GB/T 41368-2022 水文自动测报系统技术规范

　　ICS 07 . 060 CCS A 40

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41368—2022

　　水文自动测报系统技术规范

　　Technicalspecificationforhydrologicaldataauto-acquisitionand

　　transmissionsystem

　　2022-03-09 发布 2022-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41368—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 缩略语 3

　　5 总体要求 3

　　6 结构组成 4

　　6 . 1 一般规定 4

　　6 . 2 遥测站-中心站组成结构模式 4

　　6 . 3 遥测站-中继站(集合转发站)-中心站组成结构模式 4

　　6 . 4 遥测站-分中心站-中心站组成结构模式 5

　　6 . 5 多目标并行组网组成结构模式 6

　　6 . 6 扁平化组网构成互联网模式 6

　　7 技术要求 6

　　7 . 1 一般规定 6

　　7 . 2 遥测站 7

　　7 . 3 中继站 9

　　7 . 4 中心站 9

　　7 . 5 通信组网 10

　　7 . 6 信息流程与工作模式 11

　　7 . 7 数据传输规约 11

　　7 . 8 系统联网 12

　　7 . 9 软件系统 12

　　7 . 10 防雷 13

　　7 . 11 供电电源 14

　　7 . 12 土建 14

　　8 设备要求 15

　　8 . 1 一般规定 15

　　8 . 2 传感器 15

　　8 . 3 遥测终端机 20

　　8 . 4 中继机及集合转发终端 22

　　8 . 5 通信设备 22

　　Ⅰ

　　GB/T 41368—2022

　　8 . 6 供电设备 23

　　9 安装、考核和运行维护 24

　　9 . 1 安装调试 24

　　9 . 2 测试考核 25

　　9 . 3 运行维护 26

　　附录 A(规范性) 系统建设前期工作要求 27

　　A. 1 前期工作总体要求 27

　　A. 2 前期工作报告编制要求 29

　　附录 B(规范性) 仪器选型 38

　　B. 1 雨量计和雨雪量计选型 38

　　B. 2 水位计选型 38

　　B. 3 闸门(泵阀)开度计选型 39

　　B. 4 流速流量传感器选型 39

　　B. 5 水面蒸发传感器选型 41

　　B. 6 土壤墒情传感器选型 41

　　B. 7 其他监测传感器选型 41

　　附录 C(规范性) 系统通信电路设计规定 42

　　C. 1 适用范围 42

　　C. 2 共性要求 42

　　C. 3 无线通信电路设计步骤 42

　　C. 4 路径损耗测试方法及要求 43

　　C. 5 无线通信电路设计要求 45

　　C. 6 设计报告的审定 48

　　附录 D(资料性) 系统数据通信规约示例 49

　　D. 1 报文帧结构示例 49

　　D. 2 要素(参数)编码示例 52

　　D. 3 报文正文基本结构示例 53

　　参考文献 56

　　Ⅱ

　　GB/T 41368—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中华人民共和国水利部提出并归口 。

　　本文件起草单位：水利部信息中心、水利部南京水利水文自动化研究所、长江水利委员会水文局、淮河水利委员会水文局(信息中心)、北京大学、水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心。

　　本文件主要起草人：蔡阳、祝明、陆云扬、张国学、吴恒清、高繁民、陈智、徐海峰、张建刚、牛睿平、李承。

　　Ⅲ

　　GB/T 41368—2022

　　引 言

　　水文自动测报系统是应用遥测、通信、计算机、物联网、大数据、云计算等技术，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、水质、墒情、潮位、风向风速、闸门开度等水文气象、水利工程工况要素等数据采集、传输、处理、管理和应用的智能化信息系统。 随着以智能化为重要标志的世界第四次工业革命的到来，水文自动测报系统融合了多专业、多学科、多领域技术，在水利、电力、海洋、气象、环保、农林、工民建等诸多行业得到广泛的应用，在我国水文、水资源、水环境、水生态、工程安全、旱情、节水农业、智能电网、智慧水务、城市管网等方面发挥了重要的作用，具有显著的决策支持效用，也是一种综合性强的系统工程，需要有统一标准指导其建设和应用，因此提出编制本文件。

