灌區(qū)用水管理信息化建設(shè)的信息傳輸途徑

張承泉

（寧夏唐徠渠管理處，寧夏 銀川 750001）

1 信息傳輸技術(shù)概述

概括來(lái)講，目前主要的通訊手段和技術(shù)包括光纖、公共電話、微波、無(wú)線超短波、無(wú)線擴(kuò)頻、衛(wèi)星、移動(dòng)等通信。光纖通信 11～81傳輸帶寬大、穩(wěn)定，可靠，不導(dǎo)電、不產(chǎn)生感應(yīng)，適合于傳輸圖形、圖像視頻等多媒體表現(xiàn)形式的信息，但投資一般較大，施工困難，維護(hù)成本高，目前在寧夏唐徠渠灌區(qū)，除部分揚(yáng)水灌區(qū)（鹽環(huán)定、紅寺堡、固海揚(yáng)水等）開(kāi)始使用外，一般用在骨干通信網(wǎng)絡(luò)上；公共電話通信作為話音傳媒已廣泛使用，且分布范圍廣，不需要重新建設(shè)，只要增設(shè)通信連接和轉(zhuǎn)換設(shè)備即可構(gòu)成通信系統(tǒng)。但公共電話網(wǎng)帶寬小，一般只能滿足話音和低帶寬的數(shù)據(jù)傳轉(zhuǎn)需要；微波通信是一種無(wú)線通信技術(shù)，工作頻率高，能運(yùn)載極大數(shù)量的信息，但需要間隔一定距離設(shè)立1個(gè)中繼站，且中繼站之間的距離與微波塔高度的平方成正比，主要缺點(diǎn)是傳輸質(zhì)量受環(huán)境因素的影響較大，在南部山區(qū)揚(yáng)水灌區(qū)易受到阻擋，需要建設(shè)相當(dāng)數(shù)量的子站，造價(jià)較高；無(wú)線超短波通信特點(diǎn)是投資較小，無(wú)中斷通信半徑50km，比較適合灌區(qū)特別是平原灌區(qū)使用，缺點(diǎn)是在惡劣氣候或有同頻或近頻信號(hào)存在時(shí)，干擾較大，通信距離超過(guò)50km 或有高大的自然物或建筑物遮擋時(shí)要增設(shè)中繼站；無(wú)線擴(kuò)頻通信具有無(wú)線超短波通信的特點(diǎn)，同時(shí)可以對(duì)音頻和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，因此為多媒體通信奠定了基礎(chǔ)；衛(wèi)星通信組網(wǎng)方式靈活，地域范圍廣，獨(dú)立性強(qiáng)，移動(dòng)性好，不受地域限制，主要缺點(diǎn)是傳輸延遲較大；GSM 通信具有覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的專(zhuān)網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護(hù)費(fèi)用高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的弊端。同時(shí)利用 GSM 短消息系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用低，為遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。

現(xiàn)代通訊技術(shù)的迅速發(fā)展為水利信息化建設(shè)提供了豐富的傳輸途徑和靈活的傳輸方式，由于每一種通信方式都有其特定的適用范圍和條件，因此在實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)具體需要，因地制宜選擇不同的傳輸技術(shù)和手段。

2 灌區(qū)管理信息需求分析方法

盡管對(duì)灌區(qū)信息分析和處理有各種不同分類(lèi)方法，但總體看來(lái)，動(dòng)態(tài)信息仍是最為基本和有效的分類(lèi)途徑。依據(jù)需要檢測(cè)的時(shí)間尺度，定義經(jīng)常發(fā)生變化的信息為動(dòng)態(tài)信息，當(dāng)然，絕對(duì)靜止的信息是不存在的，定義在一定的時(shí)間尺度內(nèi)和一定的檢測(cè)手段條件下，沒(méi)有明顯變化的信息為靜態(tài)信息。因此，動(dòng)態(tài)信息都具有時(shí)效性，所不同的是，動(dòng)態(tài)信息時(shí)間尺度較短。一般而言，灌區(qū)管理包括工程、供水、組織、財(cái)務(wù)、土地與環(huán)境管理等多個(gè)方面。不同的管理方面涉及不同的信息需求，同時(shí)也對(duì)信息的時(shí)效性提出不同的信息要求。在灌區(qū)信息化建設(shè)過(guò)程中，要確定信息傳輸?shù)慕M網(wǎng)方式，首先必須進(jìn)行信息需求分析，這種分析一般而言應(yīng)是自上而下，也可以自下而上。

