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摘 要：根据目前水利信息化建设对水利基础数据采集及传输技术的要求，对目前主要水利基础数据的采集及传输技术进行了综述，介绍了水位、土壤含水量及有效降水等水利基础数据，对各种数据目前主要的采集方式、传输手段及相关传感器设备进行了分析和总结，并指出了水利基础数据采集及传输技术中存在的问题和发展前景。
关键词：水利 基础数据 采集 传输 传感器
水利是我国经济社会发展的坚实基础，也是我国生产力发展的重要保障。因此，水利基础数据的准确测量及高效传输是水利信息化系统高质量运行的重要前提和保障。
一、常用水利基础数据以及采集技术
1.常用水利基础数据包括降水量、有效降水、连续无有效降水日、土壤含水量及土壤相对湿度等。
2.水利基础数据的采集是水利信息化建设的基础。使用采集装置获取雨情、墒情、降水量等水利基础数据，并通过传感器将所测物理量转化为可视数据。
2.1水位测量技术
水位传感器的种类主要包括：压力式水位传感器、浮子式水位传感器、超声波式水位传感器、气泡式水位传感器[1-4]。
压力式水位传感器的原理是其测点相对于水位基面的绝对高度加上本测点以上的实际水深即为水位。该传感器无需建水位测井，但其 测量精度不高，容易受外界环境的影响。
浮子式水位传感器的原理是利用浮子感应水位信息，该传感器具有精确度高、构造简单、方便操作、成本低廉等优点，但同时需要配套水位测井，限制了其使用。
超声波式水位传感器的工作原理是通过安装在空气和水中的超声换能器来测量水位。气介质波水位计的突出优势是能够实现非接触式测量，无需在水下工作，改善了设备的稳定性。
气泡式水位传感器工作原理是通过测量固定水下的静水压强来测量水位。其特点是设备稳定性好，但是会伴随氮气消耗，因此需要气源。
2.2土壤墒情测量技术
土壤水分和温度是土壤的重要指标，对作物的生长和节水灌溉等意义重大。土壤墒情检测的常用设备包括土壤墒情检测仪、土壤（肥料）养分速测仪、无线墒情与旱情管理系统、土壤分析仪等。目前国内外主要的墒情测量方法包括移动式测墒测量技术、固定墒情站测量和遥感墒情测量[5-7]。
移动式墒情测量和固定站墒情测量中的土壤含水量测量主要采用传统测量方式，如烘干法、γ射线透射法、张力计法、时域反射仪法、土钻法、中子仪测定法等。其中烘干法可以直接测量土壤的质量含水率，而其他方法只能间接得到；烘干法、张力计法需要变动位置，而γ射线透射法、时域反射仪法、中子仪法是在原位测量。以上测量方法各有特点和不足，烘干法方便简单，但会造成土壤结构的破坏，不能动态测量土壤墒情；γ射线透射和中子仪法的测量准确性较高，但缺乏安全性。除了以上传统的测量方法，现今还发展了的土壤墒情遥感测量技术，即通过测量土壤表面发射和反射的电磁辐射能来间接测量土壤含水，但是现阶段这项技术离广泛应用还有较长时间。
未来的传感器已经逐步向智能化、小型化、集成化、数字化和高精度的方向发展。
二、水利数据的传输
目前水利数据传输的通信手段主要包括短波通信、超短波通信、流星余迹通信、卫星通信、微波通信及公用电话网络通信，其中国内主要使用短波通信和超短波通信[7-9]。
短波数据通信是指利用电离层或大地反射形成的信号通道来进行数据传输。信号传播距离较远，但同时由于太阳辐射和太阳黑子会影响电离层，从而使得电离层稳定性差，导致短波信道严重衰落，信号接收变化幅度较大；另外，大气、季节及其它无线电台会对短波信道产生较大影响，使得噪声较大。因此，在技术不成熟的条件下这种通信手段并不能满足水利数据快速准确传输的要求，同时人们也在进行这方面的研究以增强短波数据通信的可靠性。
超短波通信出现较早，并且到目前为止其应用范围仍然较广。超短波具有较强的绕射和抗干扰能力，因此能够有效实现视距内传播和小型障碍物绕射传播，适用于位置偏僻的山区水利数据传输。特别对于障碍物较多的山区，超短波仍能选择适当的中继站来进行远距离通信。因此，目前水利数据传输在大部分情况下均可采用超短波通信。