　　本文件在编制时，查阅了大量国内外有水文自动化方面的技术文献资料以及相关标准，吸纳了当前最新通信技术、互联网技术、传感器技术等自动化、智能化技术在水利、资源、环境、农林、电力、气象等行业领域成熟应用的成果，对水文自动测报系统组成的拓扑结构、系统技术要求、硬件设备(包括传感器)要求、安装调试、试运行考核及运行维护管理、前期建设、数据传输规约等作出统一规定，对水文自动测报系统建设的全过程环节进行了规范，综合考虑了系统建设的目的性、先进性、技术的前瞻性、标准的实用性和协调性，对规范全国范围内自动测报技术的应用具有积极影响，对提升国内外自动测报技术水平具有重要意义。

　　本文件在编写时，结合水文自动测报系统的实际应用情况，根据工程建设的要求，在规划、设计、建设和管理等方面作出了统一规定;对于其应用的设计合理、技术先进的新产品、新装备，在保证系统可靠性的前提下，鼓励进行现场考核应用，使用成功后进一步推广。

　　Ⅳ

　　GB/T 41368—2022

　　水文自动测报系统技术规范

　　1 范围

　　本文件规定了水文自动测报系统(以下简称“系统”)的总体要求、结构组成、技术要求、设备要求、安装调试、测试考核和运行维护。

　　本文件适用于水利、资源、环境、农林、电力、气象等行业涉及的系统建设以及运行管理。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 11828 . 2 水位测量仪器 第 2 部分：压力式水位计

　　GB/T 11828 . 4 水位测量仪器 第 4 部分：超声波水位计

　　GB/T 15966—2017 水文仪器基本参数及通用技术条件

　　GB/T 21327 水面蒸发器

　　GB/T 21978 . 2 降水量观测仪器 第 2 部分：翻斗式雨量传感器

　　GB/T 21978 . 6 降水量观测仪器 第 6 部分：融雪型雨雪量计

　　GB/T 30950 闸位计

　　GB/T 35138—2017 封闭管道中流体流量的测量 渡越时间法液体超声流量计

　　GB/T 50095—2014 水文基本术语和符号标准

　　GB/T 50138 水位观测标准

　　GB 50179 河流流量测验规范

　　CJ/ T 364—2011 管道式电磁流量计在线校准要求

　　JJG(气象)005 自动气象站雨量传感器检定规程

　　NY/T 1782 农田土壤墒情监测技术规范

　　NY/T 3180 土壤墒情监测数据采集规范

　　SL/T 21 降水量观测规范

　　SL/T 364 土壤墒情监测规范

　　SL 537 水工建筑物与堰槽测流规范

　　SL 588 水利信息化项目验收规范

　　SL 630 水面蒸发观测规范

　　SL/T 651 水文监测数据通信规约

　　3 术语和定义

　　GB/T 50095—2014 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　1

　　GB/T 41368—2022

　　3.1

　　水文自动测报系统 hydrologicaldataauto-acquisitionandtransmissionsystem

　　应用遥测、通信、计算机和网络等技术，完成水文要素的自动采集、传输、处理和应用的信息系统。注：包括各类水(雨)情自动测报系统。

　　[来源：GB/T 50095—2014,11 . 12 . 1,有修改]

　　3.2

　　测区 surveyingarea

　　为满足行业内涉水业务工作需要而进行水文信息采集的区域。

　　注：涉水业务工作包括但不限于防汛抗旱、水资源管理、水环境保护、水文应急监测和涉水工程运行管理等。

　　3.3

　　遥测站 remotetelemetrystation

　　为收集监测数据而在特定场所设立的，能按照预设指令或响应远程控制指令自动完成数据采集、存储、处理及传输等功能的设备集合的总称。

　　[来源：GB/T 50095—2014,11 . 12 . 1 . 1,有修改]

