通信技術(shù)在水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

王景浩 張向宇

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局，河北 承德 067000）

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是利用遙測(cè)、通信、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)，完成流域或測(cè)區(qū)內(nèi)水文、氣象、汛情、工情等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理，為工程防洪、興利、優(yōu)化調(diào)度提供服務(wù)的自動(dòng)化系統(tǒng)。

1 常用通信方式

1.1 短波通信

短波是指波長在10～100m，頻率在3～30MHz的無線電波。短波通信包括通過電離層反射的天波傳播模式和沿地面?zhèn)鞑サ牡夭Ｊ?種傳輸模式。其中地波傳播模式中的地波信號(hào)隨著傳輸距離增長衰減很快，只適合通信距離短，中間障礙物少的地形。而水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)一般位于多山或需要長距離通信的地區(qū)，因此一般選擇天波模式。

采用短波方式的典型系統(tǒng)有甘肅碧口水電廠水情自測(cè)報(bào)系統(tǒng)和廣西麻石水電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。這2個(gè)系統(tǒng)由于流域地形復(fù)雜，如果采用超短波則需要建設(shè)多級(jí)中繼，投資成本加大，維護(hù)困難，因此選擇了短波與超短波混合組網(wǎng)方式。碧口水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)模為1:8，其中6個(gè)遙測(cè)站為短波組網(wǎng)。麻石水電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)模為1:16，其中只有壩上和壩下采用有線方式傳輸信號(hào)，其余均為短波方式傳輸信號(hào)。

1.2 超短波通信

超短波是指波長在1～10m，頻率30～300 MHz的無線電波。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，因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟、故障處理簡單、運(yùn)行成本低，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行通信方式選擇時(shí)備受重視。

采用超短波方式的典型系統(tǒng)，如新疆伊犁恰甫其海水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，規(guī)模為15:2:2，對(duì)六角尖中繼的依賴性很大，六角尖站承擔(dān)系統(tǒng)內(nèi)鳳陽山中繼和其他測(cè)站的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)功能，如果出現(xiàn)故障，則在中心站將無法收到任何測(cè)站數(shù)據(jù)。因此，在這種情況下，必須考慮采用雙中繼、熱備用或冷備用等方式提高系統(tǒng)的可靠性。

目前，全國有90%以上的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采用超短波方式，這種通信方式在流域面積不大、流域地形較好的地區(qū)是一種比較有優(yōu)勢(shì)的組網(wǎng)方式。

1.3 有線通信

目前采用有線通信方式組網(wǎng)的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，基本上是利用電信部門提供的公用電話網(wǎng)（PSTN）。

采用有線方式的典型的系統(tǒng)如浙江珊溪水利樞紐和三峽水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，珊溪系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)模為12:3（12個(gè)遙測(cè)站、3個(gè)中心站），系統(tǒng)中心站與測(cè)站之間采用星形結(jié)構(gòu)，可使遙測(cè)站單獨(dú)出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其他測(cè)站通信。3個(gè)中心站之間采用鏈接形式，保證所有中心站內(nèi)數(shù)據(jù)的唯一性。三峽水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)共81個(gè)遙測(cè)站，其中56個(gè)遙測(cè)站選用PSTN作為系統(tǒng)主要通信方式，實(shí)現(xiàn)PSTN/Inmarsat雙信道。平時(shí)正常工作采用PSTN方式傳輸數(shù)據(jù)，在PSTN無法傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)站自動(dòng)啟動(dòng)海事衛(wèi)星（Inmarsat）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是20世紀(jì)90年代后期開始廣泛使用在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的一種通信方式，頻率范圍在300～300GHz。衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在2個(gè)或多個(gè)地面站之間進(jìn)行的通信。目前運(yùn)用在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的衛(wèi)星主要Inmarsat、VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)和我國自行研制的北斗通信衛(wèi)星。衛(wèi)星通信最理想的工作頻率在4/6GHz波段附近，該頻段帶寬較大，工作頻率較高，天線尺寸也較小，有利于成熟的微波中繼通信技術(shù)。

1.4.1 VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)。VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)是20世紀(jì)80年代興起的，我國主要是采用亞洲2號(hào)通信衛(wèi)星收集水情信息。

在我國使用VSAT通信方式的系統(tǒng)并不多，典型系統(tǒng)如廣西柳州市水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)和西藏尼洋河水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，其中柳州市水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)為混合組網(wǎng)，系統(tǒng)規(guī)模為2：10：62（2個(gè)中心站、5個(gè)衛(wèi)星中繼站、5個(gè)超短波中繼站、32個(gè)衛(wèi)星遙測(cè)站、30個(gè)超短波遙測(cè)站）；西藏尼洋河水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)模為3：9（3個(gè)中心站、9個(gè)衛(wèi)星遙測(cè)站），中心站采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)。

