水情自動測報實驗室建設(shè)實踐與應(yīng)用探析

1、    水情自動測報實驗室建設(shè)實踐與應(yīng)用探析    李繼清楊卓摘要：實驗室及實驗教學對培養(yǎng)有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才具有極其重要的作用。水情自動測報實驗室作為華北電力大學水電學科教學實驗中心的一部分，既是教學基地也是科研場所，可以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題和創(chuàng)新思維的能力，推動華北電力大學水電實驗中心不斷優(yōu)化、完善實驗教學體系，充分調(diào)動學生實驗的積極性和主觀能動性。關(guān)鍵詞：水情自動測報實驗室；建設(shè)實踐；教學應(yīng)用：g642.0 文獻標志碼：a ：1674-9324（2015）08-0233-02當前水安全和水資源問題已經(jīng)成為社會和經(jīng)濟發(fā)展中的重要因素

2、。安全問題特別是因洪水等自然災(zāi)害所引發(fā)的突發(fā)事故，其危害巨大。因此，研究水情安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過對水情的動態(tài)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)事故，為管理部門提供信息管理和決策支持手段。水情信息的采集從古代石魚觀測到新中國成立后水文站網(wǎng)規(guī)劃，建立專門的水文站進行水文數(shù)據(jù)收集，再到改革開放后開始探索水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)，水情信息的采集逐漸專業(yè)化。水情自動測報系統(tǒng)采用現(xiàn)代科技對水文信息進行實時遙測、傳送和處理，是有效解決江河流域及水庫洪水預(yù)報、防洪調(diào)度及水資源合理利用的先進手段，對江河流域及水庫安全度汛和電廠經(jīng)濟運行以及水資源合理利用等方面都能發(fā)揮重大作用。實踐教學是高等教育人才培養(yǎng)的重要途徑，實驗室及實驗教學對培養(yǎng)有

3、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才具有極其重要的作用。水情自動測報實驗室作為華北電力大學水電學科教學實驗中心的一部分，既是教學基地也是科研場所，可以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題和創(chuàng)新思維的能力，是培養(yǎng)高質(zhì)量的本科生及碩士生、博士生的必要條件，促進華北電力大學水電學科的發(fā)展。下面，筆者結(jié)合教學和實驗室建設(shè)的經(jīng)驗，就建設(shè)水情自動測報實驗室及其教學應(yīng)用略述己見，以起到拋磚引玉的作用。一、實驗室建設(shè)指導思想及規(guī)劃歷程水電學科是華北電力大學的新建學科，目前開設(shè)了水利水電工程專業(yè)和水文水資源工程兩個本科專業(yè)。本學科遵循“新模式、高起點、高標準、高速度”的發(fā)展目標與戰(zhàn)略，成立了水電能源與工程研究中心，歸屬可再生能

4、源學院。針對水電學科軟硬件環(huán)境較為薄弱的實際情況，學校近幾年投入大量資金來建設(shè)水電學科實驗室。按照學科規(guī)劃，水電學科實驗室一直本著“高起點、高水平、高利用率”的原則進行建設(shè)可再生能源學院學科，將逐步建設(shè)12個教學實驗室，建成有華電自身特點與優(yōu)勢的水電專業(yè)特色，整體達到國內(nèi)先進水平。20世紀80年代初，我校曾開設(shè)水工結(jié)構(gòu)工程和農(nóng)田水利工程兩個本科專業(yè)，并擁有農(nóng)田水利工程專業(yè)碩士學位授予權(quán)，而后由于歷史原因和學校變遷，水利專業(yè)停辦。2004年，我?；謴?fù)水利學科，后經(jīng)國務(wù)院學位委員會批準，先后獲得水文學及水資源專業(yè)二級學科和水利工程一級學科碩士學位授予權(quán)。在實驗室建設(shè)方面，已先后建立了“河流與水工模

5、擬實驗中心”、“水力學實驗室”等。但是由于水利學科是新建學科，上述實驗室還不能完全滿足我校水電學科兩個專業(yè)的實驗教學要求，無法保證學生的實驗示教。另外，在2013版的水文水資源工程專業(yè)本科生教育教學培養(yǎng)方案中，顯著加強了實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?；诖?，結(jié)合水文與水資源工程專業(yè)的6門核心專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的課程實驗需求，在2011年，我校從中央財政“修購?？睢表椖縿潛芙?jīng)費，購置了儀器設(shè)備，用于專門的水情自動測報與水安全實驗室建設(shè)。二、實驗室建設(shè)實踐水情自動測報系統(tǒng)由gprs rtu實驗平臺、現(xiàn)場傳感器、中心控制站、遠程傳輸單元、采集存貯單元、遙測終端、遙測端太陽能供電、交流避雷器附屬實驗裝置、水文