　　3.3.1

　　自报式 selfreportingmode

　　遥测站在被测要素值发生变化或定时等事件触发条件下，主动发送数据的工作模式。

　　3.3.2

　　查询-应答式 inquire-answermode

　　遥测站响应查询指令发送数据的工作模式。

　　3.3.3

　　兼容式 compatiblemode

　　同时具有自报和查询-应答两种功能的工作模式。

　　3.4

　　集合转发站 collecting，consolidatingandtranspondingstation

　　系统中对若干个遥测站数据具有接收处理、合并转发、信道和协议转换功能的数据中转站。

　　[来源：GB/T 50095—2014,11 . 12 . 1 . 4,有修改]

　　3.5

　　中继站 relaystation

　　为解决信道组网时因路径损耗太大或地形影响造成传输误码率超标，而在遥测站与中心站之间设立的用于转发中心站指令和遥测站数据的接力站。

　　[来源：GB/T 50095—2014,11 . 12 . 1 . 2,有修改]

　　3.6

　　(分)中心站(sub-center)centerstation

　　在水文自动测报系统中，负责实时数据收集、处理和发布，并根据需要能对遥测站进行遥控/遥调的总(分)控制中心。

　　[来源：GB/T 50095—2014,11 . 12 . 1 . 3,有修改]

　　3.7

　　多目标并行组网 multi-targetparalleltransmissionnetworkstructure

　　遥测站以逐级上传或集中分发同时向 2 个以上分中心站或中心站发送信息的互联模式。

　　2

　　GB/T 41368—2022

　　3.8

　　扁平化组网 flatteningnetworkstructure

　　遥测站和中心站作为对等的通信终端接入自动测报系统通信网络的互联模式。

　　3.9

　　月平均畅通率 dataaccessiblerateofa monthlyaverage

　　每月系统所有站点数据正确传输到目的地次数统计值与中心站每月应收到系统所有遥测站定时自报或定时召测数据的次数总和之比。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　ADSL：非对称数字用户环路(Asymmetric Digital Subscriber Line)

　　APN：一种网络接入技术参数(Access Point Name)

　　BDS：中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)

　　CMOS：互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor)

　　DDN：数字数据网(Digital Data Network)

　　DTU：数据传输单元(Data Transfer Unit)

　　GIS：地理信息系统(Geographic Information System)

　　GNSS：全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)

　　MSTP：基于 SDH 的多业务传送平台(Multi-Service Transfer Platform)

　　MTBF：平均无故障工作时间(Mean Time Between Failure)

　　NB-IoT：窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)

　　PPP：点到点协议(Point to Point Protocol)

　　PSTN：公用电话交换网络(Public Switched Telephone Network)

　　RJ-45：标准 8 位模块化接口的俗称(Registered Jack-45)

　　RS-232C：一种串行通信传输接口的俗称(Recommended Standard-232C)

　　RS-485：一种串行通信传输接口的俗称(Recommended Standard-485)

　　RTU：远程终端单元( Remote Terminal Unit)

　　SDH：同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy)

　　SDI-12 : 1200 波特数字串行接 口 (Serial Digital Interface-12)

　　SSI：同步串行接口(Synchronous Serial Interface)

　　TCP/IP：传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

　　TTL：逻辑门电路(Transistor-Transistor Logic)

　　UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)

　　VPDN：虚拟专用拨号网业务(Virtual Private Dial-up Networks)

　　WMMP：无线机器通信协议(Wireless Machine-to-Machine Protocol)

　　5 总体要求

　　5 . 1 系统建设应根据业务应用需求开展前期工作。 前期工作应包含基本资料的收集与分析整理、现场查勘、站网布设等步骤，具体要求应符合附录 A 的规定。

　　3

　　GB/T 41368—2022

　　5 . 2 系统建设考虑到信息采集源的唯一性等问题，应利用现有资源，避免重复建设。

　　5 . 3 系统建设应选用由国家或行业具有相应资质的检测机构检验合格的定型设备。

　　5 . 4 系统建设期间应制定系统测试考核方案，并按照测试考核方案对系统进行测试考核，合格后方可投入运行。

　　5 . 5 系统组成结构应符合本文件的规定，并按照系统的性能、功能、可靠性等指标要求，合理配置各项技术和相应设备，满足在“无人值守、有人看管”的条件下稳定可靠运行。

