遥测信息一旦超出阈值范围或者系统发生故障，系统将以图表等不同信息表示形式，以屏幕显示、关键信息闪烁、声音、短信等各种手段将监测到的警告信息尽快通知值班员、管理员和领导。

3）洪水预报。在遥测信息的基础上，对流域洪水进行预报，提供进一步的水文预测预报信息服务，即建立能够以联机滚动和人机交互方式分别进行洪水预报的业务系统。

洪水预报系统可以是单机系统，即水文预报模型与数据检索、处理、预报计算、结果输出及数据后处理等软件以及数据库安装在同一台计算机上。更多是在网络环境下，在数据库的支撑下，开发应用的C/S结构或B/S结构的预报系统。预报系统要求有很好的人机交互功能，以在预报中充分考虑预报者的知识和经验。

洪水预报系统一般具有两方面的功能：一方面是参数率定，主要是参数的率定和系统维护方面的功能；另一方面是进行联机洪水预报的功能。参数率定主要是应用历史资料，通过自动优化计算，或经验试错分析，或人机交互逐步修正等方法，确定相对于率定期内预报误差最小或较小的一套预报模型参数值。一些情况下，可以分不同的情况，确定不同情况下的模型参数，如果根据流域降雨分布不同，可以分别率定出降雨分布在上游、中游或下游的汇流单位线。联机洪水预报主要功能包括从实时数据库中实时检索预报所需的信息并进行相应预处理，根据前期降雨、降雨强度及分布、江河底水等不同情况选用不同的模型参数，并进行预报计算；根据实时信息进行实时校正分析，以提高预报精度；以及预报成果的可视化等。

预报系统可以是自动联机预报方式，即上述各项操作均由计算机自动完成，不需任何人工干预。更多情况下，预报系统是可以人机交互的，即充分发挥预报人员作用，应用预报人员的预报经验，选择更符合本次洪水特性的模型参数，并在预报过程中根据最新的信息，调整模型参数，进行修正预报，逐步提高预报精度。

4）旱情分析。应用遥测信息（降水、蒸发、墒情、气温和风等）和流域水文模型，建立相应流域干旱情况的分析系统，模拟计算流域内土壤含水量，并根据植物的分布和生长季节，分析流域干旱分布情况，为流域旱情监测与分析服务。

旱情分析系统的主要功能包括：查询和检索有关旱情监测信息，旱情分析计算和等级统计，直观形象的旱情信息显示和输出，抗旱信息及文件管理等。

5）会商支持。会商支持系统简称为会商系统，是在网络和数据库的支撑下，集成相关的分析计算模型，快速查询和形象表达实测信息和预测结果，分析评估调度预案，为防汛抗旱调度决策提供技术支持，提高综合利用各种信息的能力和水平。

会商支持分为会商准备、会商中展播和会商信息管理等3个阶段：①会商准备：为值班人员提供一个制作环境，方便值班员根据系统监测到的各种信息制作汇报材料，将各种应用产生的信息汇总、编辑，形成统一的汇报材料，供值班员在会商过程中进行汇报。②会商中展播：在会商过程中，值班员利用会商支持系统提供的展播功能，将预先制作好的材料（包括文字、图表、视频等）播放给会商参加人员。除此之外，还要提供简单快速的信息查询功能和分析功能，在会商现场进行相关信息的及时查询，并根据需要进行统计分析和计算。也可以根据需要快速查询提供历史类似事件会商的有关材料、参加人员和当时的会商结果等信息。③会商信息管理：对会商的全过程进行管理，即将会商参加人员、会议材料、讨论的主要问题、会商的主要结论等自动存档和管理。

6）系统管理。对系统建设和运行有关的各种文档（包括设计、建设、验收、运行以及各种运行维护所需的技术资料等）、系统运行状态、系统运行维护人员和系统运行维护所需的材料与工具等进行管理。

在国家防汛抗旱指挥系统工程中，中心站也被称为水情分中心。国家防汛抗旱指挥系统工程中的集合转发站与一个简单的中心站相似。