6、信號綜合顯示儀、水下無線傳輸轉(zhuǎn)換器、水位雨量數(shù)據(jù)采集儀及水文自動監(jiān)測終端機等實驗裝置組成，搭建了水情數(shù)據(jù)的采集、傳輸和顯示系統(tǒng)平臺。可以把校內(nèi)人工河、雁翅水文站和校內(nèi)氣象站的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞覂?nèi)和在人工河旁的液晶演示屏，并依次顯示校內(nèi)人工河、雁翅水文站和校內(nèi)氣象站的水情和氣象數(shù)據(jù)。1.系統(tǒng)設(shè)計。水雨情的數(shù)據(jù)信息主要包括降雨、水位、流量、氣象要素（溫度、濕度、風力等）信息。觀測場地有校外水文站（降雨、水位、流量觀測）、校內(nèi)人工河（水位、流量觀測）和三食堂樓頂（氣象觀測）三處。人工河附近安裝了多媒體電子展示屏，使過往師生能夠直接感受到豐富的實時水文信息和水文科普知識，形成了一套集成度高、便于管理的完

7、整的校園水文信息采集科普園。2.系統(tǒng)組成。水情自動測報系統(tǒng)由信息采集系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)四部分組成：（1）信息采集系統(tǒng)。水雨情信息由太陽能電池配合蓄電池供電，觀測和采集設(shè)備轉(zhuǎn)換成電子信號保存，并傳輸?shù)綄嶒炇液惋@示系統(tǒng)。（2）信息傳輸系統(tǒng)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄下來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，先上傳至中轉(zhuǎn)站，再上傳到實驗室服務(wù)器。短距離傳輸采用有線的方式，長距離傳輸采用zigbee或者gprs方式。（3）軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括水雨情和氣象信息的收集、傳輸、示、保存及查詢。（4）顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)由兩部分組成：led屏和電腦終端，同時顯示實時信息。結(jié)構(gòu)布置詳見圖1。3.系統(tǒng)功能。水情自動測報系統(tǒng)完

8、成的功能：（1）校外水文站現(xiàn)場采集實時數(shù)據(jù)并傳輸?shù)叫?nèi)實驗室和人工河旁的led顯示屏。（2）校內(nèi)人工河水位、流量數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集，并傳輸?shù)綄嶒炇曳?wù)器、終端和室外led屏并顯示。（3）校內(nèi)三食堂樓頂室外氣象觀測場的數(shù)據(jù)采集、傳輸及室內(nèi)外顯示。（4）校內(nèi)主樓b座四層、七層實驗室間數(shù)據(jù)的傳輸及顯示。水情自動測報系統(tǒng)運用當今最先進的水文信息采集技術(shù)，將雨量、降雪量、水位、流量等信息實現(xiàn)自動采集；采用先進的通信技術(shù)使數(shù)據(jù)集成到實驗室中心；采用先進的展示技術(shù)，使水文信息在實驗室中心計算機上實現(xiàn)自由查詢，并且在校園內(nèi)的多媒體展示屏上實時更新信息。三、實驗室教學科研應(yīng)用及改革水情自動測報及水安全分析實驗室建設(shè)

9、完成后，基本滿足水文測驗學、水文信息采集與處理、水電站水庫調(diào)度及其自動化系統(tǒng)等本科專業(yè)課程的相關(guān)實驗要求及其他相關(guān)碩士研究生的實驗教學任務(wù)。先后開設(shè)了“水情數(shù)據(jù)自動測報系統(tǒng)演示實驗”、“水文氣象數(shù)據(jù)遙測及信息處理演示實驗”等具體實驗項目，并支撐了2項國家自然科學基金項目和2項橫向課題的順利開展，形成以科研支持和帶動教學。此外，依托實驗室內(nèi)儀器、自動化觀測系統(tǒng)和相關(guān)軟件，在教師的指導下，積極引導學生開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，先后開展了小流量低流速河道的流量測驗新方法電波流速儀流量測驗系數(shù)率定、基于虛擬現(xiàn)實的流域電子沙盤設(shè)計等。對于發(fā)揮學生的創(chuàng)新思維，提高學生動手能力以及分析解決問題能力，非

10、常有效，并培養(yǎng)了學生的科研意識和能力，為后續(xù)的碩士和博士研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。在未來的實驗教學改革中，將著重培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，在教師和實驗人員的指導下，自行設(shè)計實驗路線來開展實驗，組織實施完成創(chuàng)新訓練項目。四、結(jié)語通過水情自動測報及水安全分析實驗室的建設(shè)，合理調(diào)配，營造一個全方位、多功能、生動、開放的觀摩、實驗實習環(huán)境，為水利水電工程和水文學及水資源工程專業(yè)提供水情自動測報方面的直觀印象、實時數(shù)據(jù)和研究手段，加深對水資源的理解，逐步培養(yǎng)學生良好的創(chuàng)新思維、實踐能力和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。同時，也注重引導學生將實驗中所獲得的感性認識與所學理論知識進行關(guān)聯(lián)，形成以科研支持教學、帶動教學、構(gòu)建科學的教學體系。參考文獻：1趙敏，福聶麗，等.實驗室是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要基地j.大學教育，2013