孔媛媛 崔常松 济宁报道 通讯员 田玉俭
君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回……
黄河，这条自古以来见证了中华民族沧桑巨变的河流，在它的奔腾中展现出了无与伦比的气势。随着“数字黄河”等治黄新理念的提出，黄河治理开发和管理现代化进一步向前推进，数字化技术正改变着传统的水文观测和数据数字分析处理模式。5月7日，梁山黄河河务局自主研发的DTU云组态实时校测式激光水尺（以下简称“激光水尺”）安装完成并投入试运行，全天候全方位监测黄河水位，实现数据“精测快报”。
最高实现每秒30次观测
数据实时自动上传手机
走进梁山县程那里险工11号坝，黄河水流宽广而深邃，蜿蜒曲折地穿过大地，阳光洒在黄河之上，水面熠熠生辉，宛如一片金海，散发出一种宁静而神秘的氛围。而伫立于岸边约五米高的激光水尺、太阳能板，相隔3米互相遥望，就像一名“情报员”，监测黄河水情，提供“情报”，将流水的低吟声化作万点灯光。
“激光水尺由激光探头，观测管道，观测激光，浮漂组成，在传统水尺顶部加装激光测距传感器，进行水位测量。测量数据通过DTU设备实时传输至数据处理云平台，云平台对数据进行处理后，通过云组态进行实时发布，观测人员可以在手机和电脑上实时查看，掌握水位变化情况。”梁山黄河河务局防汛办公室二级主任科员高庆旺介绍。为了保证激光水尺能够实时监测黄河水位，在距离激光水尺约3米处的位置安装了太阳能板，为其供电。
山东黄河流经菏泽、济宁、泰安、聊城、济南、德州、滨州、淄博、东营9个市、28个县（市、区），河道长628km，河道上宽下窄，纵比降上陡下缓，排洪能力上大下小。流经济宁梁山的黄河属于激荡型向弯曲型过渡的河段，经过实地调研，综合协调，程那里险工11号坝岸段水流较为平缓，是最适合的水位测报点。
水位数据是黄河洪水防御的重要支撑性数据，高效、迅速、准确的水位观测可以为洪水防御调度提供重要保障。“我们最开始测水位的工具是人工水尺，随着数字孪生黄河建设的深入开展，对水位观测也提出了更高的要求，又陆续建设了遥测水位站。”高庆旺说，人工读尺读数虽然准确，但人工水尺一般设置在险工、控导工程的根、坦石头坡上，由于坡陡溜急，观测不便，危险性较大。在洪水涨水期、落水期，水位变化较快，人工水尺与遥测水尺进行比测时，很难做到时间同步、读数同步，无法达到比测目的，影响观测数据的可靠性。
为解决传统人工水尺观测不便、危险性较大、比测困难等难题，进一步提高观测数据的准确性、可靠性，梁山黄河河务局在充分调研论证和研究实践的基础上，研制成功DTU云组态实时校测式激光水尺。“水尺高5米，可实现黄河河道流量5000立方米每秒的水位观测，观测精度±1mm，最高可实现每秒30次观测，水位变化情况一目了然。”高庆旺说。
攻克多项技术难点
满足水位观测精准度
黄河浩荡，一泻千里。水位数据是防汛的“耳目”，它提供的“情报”准不准，快不快，直接影响着防汛抗洪抢险和指挥调度的决策部署。梁山黄河河务局自主研发的DTU云组态实时校测式激光水尺不仅是山东省黄河首家激光水尺，更重要的是该项目攻克完成了水位快速测量、数据实时传输、远程实时控制、水位实时比测、多设备云组态等关键技术，实现了水位的快速、准确、高效观测与传输，减轻了观测人员的劳动强度，提升了水位观测的安全性。
黄河含沙量高，且变化幅度大，为进一步优化梁山黄河各流量级的水位观测方式，梁山黄河河务局数字创新小组在充分调研、论证、试验的基础上，确定选用激光测距传感器、远程数据透传模块等设备，对传统人工水尺进行改造升级。“激光测距传感器具有测量快、精度高的特点，能够满足水位观测精度的要求，并且受外界环境影响小，感光性强，自损性低，安装调试简单。”梁山黄河河务局党组成员，副局长赵磊说。
有了精确的数据测量，但如何将激光测距传感器与数据连接，实时传输、比测成了一个棘手的难题。“激光水尺只能测量出相对值，但我们要用水位的高程，再对数据进行处理，修正误差，才能测出准确数据。”高庆旺坦言。数字创新小组多次探讨，不断试验，通过数字建模，选用DTU模块，实现激光测距传感器与数据处理云平台之间数据的相互传输，并通过数据处理平台的云组态功能，实现对观测数据的实时发布，除此之外，管理人员可以在数据处理平台通过DTU设备向激光测距传感器实时下达观测指令，实现对激光测距传感器的动态控制。“在实时比测上，水尺安装专用摄像头，水尺外侧有观测刻度，可以实现对水位的远程人工读数，结合激光测距传感器，可实现对水尺的实时校验。”
随着数字孪生黄河建设的深入开展，黄河水位观测也更为“智慧”。“激光水尺的成功运行，实现了对河道水位的实时观测、实时比测、实时传输、实时发布，有效提升了水位观测的精准度和时效性，并且使用通用的传输协议，后期可以实现与云黄河平台的数据互通，为黄河洪水防御贡献一份新质之力。”赵磊坦言，目前，在济宁梁山程那里险工11号坝，人工可以通过目测感知水面，遥测水尺从空中感知水面，激光水尺从水中感知水面，同时“在岗”，互为补充，互相校核，提高济宁黄河水位观测保障能力。