自上而下分析法，也就是從存在的信息出發(fā)，在明確信息的基本屬性之后，向上傳遞，根據(jù)可能的需求對(duì)象，送達(dá)不同的管理部門(mén)，由相應(yīng)的管理部門(mén)進(jìn)行取舍，并為相應(yīng)的決策目標(biāo)服務(wù)。對(duì)一個(gè)灌區(qū)而言，存在的信息是十分巨大的，其中部分信息在一定階段可能是并不急需的，或者并不是灌區(qū)管理部門(mén)這階段所關(guān)心的。顯然，這種方式存在某種浪費(fèi)和不確定性，一方面，收集到的信息可能是不需要的；另一方面，所需要的信息也可能沒(méi)有收集到。因此，實(shí)踐中，這種方式有一定的局限性。

就灌區(qū)用水管理而言，動(dòng)態(tài)配水是實(shí)現(xiàn)計(jì)劃用水和定額管理的關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要了解渠道的過(guò)流能力、渠系建筑物的調(diào)控能力、渠道斷面的實(shí)際過(guò)流量和灌區(qū)的需水情況等，其中部分信息具有時(shí)間特性。為滿足灌溉管理實(shí)際需求，對(duì)不同的信息選擇不同的時(shí)間尺度是十分必要的，在灌溉系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，每分鐘更新1次過(guò)流信息，可視化監(jiān)控每個(gè)閘門(mén)的自動(dòng)啟動(dòng)，未必是必要和切合實(shí)際的，而所有這一切都將或多或少地要影響灌區(qū)信息建設(shè)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)方案的選擇。

3 灌溉用水管理中動(dòng)態(tài)信息點(diǎn)類(lèi)別

灌溉用水管理是整個(gè)灌區(qū)管理的中心工作，也是灌區(qū)信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。依據(jù)動(dòng)態(tài)信息的時(shí)效性，將用水管理的測(cè)控信息點(diǎn)分為5類(lèi)，實(shí)踐中可依據(jù)實(shí)際情況和需求分析，因地制宜選擇不同的信息點(diǎn)類(lèi)別。

3.1 影像可視化監(jiān)測(cè)點(diǎn)

即在現(xiàn)場(chǎng)安裝攝像設(shè)備，通過(guò)一定的信息傳輸途徑，將現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和工況“搬入”監(jiān)控中心，對(duì)這類(lèi)信息點(diǎn)，首先必須明確監(jiān)測(cè)的目的、內(nèi)容、范圍、頻率，同時(shí)根據(jù)目的的不同，對(duì)圖像質(zhì)量和色彩、信息使用方式和使用對(duì)象也應(yīng)有明確的界定。就關(guān)鍵閘門(mén)的圖像可視化監(jiān)測(cè)而言，在確有必要的前提下，應(yīng)明確監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容：閘室的環(huán)境監(jiān)測(cè)？上下游水面的監(jiān)測(cè)？閘門(mén)開(kāi)度的監(jiān)測(cè)？電機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)？監(jiān)測(cè)范圍固定還是可變？所有這些方面，必須在需求分析的基礎(chǔ)上，合理確定，脫離實(shí)際需求的配置不僅造成信息點(diǎn)投資的浪費(fèi)，也勢(shì)必加大信息傳輸系統(tǒng)的投資。

3.2 模擬可視化監(jiān)測(cè)點(diǎn)

即在現(xiàn)場(chǎng)僅僅安裝傳感器，通過(guò)一定的手段將數(shù)字取回，并在計(jì)算機(jī)上模擬現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象的運(yùn)行工況，如對(duì)閘門(mén)的監(jiān)測(cè)，不僅可以通過(guò)影像來(lái)可視化監(jiān)測(cè)，而且也可以通過(guò)對(duì)閘門(mén)開(kāi)度、上下游水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，在控制中心計(jì)算機(jī)上模擬閘門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，在現(xiàn)場(chǎng)背景照片的襯托下，同樣可以達(dá)到可視化監(jiān)測(cè)的目的，而與圖像可視化監(jiān)測(cè)相比，不僅可以減少現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備費(fèi)用，也可以大幅度降低信息傳輸系統(tǒng)的費(fèi)用，由于這種監(jiān)測(cè)傳輸方式運(yùn)營(yíng)成本低、傳輸途徑便捷，在寧夏自治區(qū)大部分自流灌區(qū)應(yīng)用較多。