　　5 . 6 系统应具备实现与外部信息系统互联互通的接口，并符合国家和行业等标准。

　　5 . 7 系统应配备技术人员、维护经费、备品备件等运行保障条件。

　　6 结构组成

　　6 . 1 一般规定

　　系统应由遥测站、中心站、中继站(/集合转发站/分中心站)组成，应采用专用信道、公用信道或混合信道组网。 系统组成结构应选用下列模式：

　　a) 由遥测站和中心站构成的逐级上传模式;

　　b ) 由遥测站、中继站(集合转发站)和中心站构成的逐级上传模式;

　　c) 由遥测站、分中心站和中心站构成的逐级上传模式;

　　d) 多目标并行组网构成的集中收发模式;

　　e) 扁平化组网构成的互联网络模式。

　　6 . 2 遥测站-中心站组成结构模式

　　由若干遥测站和中心站构成的逐级上传模式应按图 1 构建。

　　图 1 遥测站和中心站组成结构模式

　　6 . 3 遥测站-中继站(集合转发站)-中心站组成结构模式

　　由若干遥测站、中继站(集合转发站)、中心站构成的逐级上传模式应按图 2 构建。

　　4

　　GB/T 41368—2022

　　图 2 遥测站、中继站(集合转发站)和中心站组成结构模式

　　6 . 4 遥测站-分中心站-中心站组成结构模式

　　由若干遥测站、分中心站和中心站构成的系统，其中信息逐级上传模式应按图 3 构建，信息集中收发模式应按图 4 构建，其信息流向应为全系统的遥测站数据直接发送到中心站，再由中心站分发到各相关分中心。

　　图 3 遥测站、分中心站和中心站组成结构模式(信息逐级上传)

　　图 4 遥测站、分中心站和中心站组成结构模式(信息集中收发)

　　5

　　GB/T 41368—2022

　　6 . 5 多目标并行组网组成结构模式

　　多目标并行组网系统应按图 5 构建。

　　图 5 多目标并行组网组成结构模式

　　6 . 6 扁平化组网构成互联网模式

　　扁平化组网构成的互联组网模式应按图 6 构建。

　　注：遥测站和中心站或分中心站作为对等的通信终端接入系统通信网络(如物联网数据中心或通信中心)的互联组网模式。

　　图 6 扁平化组网构成互联网模式

　　7 技术要求

　　7 . 1 一般规定

　　7 . 1 . 1 功能

　　7 . 1 . 1 . 1 系统应具有下列功能：

　　a) 准确、及时、可靠地采集和传输水文信息及设备工况信息;

　　b ) 将数据以被行业认可的规范格式写入数据库，并实现信息资源报送功能;

　　c) 重要遥测站配置相互独立的主、备数据传输信道，并具有传输信道的主、备模式选择设置和主

　　6

　　GB/T 41368—2022

　　备信道数据传输自动切换功能;

　　d) 远程或现场设定及修改各类运行参数;

　　e) 采用同一个基准时钟自动校时;

　　f) 对于有水文预报要求的系统其数据采集处理满足水文预报的相关要求。

　　7 . 1 . 1 . 2 结合系统建设管理应用的需要，条件具备时，系统应具有但不限于下列功能：

　　a) 对数据进行统计计算处理，生成相应的报表和处理结果;

　　b ) 根据业务需求，提供符合整编要求的水文资料;

　　c) 分中心(或中心)站与中心站之间互联配置信息传输主、备用信道，并能相互切换。

　　7 . 1 . 2 主要技术指标

　　7 . 1 . 2 . 1 系统一次完成测区内遥测站实时数据收集、处理和转发的时间不应超过 10 min, 系统实时数据上报国家级系统平台的时间不应超过 20 min。

　　7 . 1 . 2 . 2 主要通信方式信道误码率 Pe 应符合表 1 的要求。 信道误码率 Pe 不能满足要求时，应调整组网方案或通信方式。

　　表 1 主要通信方式信道误码率 Pe 规定

　　信道a

　　超短波通信

　　微波、卫星通信

　　移动通信

　　DDN、SDH、ADSL、MSTP

　　PSTN

　　Pe

　　≤1 × 10- 4

　　≤1 × 10- 6

　　≤1 × 10- 5

　　≤1 × 10- 6

　　≤1 × 10- 5

　　a 移动通信组网时，站点位置的选择应保证移动通信信号的强度较好;选择卫星通信组网时，若是定向天线系统，应避免其天线指向的前方有遮挡物影响;若是全向天线系统，应避免天线周边有树木、高压线、房屋等影响其信号传输。