GSM短信息数据传输是移动通信面向公众进行服务的重要业务之一，该数据传输不受地域环境限制，同时成本较低，每在条信息最长为140字节的条件下，通过对水利数据进行压缩编码可以使信息容量完全满足单次数据传输要求。此外，GSM短信息數据传输接口与设备简单，设备通用性好，无需新建通信平台与基础设施，标准化程度高，易于与计算机和通信网络联结，并且数据传输距离不受限制，成本较低。采用移动通信传输技术构成的水利数据传输系统可以使用手机在世界任何移动通信网覆盖的地方接收数据，并且能够利用电话、国际互连网和手机把信息传输到世界任何有移动通信网络覆盖的地方。
无线传输能够节约数据传送所需实体线路的建设、维护费用，增强了采集站点的空间适应性，并能保证信息的实时快速传送，应用范围广泛。根据水利信息化建设中通信网络建设的指导原则，即“公专结合、互为补充，充分利用公网资源，避免重复建设”，在充分考虑通信网络的可扩展性和灵活性、适当超前，并且适应今后发展需要的前提下，我们主要研究使用无线移动通讯网络和公用电话网络进行水利基础数据的自动化保报送。并且GSM通信由于具有网络覆盖广、可靠性强、成本低、操作简单等优点，是今后水利数据传输的主要手段。
三、结论
1.传感器是实现水利基础数据及时准确采集的重要保证，未来的传感器正在向智能化、小型化、集成化、数字化和高精度的方向发展。
2.超短波通信和短波通信是国内水利数据传输的常用手段。GSM通信由于具有网络覆盖广、可靠性强、成本低、操作简单等优点，是今后水利数据传输的发展方向。
参考文献
[1]张建云，唐镇松，姚永熙．水文自动测报系统应用技术[M]．北京：中国水利水电出版社，2005．
[2]水利部水利水电规划设计总院，中水东北勘测设计有限责任公司水利水电工程水文自动测报系统设计手册[M]．北京：中国水利水电出版社，2008.
[3]刘瑜，王震庄．高精度浮子式水位传感器设计[C]．全国水电自动化学术技术交流会，2006．
[4]黄保冲. 现代水利信息技术报告[J]．民营科技，2011，9：169.
[5]杨绍辉，王一鸣，孙凯，等．土壤墒情（旱情）监测与预测预报系统的设计与开发[J]．中国农业大学学报，2007，（4）：38-41．
[6]高照阳，张红梅，常明勋，等．国内外土壤水分监测技术[J]．节水灌溉，2004，（2）：28-29．
[7]朱新国，林方存，高湖滨. 墒情监测研究进展综述[J]．节水灌溉，2011，11：53-55.
[8]马福昌．数字水文信息采集与自动化报送理论及新技术研究[D]．西安：西安理工大学，2005．
[9]宋旭光，李三其．江娅水情自动测报系统通信方式探讨．水文水利自动化，1998，l：36-37.
关键词：水利 基础数据 采集 传输 传感器
水利是我国经济社会发展的坚实基础，也是我国生产力发展的重要保障。因此，水利基础数据的准确测量及高效传输是水利信息化系统高质量运行的重要前提和保障。
一、常用水利基础数据以及采集技术
1.常用水利基础数据包括降水量、有效降水、连续无有效降水日、土壤含水量及土壤相对湿度等。
2.水利基础数据的采集是水利信息化建设的基础。使用采集装置获取雨情、墒情、降水量等水利基础数据，并通过传感器将所测物理量转化为可视数据。
2.1水位测量技术
水位传感器的种类主要包括：压力式水位传感器、浮子式水位传感器、超声波式水位传感器、气泡式水位传感器[1-4]。
压力式水位传感器的原理是其测点相对于水位基面的绝对高度加上本测点以上的实际水深即为水位。该传感器无需建水位测井，但其 测量精度不高，容易受外界环境的影响。
浮子式水位传感器的原理是利用浮子感应水位信息，该传感器具有精确度高、构造简单、方便操作、成本低廉等优点，但同时需要配套水位测井，限制了其使用。
超声波式水位传感器的工作原理是通过安装在空气和水中的超声换能器来测量水位。气介质波水位计的突出优势是能够实现非接触式测量，无需在水下工作，改善了设备的稳定性。
气泡式水位传感器工作原理是通过测量固定水下的静水压强来测量水位。其特点是设备稳定性好，但是会伴随氮气消耗，因此需要气源。
2.2土壤墒情测量技术