3.3 實(shí)時(shí)采集信息點(diǎn)

在灌區(qū)用水管理中，為實(shí)現(xiàn)計(jì)劃用水和動(dòng)態(tài)配水，對(duì)一些重要的區(qū)域如水源地、上下游交水點(diǎn)、有防汛要求的渠段、特定用水戶、重要建筑物、水位變化頻繁的斷面等，需要可靠實(shí)時(shí)地予以監(jiān)測(cè)，在完成需求分析后，依據(jù)要實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)功能，設(shè)計(jì)信息傳輸系統(tǒng)，必要時(shí)也可以考慮備用信息傳輸通道。

3.4 實(shí)時(shí)記錄定期采集信息點(diǎn)

在灌區(qū)用水管理中，部分信息更新的頻率并不是要求特別快，對(duì)這類(lèi)信息完成可以以一個(gè)相對(duì)較短的時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，由于每條記錄均帶有時(shí)間標(biāo)識(shí)，即便相隔較長(zhǎng)的時(shí)段采集存儲(chǔ)于就地設(shè)備中的數(shù)據(jù)也完全可以滿足管理決策的要求。實(shí)踐中，可以根據(jù)信息點(diǎn)的重要程度、反映信息變化和制定決策需要的時(shí)間尺度等因素，綜合考慮以確定實(shí)時(shí)記錄的時(shí)間和定期采集間隔，由于實(shí)時(shí)記錄由就地儀表完成，因此，信息傳輸網(wǎng)絡(luò)則主要由定期采集時(shí)間間隔和傳輸信息量的多少來(lái)確定。

3.5 人工觀測(cè)記錄信息點(diǎn)

總體來(lái)講，根據(jù)我國(guó)特別是寧夏現(xiàn)階段生產(chǎn)力發(fā)展水平，灌區(qū)完全實(shí)現(xiàn)信息采集自動(dòng)化還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走，在可以預(yù)計(jì)的將來(lái)，全國(guó)大部分灌區(qū)中仍有相當(dāng)數(shù)量的信息采集需要依靠人力來(lái)完成，人工觀測(cè)取得信息也是灌區(qū)信息化建設(shè)的重要組成部分，這一點(diǎn)寧夏引黃灌區(qū)表現(xiàn)更為明顯。事實(shí)上，灌區(qū)信息化并不排斥人工觀測(cè)，人工觀測(cè)也是信息的一個(gè)重要來(lái)源。在灌區(qū)信息化建設(shè)中，關(guān)鍵問(wèn)題是如何處理和利用從不同途徑得到的信息。

4 結(jié)語(yǔ)

信息需求分析和信息點(diǎn)分類(lèi)完成之后，如何將分散的、孤立的信息進(jìn)行匯總和處理是規(guī)劃信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要依據(jù)。根據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性，根據(jù)部分灌區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，有線電話、短消息服務(wù)和無(wú)線超短波混合模式可以滿足階段大多數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集需要；對(duì)非實(shí)時(shí)采集的信息點(diǎn)，介質(zhì)轉(zhuǎn)儲(chǔ)可以滿足實(shí)際需求；對(duì)需要進(jìn)行圖像可視化監(jiān)控的信息點(diǎn)，由于傳輸系統(tǒng)投資一般較大，實(shí)際中應(yīng)詳細(xì)規(guī)劃與比較，對(duì)確有必要的信息點(diǎn)才應(yīng)考慮圖像可視化監(jiān)控的問(wèn)題。需求分析應(yīng)成為所有工作的基礎(chǔ)。信息傳輸方案的選擇應(yīng)從基礎(chǔ)設(shè)施和通訊設(shè)備投資、管理維護(hù)費(fèi)用、更新升級(jí)費(fèi)用、運(yùn)行可靠性、人力資源等多方面予以綜合評(píng)估，總體上應(yīng)以滿足實(shí)際需要為原則，并盡可能利用現(xiàn)有的或者公共通訊資源。