大慶地區(qū)防洪工程自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)狀與改造設(shè)想

栗端付，呂振彪，姜 濤

(1.大慶地區(qū)防洪工程管理處，黑龍江大慶163311;2.齊齊哈爾市水政監(jiān)察支隊(duì)，黑龍江齊齊哈爾161006)

1 大慶地區(qū)防洪工程自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

大慶地區(qū)防洪工程自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要包括明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。

明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)、采集明青坡地來(lái)水的遙測(cè)雨量自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。明青坡地位于大慶地區(qū)防洪工程上游，是明青截流溝匯水流域，流域跨有明水、青岡、安達(dá)等市縣，總控制面積2 161 km2。明青坡地是暴雨洪水多發(fā)區(qū)，洪水流經(jīng)明青截流溝后匯入王花泡，它是大慶地區(qū)洪水主要來(lái)源之一。因此，該區(qū)的洪水監(jiān)測(cè)是大慶地區(qū)防洪工作重點(diǎn)。

1.1 明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的組成

明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由1處中心站、2處中繼站和21處遙測(cè)雨量站組成。1處中心站為調(diào)度中心，兩處中繼站為育林中繼和明青交叉工程中繼，21處遙測(cè)雨量站分布在依安、明水、青岡、安達(dá)等4個(gè)市縣內(nèi)。站點(diǎn)分布詳見(jiàn)圖1。

圖1 明青坡地雨量站點(diǎn)系統(tǒng)配置圖

1.2 系統(tǒng)的工程特點(diǎn)和基本功能

系統(tǒng)能準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)測(cè)大慶地區(qū)主要洪水來(lái)源的明青坡地雨情，解決了明青坡地遠(yuǎn)離大慶，地域偏僻，常規(guī)水文觀測(cè)無(wú)法監(jiān)測(cè)雨情的老大難問(wèn)題;及時(shí)收集流域內(nèi)雨情信息，為王花泡滯洪區(qū)來(lái)水的洪水預(yù)報(bào)提供了可靠的雨情資料，使該滯洪區(qū)的洪水預(yù)報(bào)調(diào)度工作有了保障;系統(tǒng)采用雨情自動(dòng)收集、自動(dòng)傳輸、有雨即報(bào)的方案，實(shí)現(xiàn)了水情信息自動(dòng)化，做到無(wú)人值守、有人監(jiān)護(hù);系統(tǒng)采用遙測(cè)平臺(tái)設(shè)施，保證了遙測(cè)設(shè)置安全防盜、防雷電等破壞。

1.3 明青坡地水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)是以超短波無(wú)線電信道為傳輸媒介的數(shù)傳系統(tǒng)。中心站以下采用了自報(bào)式遙測(cè)體制，系統(tǒng)始終處于遙測(cè)站主動(dòng)報(bào)送水情信息，中心站處于被動(dòng)接收狀態(tài)。雨量遙測(cè)站平時(shí)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，在降雨量達(dá)到1 mm的變化時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)發(fā)射機(jī)，把采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一級(jí)中繼站或一級(jí)中繼站、二級(jí)中繼站報(bào)送到中心站，中心站接到數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)軟件處理進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，供洪水預(yù)報(bào)調(diào)度使用。具體工作原理見(jiàn)圖2。

2 大慶地區(qū)防洪工程自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)改造設(shè)想

由于近年來(lái)我國(guó)通信事業(yè)的迅猛發(fā)展，城市中增加了很多以超短波為主的通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)明青坡地自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的中心站接收中繼站數(shù)據(jù)造成了干擾，從而影響了遙測(cè)站數(shù)據(jù)的采集情況，降低了系統(tǒng)的可靠性。為此，對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行改造，主要對(duì)中繼站和中心站之間通信方式進(jìn)行改造。系統(tǒng)改造后運(yùn)行模式如下:

2.1 通信組網(wǎng)方式

系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式主要包括以下幾點(diǎn):

1)中心站與中繼站之間采用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為主通信方式，短消息傳送作為備用通信方式

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，是在GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)據(jù)分組交換技術(shù)，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。