土壤水分和温度是土壤的重要指标，对作物的生长和节水灌溉等意义重大。土壤墒情检测的常用设备包括土壤墒情检测仪、土壤（肥料）养分速测仪、无线墒情与旱情管理系统、土壤分析仪等。目前国内外主要的墒情测量方法包括移动式测墒测量技术、固定墒情站测量和遥感墒情测量[5-7]。
移动式墒情测量和固定站墒情测量中的土壤含水量测量主要采用传统测量方式，如烘干法、γ射线透射法、张力计法、时域反射仪法、土钻法、中子仪测定法等。其中烘干法可以直接测量土壤的质量含水率，而其他方法只能间接得到；烘干法、张力计法需要变动位置，而γ射线透射法、时域反射仪法、中子仪法是在原位测量。以上测量方法各有特点和不足，烘干法方便简单，但会造成土壤结构的破坏，不能动态测量土壤墒情；γ射线透射和中子仪法的测量准确性较高，但缺乏安全性。除了以上传统的测量方法，现今还发展了的土壤墒情遥感测量技术，即通过测量土壤表面发射和反射的电磁辐射能来间接测量土壤含水，但是现阶段这项技术离广泛应用还有较长时间。
未来的传感器已经逐步向智能化、小型化、集成化、数字化和高精度的方向发展。
二、水利数据的传输
目前水利数据传输的通信手段主要包括短波通信、超短波通信、流星余迹通信、卫星通信、微波通信及公用电话网络通信，其中国内主要使用短波通信和超短波通信[7-9]。
短波数据通信是指利用电离层或大地反射形成的信号通道来进行数据传输。信号传播距离较远，但同时由于太阳辐射和太阳黑子会影响电离层，从而使得电离层稳定性差，导致短波信道严重衰落，信号接收变化幅度较大；另外，大气、季节及其它无线电台会对短波信道产生较大影响，使得噪声较大。因此，在技术不成熟的条件下这种通信手段并不能满足水利数据快速准确传输的要求，同时人们也在进行这方面的研究以增强短波数据通信的可靠性。
超短波通信出现较早，并且到目前为止其应用范围仍然较广。超短波具有较强的绕射和抗干扰能力，因此能够有效实现视距内传播和小型障碍物绕射传播，适用于位置偏僻的山区水利数据传输。特别对于障碍物较多的山区，超短波仍能选择适当的中继站来进行远距离通信。因此，目前水利数据传输在大部分情况下均可采用超短波通信。
GSM短信息数据传输是移动通信面向公众进行服务的重要业务之一，该数据传输不受地域环境限制，同时成本较低，每在条信息最长为140字节的条件下，通过对水利数据进行压缩编码可以使信息容量完全满足单次数据传输要求。此外，GSM短信息數据传输接口与设备简单，设备通用性好，无需新建通信平台与基础设施，标准化程度高，易于与计算机和通信网络联结，并且数据传输距离不受限制，成本较低。采用移动通信传输技术构成的水利数据传输系统可以使用手机在世界任何移动通信网覆盖的地方接收数据，并且能够利用电话、国际互连网和手机把信息传输到世界任何有移动通信网络覆盖的地方。
无线传输能够节约数据传送所需实体线路的建设、维护费用，增强了采集站点的空间适应性，并能保证信息的实时快速传送，应用范围广泛。根据水利信息化建设中通信网络建设的指导原则，即“公专结合、互为补充，充分利用公网资源，避免重复建设”，在充分考虑通信网络的可扩展性和灵活性、适当超前，并且适应今后发展需要的前提下，我们主要研究使用无线移动通讯网络和公用电话网络进行水利基础数据的自动化保报送。并且GSM通信由于具有网络覆盖广、可靠性强、成本低、操作简单等优点，是今后水利数据传输的主要手段。
三、结论
1.传感器是实现水利基础数据及时准确采集的重要保证，未来的传感器正在向智能化、小型化、集成化、数字化和高精度的方向发展。
2.超短波通信和短波通信是国内水利数据传输的常用手段。GSM通信由于具有网络覆盖广、可靠性强、成本低、操作简单等优点，是今后水利数据传输的发展方向。
参考文献
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[8]马福昌．数字水文信息采集与自动化报送理论及新技术研究[D]．西安：西安理工大学，2005．
[9]宋旭光，李三其．江娅水情自动测报系统通信方式探讨．水文水利自动化，1998，l：36-37.