　　7 . 1 . 2 . 3 系统可靠性指标的确定应符合下列规定：

　　a) 可靠性主要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来衡量。 系统数据收集的月平均畅通率不低于 95%,其中重要控制站的月平均畅通率达到 98%以上;

　　b ) 系统通过计算机网络传输数据的月平均畅通率达到 99%以上;

　　c) 系统各类设备的可靠性指标选用能保证单站综合 MTBF达到以下要求：

　　1) 遥测站 MTBF不低于 8 000 h;

　　2) 中继站 MTBF 不低于 16 000 h。

　　7 . 1 . 2 . 4 系统监测要素的分辨力、测量误差等指标应符合下列规定：

　　a) 根据业务应用需求确定系统各监测要素值或量的分辨力、测量误差，所涉及监测要素传感器的选择满足附录 B 的要求;

　　b ) 测量误差采用对应的监测要素传感器测量误差来衡量。

　　7 . 1 . 2 . 5 系统基准时钟应采用 GNSS授时系统，应采用 BDS授时系统作为系统时钟同步时钟源。

　　7 . 2 遥测站

　　7 . 2 . 1 组成

　　遥测站应包括传感器、遥测终端、通信等主要设备及防雷、供电电源等辅助设备，组成框图应符合图 7的规定。

　　7

　　8

　　GB/T

　　

　　41368—2022

　　

　　注 ：图中的通信设备，在以超短波为通信信道的系统中是超短波电台;在以移动通信为信道的系统中是移动通信单元(DTU);在以卫星通信为信道的系统中是卫星小站(卫星通信终端)。

　　图 7 遥测站构成框图

　　7 . 2 . 2 主要功能

　　7 . 2 . 2 . 1 遥测站应具有下列功能：

　　a) 根据业务需求自动采集水文要素等数据，并实现要素数据的现地存储;

　　b ) 测试数据不存入现地数据存储器;

　　c) 具有不同工作模式设置功能;

　　d) 具有多信道互为备份的传输方式，并具有传输信道自动切换功能;

　　e) 根据工作模式向一个或多个分中心或中心站发送数据以及设备运行工况信息的功能;

　　f) 遥测站数据发送或上报频率能根据业务需要设定;

　　g) 实现超阈值加报;

　　h) 具有现场和远程读取以及修改遥测站参数的功能，参数包括监测要素范围、报信阈值、测量时间间隔和定时发信时间间隔等;

　　i ) 获取基准时钟实现自动校时功能。

　　7 . 2 . 2 . 2 根据系统建设管理需要，具备条件时，遥测站应具有但不限于下列功能：

　　a) 实现存储历史数据的现场和远程提取，提供现场数据、站点参数显示功能;

　　b ) 雨量数据实时采集并超阈值加报，水位数据定时采集并超阈值加报;

　　c) 具有信道恢复数据补发功能，补发数据的时间段可根据业务需求确定，最长可补发 15 d 内数据;

　　d) 具有图像采集传输功能;

　　e) 具有视频监控以及辅助监测功能;

　　f) 数据传输协议符合 SL/T 651 的规定，必要时也能通过设定参数按照其他协议进行数据传输。

　　7 . 2 . 3 主要技术指标

　　遥测站主要技术指标应符合下列要求：

　　a) 供电电源：

　　1) 直流电压在标称值的 90%~120%范围内，交流电压为(1±20%)220 V ;

　　2) 浮充供电条件下，设备长期可靠工作;无浮充条件下仅用蓄电池供电，保证设备连续正常供电不低于 30 d ;

　　GB/T 41368—2022

　　b) 遥测站 MTBF符合 7.1.2.3 c) 的规定;

　　c) 工作环境条件：

　　1) 温带地区使用环境温度- 10 ℃ ~+55 ℃ ;

　　2) 高寒地区使用环境温度-30 ℃ ~+55 ℃ ;