談超短波通訊在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張榆海

0 引言

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是為適應(yīng)防洪調(diào)度需求，在水域上游修建的測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。001水利樞紐工程位于新疆境內(nèi)某河支流上，屬于流域性規(guī)劃梯級(jí)調(diào)度性質(zhì)，為滿足汛期及結(jié)冰期的防洪調(diào)度需求，流域共設(shè)56個(gè)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)遙測(cè)站，其中包括氣象站、雨量站、水文站、中繼站。測(cè)報(bào)系統(tǒng)采用二級(jí)中繼接收發(fā)射至中心站的運(yùn)行模式。主要通訊方式采用超短波通訊。由于地域的特殊原因，超短波通訊在001水利樞紐工程的運(yùn)行中具有較高的可靠度。

本文主要介紹此種通訊方式在西部地區(qū)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的運(yùn)用及優(yōu)缺點(diǎn)。

1 工程簡(jiǎn)介

001水利樞紐工程位于新疆境內(nèi)某河支流下游，是該河規(guī)劃的最大一座控制性水利樞紐工程。工程任務(wù)以灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪綜合效益。水庫(kù)總庫(kù)容19.5億m3，電站裝機(jī)容量320 MW，控制灌溉面積523.45萬(wàn)畝，工程規(guī)模為大(1)型Ⅰ等工程。根據(jù)防洪任務(wù)需求，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)覆蓋上游流域，設(shè)有1個(gè)中心站、6個(gè)中繼站、10個(gè)水文站、39個(gè)遙測(cè)站。

2 自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)組網(wǎng)特點(diǎn)

001水利樞紐工程水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采用二級(jí)中繼。由遙測(cè)站接收信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)至中繼站，通過(guò)中繼站向中心站的進(jìn)一步傳送，數(shù)據(jù)發(fā)射至局域網(wǎng)顯示頁(yè)面。通信方式采用超短波信號(hào)傳輸。主要具備以下特點(diǎn):

1)自報(bào)式系統(tǒng)式單向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。遙測(cè)站只發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)，通信設(shè)備只需要配置調(diào)制器和發(fā)射機(jī)。接收端只需要解調(diào)器和接收機(jī)，大大簡(jiǎn)化設(shè)備的值守和通信部分;

2)遙測(cè)數(shù)據(jù)是在傳感器的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)傳送，參數(shù)的變化是連續(xù)的，真實(shí)地反映出每個(gè)傳感器的參數(shù)變化過(guò)程和捕捉參數(shù)的極值中心數(shù)據(jù)，收集設(shè)備隨時(shí)給收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)加注時(shí)標(biāo)，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性強(qiáng);

3)數(shù)據(jù)的傳輸在時(shí)間上分散，充分地利用了信道資源，在保證碰撞概率小于一定的值時(shí)，可傳送更多的數(shù)據(jù)。信道的利用率高，對(duì)于一個(gè)中小規(guī)模的遙測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的連續(xù)性優(yōu)于同等規(guī)模的其他系統(tǒng);

4)數(shù)據(jù)的連續(xù)性便于中心數(shù)據(jù)處理。如果受到干擾或碰撞產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，則對(duì)于單調(diào)變化的參數(shù)可在中心發(fā)現(xiàn)并插補(bǔ)，對(duì)于有增有減的參數(shù)，可通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)判別數(shù)據(jù)的對(duì)錯(cuò)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增補(bǔ)和刪除;

5)成本低，可適當(dāng)?shù)卦黾訙y(cè)站數(shù)量以提高預(yù)報(bào)的精度，在組成較大的遙測(cè)站網(wǎng)時(shí)，可采用設(shè)置分中心的辦法建網(wǎng)，以保證數(shù)據(jù)碰撞概率在允許的范圍之內(nèi);

6)由于自報(bào)式遙測(cè)站值守功耗極低(一般值守電流在50 μA以下)，使供電系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。

由于新疆地域遼闊、多數(shù)站點(diǎn)位于無(wú)人值守的山區(qū)或曠野，對(duì)于遙測(cè)站的多年安全運(yùn)行方式中，使用此種方式較穩(wěn)定。

3 超短波通信

001水利樞紐工程水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要采用的是超短波通訊方式。超短波是指波長(zhǎng)在1 m～10 m，頻率30 MHz～300 MHz的無(wú)線電波，其傳輸機(jī)理是對(duì)流層內(nèi)的視距與繞射傳播。在水利數(shù)據(jù)遙測(cè)系統(tǒng)中，測(cè)站實(shí)測(cè)的水利信息，送入遙測(cè)終端機(jī)(RTU)，經(jīng)過(guò)信源和信道編碼，由調(diào)制解調(diào)器調(diào)制成射頻載波，經(jīng)功率放大后發(fā)射到中繼站。中繼站接收到測(cè)站發(fā)來(lái)的射頻信號(hào)，解調(diào)成音頻信號(hào)，經(jīng)中繼儀解調(diào)成數(shù)字信號(hào)、糾錯(cuò)編碼、數(shù)據(jù)再生、調(diào)制、放大后發(fā)送回中心站;中心站將信號(hào)解調(diào)、信道譯碼和信源譯碼后，經(jīng)前置計(jì)算機(jī)送入主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

超短波通信方式是在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中運(yùn)用最為廣泛的一種通信方式，在001水利樞紐工程運(yùn)行中因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟、故障處理簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低，使其在使用過(guò)程中可靠度相對(duì)較高。

3.1 超短波組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

1)技術(shù)成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單易于配套;

2)實(shí)時(shí)性好;

3)獨(dú)立性好，完全是自身的專用網(wǎng)絡(luò)。

3.2 超短波組網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中顯現(xiàn)的缺點(diǎn)

3.2.1 受地理因素影響

由于新疆山區(qū)的分布不均勻，水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)通常位于山區(qū)，但少數(shù)處于林區(qū)，受天氣等自然因素的比較，使得超短波在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)滯留的現(xiàn)象。

3.2.2 受自然因素影響

新疆雷電災(zāi)害相對(duì)嚴(yán)重，遙測(cè)站分布區(qū)域多屬?zèng)]有設(shè)置防雷設(shè)施的，在遙測(cè)站的安裝中，防雷地網(wǎng)要求高，野外設(shè)備防凍害的技術(shù)措施難度大、成本高，建設(shè)費(fèi)用大，維護(hù)管理不便。

3.2.3 設(shè)備一旦受損影響數(shù)據(jù)傳輸

由于設(shè)備安裝的較遠(yuǎn)，若發(fā)生天線在野外受損的現(xiàn)象，使信號(hào)不易發(fā)出，且信號(hào)較差地發(fā)出，信號(hào)的發(fā)射時(shí)間比較受影響。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，在新疆地區(qū)由于交通、氣象、人文等多方面影響因素的總和制約下，采用超短波組網(wǎng)的通信模式中，無(wú)論從技術(shù)層面和經(jīng)濟(jì)條件，都是在相同可靠度通信方式下的優(yōu)選。通過(guò)001水利樞紐工程水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)近10年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，超短波通信方式在信息化時(shí)代的今天，使用的性價(jià)比依然很高。

[1]王鐵鋒.水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系培訓(xùn)教材[Z].長(zhǎng)春水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)聯(lián)合研究中心，2010.

[2]吳 彬.淺議水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)通信方式的選擇[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009(11):36-37.