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海報新聞記者 李金珊 張一帆 濟(jì)南報道
近日，黃河水位觀測迎來了一項新科技成果——全河首座物聯(lián)網(wǎng)水位站在濟(jì)南黃河歷城蓋家溝險工建成投用。物聯(lián)網(wǎng)水位站的建成，提高了水位觀測的精度和效率，為黃河防汛調(diào)度及水資源的科學(xué)管理提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。
全河首座物聯(lián)網(wǎng)水位站
每6分鐘傳遞最新數(shù)據(jù) 可在多信息端查看水位情況
近日，海報新聞記者在歷城黃河蓋家溝險工33號壩看到一座高約3米的藍(lán)色柱體，頂部安裝了兩塊LED顯示屏，屏幕上滾動播放著蓋家溝站最新水位情況，這就是全河首座物聯(lián)網(wǎng)水位站。
“水位是水情觀測中最基本的項目之一?！鄙綎|黃河河務(wù)局防汛辦公室三級調(diào)研員戴明謙告訴記者，水情測報工作就是防汛部門的“耳目”，它提供的情報是否精準(zhǔn)、及時，對防汛抗洪搶險和指揮調(diào)度有很大的影響。歷城黃河蓋家溝險工段河道呈近乎直角的大彎，上游來水經(jīng)過時水流更加湍急，因此這里是山東黃河重要的水位測報點。
戴明謙介紹，早期黃河測量水位是通過人工現(xiàn)場觀測水尺，“人工水尺”是最基本的水位觀測方法，雖然觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但觀測費時費力，特別是惡劣天氣下，巡查人員存在較大的安全風(fēng)險，目前人工水尺的主要作用是對遙測水位站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。
“20年前陸續(xù)建設(shè)了遙測水位站，采用雷達(dá)技術(shù)，通過觀測探頭到水面的距離確定水位。數(shù)據(jù)能自動讀取、自動發(fā)送到水情網(wǎng)站，是當(dāng)前濟(jì)南黃河水位觀測的主要手段?！贝髅髦t說，但是探頭通過橫桿懸掛在高空，當(dāng)遇到強(qiáng)風(fēng)、暴雨等惡劣天氣時，設(shè)備的測報數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)較大誤差。
每六分鐘傳遞最新水位數(shù)據(jù) 可在多信息端查看水位情況
物聯(lián)網(wǎng)水位站是繼人工水尺、遙測水位站之后一種新型水位觀測設(shè)施，“與人工通過目測感知水面高度和遙測水位站從空中感知水面高度不同，物聯(lián)網(wǎng)水位站是從水中感知水面高度。”戴明謙表示，物聯(lián)網(wǎng)水位站使用4級壓力水位計測量黃河水位，利用差分計算先求出水體容重，使高含沙的黃河水位觀測精度與清水相同，觀測數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)云平臺，通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺向手機(jī)、電腦和現(xiàn)場顯示屏發(fā)送信息。該測量設(shè)備具備雷達(dá)遙測水位計自動測報的功能，同時由于其探頭深潛于水下，避免了風(fēng)雨等惡劣天氣的影響，較為穩(wěn)定可靠。
記者了解到，相比之前的兩代水位觀測設(shè)施，物聯(lián)網(wǎng)水位站測量精度高、次數(shù)多、穩(wěn)定性好，使用更方便?！艾F(xiàn)在水位站每6分鐘就觀測一次，一天可以觀測240次。同時，可以將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和共享，職工不僅到現(xiàn)場可以看到顯示屏上的最新水情，而且通過手機(jī)端或電腦端也能夠隨時隨地查看實時水位變化情況，提高數(shù)據(jù)的實時性和可用性?！贝髅髦t說。
攻克黃河含沙量大等難題 測量誤差僅有7毫米
戴明謙說，早在1982年，甘肅省水文總站就曾進(jìn)行過壓力水位計測量黃河水位的試驗，并獲得甘肅省科學(xué)技術(shù)成果三等獎。但因為黃河含沙量高，且水體容重變化幅度大，傳統(tǒng)的單個壓力水位計，無法測出水體容重，使得測量精度不高，最終沒有推廣應(yīng)用。
歷城黃河
“一次在查找資料時，我受到了‘信息通信的數(shù)字信號差分傳送’的啟發(fā)，借鑒其原理，想到了利用雙探頭壓力差分法觀測黃河水位。”戴明謙說，實時測量出不斷變化的水體容重是其中的關(guān)鍵，物聯(lián)網(wǎng)水位站的測量原理是在水下安裝間隔1米距離的壓力水位計，確定每級的高程，通過壓力差值推算水體容重，再計算實際水深，最終確定水位?！敖?jīng)過多次與人工水尺讀取的數(shù)據(jù)做對比，誤差為7毫米，是符合相關(guān)規(guī)定的。”
戴明謙提到，2023年5月，物聯(lián)網(wǎng)水位站正式投入使用，6月底，黃河濟(jì)南段迎來汛前調(diào)水調(diào)沙的最大流量。通過實踐證明，物聯(lián)網(wǎng)水位站經(jīng)受住了這次大水的考驗，它詳細(xì)記錄了整個水位變化過程，并且在后臺電腦端生成了不同時段的水位變化曲線，為防汛指揮調(diào)度提供實時精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。
已申報2項國家發(fā)明專利 在黃河上推廣應(yīng)用前景廣闊
目前，在濟(jì)南黃河歷城段蓋家溝站點，人工水尺直接感知水面，遙測水位站從空中感知水面，物聯(lián)網(wǎng)水位站從水中感知水面，形成了水（物聯(lián)網(wǎng)水位站）、陸（人工水尺）、空（遙測水位站）的立體水位觀測網(wǎng)，三種水位觀測方式互為補(bǔ)充，互相校核，提高了濟(jì)南黃河水位觀測的精度和效率。首座物聯(lián)網(wǎng)水位站的成功，讓戴明謙和團(tuán)隊對未來前景充滿信心，他告訴記者，今年爭取在黃河濼口險工再建設(shè)一處物聯(lián)網(wǎng)水位站。
物聯(lián)網(wǎng)水位站已申報2項國家發(fā)明專利，為黃河水位觀測提供了新的方式，在黃河上推廣應(yīng)用前景廣闊。除了水位測量，根石探測和含沙量測量也是戴明謙和團(tuán)隊攻關(guān)的方向，統(tǒng)稱“勵智三測”。目前，《“勵智”智能高精度根石探測無人艇研制》已列入水利部重大科技項目，山東黃河河務(wù)局正全力研究攻關(guān)；《“勵智”精測快報物聯(lián)網(wǎng)水位站》解決了壓力水位計用于黃河水位觀測的技術(shù)問題，為黃河水位自動化觀測提供了新方法；《“勵智”免取樣就地實時快速測量含沙量方法》已有了明確的研究思路。三項觀測技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，將會大幅度提升黃河基層的觀測技術(shù)水平。
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