LDSW-03岸温自动遥测设备在百色水文站的应用探索

LDSW-03岸温自动遥测设备在百色水文站的应用探索

郭日晶　杨玉元

（百色水文中心  广西 百色  533000）

[摘要]:通过开展岸温人工与自动监测设备数据误差分析，探索用自动监测设备取代传统人工观测方法的可行性，进而实现岸温监测的自动化和智能化目的，以提高水文站测验手段的现代化水平，同时还可以减少人为因素造成的误差，新设备的运用为提高工作效率、解放生产力提供可能。

[关键词]：LDSW-03岸温监测设备　遥测　自动化

1测站基本情况

百色水文站设立于1936年，位于百色市右江区城东社区右江江段左岸，地理位置为东经106°34′，北纬23°53′，是珠江流域西江水系右江的重要控制站，属国家重要水文测站。百色水文站集水面积为21720km2，主要测验项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、岸温、水温、水质、地下水等。

在2022年4月之前，百色水文站的岸温观测均为人工观测，由测站人员每日8时到观测场进行人工观测岸温。为改变这种落后的监测手段，同时解放人力，实现岸温监测自动化，通过国家重要水文站提档升级（一期）项目百色水文站于2022年4月安装一套LDSW-03岸温自动遥测设备，并同步开展岸温自动监测与人工监测对比试验。

2　LDSW-03岸温自动遥测设备的组成和功能

2.1设备组成与工作原理

LDSW-03岸温自动遥测设备由广西兰德科技有限公司配套生产。整套设备由气象野外防护百叶箱、供电系统、岸温传感器、遥测终端机（RTU）、无线数据传输单元（DTU）、服务器中心软件平台等组成。在百叶箱内放置岸温传感器，仪器高度为距离地面高度1.5m，设备可根据设置要求每日多时段自动采集岸温数据，并将测得数据通过无线网络发送至中心站服务器软件平台，实现岸温监测的自动化。

2.2设备功能

（1）定时测量岸温；

（2）自动生成相关岸温报表；

（3）历史岸温查询；

2.3设备主要技术参数

大气温度传感器

测量范围：-50～+80℃

供电电压：DC4～24V

输出接口：RS232/RS485等

测量精度：±0.2℃

3自动监测数据与人工监测数据对比试验

　　根据试验要求，在百叶箱内在同一设备的安装平台上安装一套人工观测用的岸温监测设备，确保人工与自动设备处于相同的工况环境下，保证采集到的数据同步且真实有效，并且每日8时同步收集人工监测与自动设备的数据用于它们的数据误差分析。

3.1逐日岸温对比分析

对比分析数据系列采用百色水文站在2022年10月1日至2023年9月30日期间共同步观测收集到的365组数据。通过统计分析，逐日岸温误差最大为-1.4℃，出现在2022年10月19日，最小误差为0。各误差范围及所占总日数百分比详见表1。

表1  自动监测与人工监测逐日岸温误差统计分析表

由上表可知，逐日岸温误差在±0.5℃以内的日数占总日数的84.1%，误差在±1.0℃以内的占总日数的98.1%，自动监测与人工监测逐日岸温对比绝对误差较小，说明受外界环境影响较小，监测精度较高，符合观测技术要求，数据总体可靠。

将自动监测岸温与人工监测岸温对比数据绘制散点图，建立相关关系，详见图1。

图1  自动监测与人工监测逐日岸温相关关系图

从图1可见，自动监测与人工监测的逐日岸温数据点子密集，呈带状分布，直线回归趋势明显，经建立回归45度直线方程，两者的相关系数R为0.997，说明两组数据存在密切的相关关系。

3.2月平均岸温对比分析

根据规范要求，分别计算两组对比数据的月平均岸温，进而分析不同时段统计下的对比误差。采用2022年10月至2023年9月数据分别计算出其月平均岸温，共12组数据，通过统计分析，月平均岸温绝对误差均≤±0.3℃；相对误差均小于±5.0%，其中最大相对误差为-2.4%，最小为0%。各月平均岸温误差详见表2。说明自动监测与人工监测两组数据月平均岸温误差较小，说明岸温自动监测系统的数据精度总体是可靠的，符合观测技术要求。

表2  自动监测与人工监测月平均岸温误差统计分析

将自动监测岸温与人工监测月平均岸温绘制散点图，建立相关关系，详见图2。可见，自动监测与人工监测月平均岸温点子密集，也呈

45度直线趋势，建立回归直线方程，两者的相关系数R为0.999，说明两种观测方式取得的资料点子存在相关关系，且关系稳定、密切。

图2  自动监测与人工监测月平均岸温相关关系图

3.3对比数据的误差统计分析

经过对自动监测和人工监测收集到逐日岸温的365组数据进行标准差、系统误差及随机不确定计算，其标准差为2.16%，系统误差为0.34%，置信水平在95%下的随机不确定度为4.3%；又对它们的月平均岸温12组数据进行标准差、系统误差及随机不确定计算，其标准差为0.76%，系统误差为0.24%，置信水平在95%下的随机不确定度为1.52%。详见下表3。

通过分析计算，自动监测逐日岸温及月平均岸温的标准差、系统误差及置信水平在95%下的随机不确定度在现行有关规范允许误差范围内，自动监测设备采集的数据与人工监测的数据误差较小，且误差在合理范围内，成果满足精度要求。

表3　　自动监测与人工监测数据误差统计分析

4存在主要问题及解决方法

岸温的数据是采用每日8时的数据代表当日的岸温资料，并用于资料整编，当出现数据缺失时，人工观测时是采用前后相邻8时数据进行插补，而采用自动设备监测时，可以通过增加设备的监测段次的方法来弥补，比如调整为6段、8段和12段来增加监测次数，尽量采用相邻间隔时间较短的数据进行插补，从而提高数据的可靠性和合理性，这是人工观测时无法做得到的。

5结论

5.1百色水文站采用的LDSW-03岸温自动监测设备与人工监测进行了一年多的同步对比监测，岸温自动监测设备监测与人工监测的数据在逐日岸温、月平均岸温相比误差较小，相关关系密切，误差满足有关规范允许误差范围内，满足精度要求。

5.2通过采用自动监测设备可以减少因人为因素造成的读数误差、忘记监测或记录错误等现象，提高收集数据的真实性和可靠性。

5.3经过对比分析，在与人工观测设备处于同等工况下，LDSW-03岸温自动监测设备完全可应用代替人工观测，其数据可用于岸温的资料整编，从而实现岸温监测的遥测化和自动化，实现水文站测验手段的现代化。

作者简介：

郭日晶：男，1970年10月出生，广西百色市田阳区人，从事水文站网规划管理、水文监测、水资源评价、水文调查，水文水利分析计算，资料整编等工作。

杨玉元：女，1983年3月出生，广西田林县人，从事水文站网规划、水文监测、水资源评价、水文调查，水文水利分析计算，资料整编等工作。

1