圖2 系統(tǒng)工程原理圖

首先GPRS采用多時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)傳速率較高。各地網(wǎng)絡(luò)配置情況不盡相同，因此GPRS實(shí)際數(shù)傳速率視所占時(shí)隙數(shù)不同而不同。一般來(lái)說(shuō)上行速率較低(20～40 Kbps左右)，下行速率相對(duì)較高(100 Kbps左右)。

其次GPRS傳輸數(shù)據(jù)費(fèi)用低，對(duì)于測(cè)站分布密集，點(diǎn)數(shù)較多，通信次數(shù)頻繁的遙測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用GPRS方式傳輸數(shù)據(jù)相比采用短消息、衛(wèi)星通信等方式傳輸數(shù)據(jù)要經(jīng)濟(jì)的多。

另外，對(duì)于水文上間斷性的、頻繁的小數(shù)據(jù)包傳輸，以及偶爾的大容量固態(tài)數(shù)據(jù)提取，GPRS都是非常好的選擇。并且GPRS一般能在1秒之內(nèi)恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸。因此采用GPRS方式傳輸數(shù)據(jù)比較符合水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用。

各地的電路質(zhì)量和網(wǎng)管不完全一致，為防止GPRS數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)意外，本系統(tǒng)采取切換為短消息傳輸?shù)膫溆猛ㄐ欧绞健?/p>

2)為克服可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)瓶頸問(wèn)題，中心站采用專線收發(fā)數(shù)據(jù)。

3)為防止專線線路故障，每個(gè)分中心配備一個(gè)GPRS/GSM通信模塊，作為無(wú)線備用信道。

2.2 主備通信切換機(jī)制

遙測(cè)站每次測(cè)量完畢后，發(fā)送給中繼站，中繼站通過(guò)GPRS或短消息方式轉(zhuǎn)發(fā)給中心站。發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程如下:

首先使GPRS/GSM通信單元上電，通信單元會(huì)按設(shè)定號(hào)碼自動(dòng)撥號(hào)登錄到GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)中心，獲得一個(gè)動(dòng)態(tài)IP地址。同時(shí)通信單元根據(jù)設(shè)定的server地址和端口號(hào)，連接中心服務(wù)器，如果連接成功，中心即可獲得該連接的有關(guān)信息，同時(shí)中繼站也獲得了連接成功的消息，此時(shí)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。

中繼站發(fā)送數(shù)據(jù)后，要等待中心站確認(rèn)，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未收到中心確認(rèn)，則進(jìn)行重發(fā)。若重發(fā)3次均未收到中心確認(rèn)，則退出GPRS發(fā)送模式，轉(zhuǎn)用短消息發(fā)送。

如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)根本就不能成功連接中心服務(wù)器，則直接退出GPRS發(fā)送模式，轉(zhuǎn)用短消息發(fā)送數(shù)據(jù)。利用短消息傳輸數(shù)據(jù)同樣也采用確認(rèn)機(jī)制，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未能收到中心確認(rèn)，則進(jìn)行重發(fā)。若重發(fā)三次均未收到中心確認(rèn)，則認(rèn)為短消息傳送失敗。

若兩種途徑均未發(fā)送成功，則RTU存儲(chǔ)本幀數(shù)據(jù)，等待通信單元下次上電時(shí)發(fā)送。GPRS傳輸方式中的中心確認(rèn)，指的是中心軟件發(fā)出的確認(rèn)信息;

短消息傳輸方式中的中心確認(rèn)，指的是中心通信模塊收到短消息后移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)測(cè)站通信模塊發(fā)出的確認(rèn)。具體工作原理見(jiàn)圖3。

圖3 工作原理圖

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造后的自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，能夠避免其他無(wú)線電設(shè)施對(duì)中心站的影響。由于傳輸數(shù)據(jù)使用公網(wǎng)，為管理維護(hù)也提供了極大的方便。采用雙信道通信方式，大大提高了雨情信息采集傳輸?shù)谋ＷC率，為大慶地區(qū)防洪工程安全度汛提供了技術(shù)保證。