1.4.2 海事衛(wèi)星。海事衛(wèi)星（Inmarsat）屬于全球性系統(tǒng)，建設(shè)初期主要服務(wù)目的是海事遇難救險(xiǎn)。隨著Inmarsat—C投入使用后，水利部門也開始逐步采用該衛(wèi)星提供的服務(wù)。Inmarsat—C系統(tǒng)由4顆工作衛(wèi)星和7顆備用衛(wèi)星組成，可靠性非常高。

目前許多已建的或?qū)⒔ǖ南到y(tǒng)基本上采用Inmarsat—C衛(wèi)星。典型的系統(tǒng)如貴州烏江流域水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和吉林云峰水電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，其中貴州烏江流域水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)共有49個(gè)衛(wèi)星遙測(cè)站，4個(gè)中心站，中心站之間采用VSAT衛(wèi)星組成局域網(wǎng)。云峰水電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)模為1：12（1個(gè)中心站、12個(gè)遙測(cè)站）。

1.4.3 北斗衛(wèi)星通信。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是我國自行研制、自主經(jīng)營專為我國服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由2顆工作衛(wèi)星和1顆備用衛(wèi)星組成，屬于區(qū)域性系統(tǒng)，2002年1月開始運(yùn)行。

利用該衛(wèi)星的典型系統(tǒng)有陜南水利雨量監(jiān)測(cè)速報(bào)系統(tǒng)和重慶江口水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)。其中陜南水利雨量監(jiān)測(cè)速報(bào)系統(tǒng)包括67個(gè)雨量站、14個(gè)中心站，特點(diǎn)是采用并行工作體制，將雨量數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)往14個(gè)中心站進(jìn)行處理，減少中間環(huán)節(jié)，充分利用系統(tǒng)資源。重慶江口水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)由17個(gè)雨量站、6個(gè)水位站和1個(gè)中心站組成。

1.5 移動(dòng)通信

1.5.1 短信息方式（SMS）。短信息業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)為用戶提供的一種使用手機(jī)或GSM模塊接收和發(fā)送文本消息的服務(wù)。每條短信息最多包含160字母或70個(gè)漢字。

使用該方式的典型系統(tǒng)如浙江省防汛水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和江西萬安水電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，其中浙江省水利廳在全省建立上百個(gè)基于GMS短消息的水情遙測(cè)站，通過GMS網(wǎng)絡(luò)建成全省統(tǒng)一的防汛水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。江西萬安水電廠在條件合適的位置建立GMS短消息遙測(cè)站，規(guī)模不大，但是具有一定的參考價(jià)值，因?yàn)樵撓到y(tǒng)集超短波、衛(wèi)星和GMS短消息為一體進(jìn)行混合組網(wǎng)，系統(tǒng)規(guī)模較大（1：4：55）。

1.5.2 GPRS方式。GPRS是GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中以分組技術(shù)為基礎(chǔ)的傳輸系統(tǒng)，它能為用戶提供高達(dá)160kbit/s的數(shù)據(jù)速率，目前基于GPRS的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)并不多，但是應(yīng)用前景比較好。

使用該系統(tǒng)的典型系統(tǒng)有廈門市水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和廣州市三防遙測(cè)系統(tǒng)。其中廈門市水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由1個(gè)中心站、3個(gè)水位雨量站、2個(gè)水位站、18個(gè)雨量站組成，采用自報(bào)和中心站召測(cè)2種工作方式。廣州市三防遙測(cè)系統(tǒng)控制全廣州7435km范圍內(nèi)的水文遙測(cè)任務(wù)，采用GPRS方式實(shí)時(shí)傳輸水情信息。

結(jié)語

綜上所述，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)可用的通信方式較多，每一種通信方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在工程實(shí)際運(yùn)用時(shí)，應(yīng)充分利用各通信方式的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長避短。同時(shí)，可根據(jù)需要設(shè)置短波通信作為關(guān)鍵水文站點(diǎn)的備用應(yīng)急通信手段。對(duì)于中小型系統(tǒng)，可根據(jù)流域特點(diǎn)、地形條件，對(duì)上述各種通信方式進(jìn)行綜合比較后選擇確定。

[1]秦建文.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自報(bào)式工作體制站點(diǎn)容量及數(shù)據(jù)碰撞分析[J].水利水文自動(dòng)化，2003，（4）.

[2]及燕麗，王友村.現(xiàn)代通信系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.