觀音閣水庫水文遙測系統(tǒng)主備信道優(yōu)化探析

金晶

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117110）

水庫作為攔洪蓄水和調節(jié)水流的水利工程建筑，在給國民帶來灌溉、供水、發(fā)電、養(yǎng)魚等效益的同時，它還要抵御氣候自然災害，擔負起主要的防洪減災任務，充分發(fā)揮它的滯洪和蓄洪作用，最大限度地發(fā)揮其防洪減災作用。在水庫的控制運用決策上，第一前提要務是如何準確做出洪水預報和洪水優(yōu)化調度，作為信息自動化的一部分，水庫水文遙測系統(tǒng)如同洪水預報調度作業(yè)的“耳目”，發(fā)揮著極其重要的作用。系統(tǒng)傳輸水雨情等水文信息是否穩(wěn)定準確及時變得尤為關鍵，如何保證數(shù)據(jù)傳輸通道是否暢通，主備信道的通訊方式選定變得至關重要。

1 水文遙測系統(tǒng)構建

目前，水庫水文遙測系統(tǒng)大部分都采用自報式工作體制，通過前期系統(tǒng)設計、電測組網(wǎng)、組織施工、設備選型、調試運行系列建設，主要實現(xiàn)水庫控制流域內水情、雨情等主要水文信息數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。系統(tǒng)一般由三部分構成：測站、中繼站、中心站。流域內測站實時采集數(shù)據(jù)后，主要依托主要信道或備用信道依次完成數(shù)據(jù)傳輸通信，實時將數(shù)據(jù)返回到中心站。

信道包括有線和無線兩種類型，通常有線包括PSTN信道，無線包括超短波信道、GSM信道、GPRS信道、衛(wèi)星信道。由于受到地域條件和地理環(huán)境的影響，信道組網(wǎng)應因地制宜，信道通訊傳輸通常要求通信暢通大于95%，系統(tǒng)誤碼率小于1×10-5。

2 信道選擇分析

PSTN即公用交換電話網(wǎng)，也就是人們日常家用的固定電話網(wǎng)，PSTN信道兩端設備需要通過PSTN連接數(shù)據(jù)傳輸通訊時，兩端需要安裝調制解調器（Modem）實現(xiàn)信號的模/數(shù)、數(shù)/模轉換。它的主要優(yōu)勢在于通信費用成本低、設備簡單、抗干擾能力強，它的最大弊端是數(shù)據(jù)傳輸時效差，數(shù)據(jù)交換較耗時。與無線通訊方式相比較，它仍是一種不可替代的聯(lián)網(wǎng)介質。

超短波即甚高頻VHF波，它是一種頻率從30兆赫至300 M赫的無線電波，多用于電視廣播和無線話筒通訊傳輸信號。超短波信道兩端通過架設電臺和天饋系統(tǒng)實現(xiàn)水文遙測數(shù)據(jù)的收發(fā)通訊，它具有自主獨立性強、通信質量好、傳輸速率快、易操作等優(yōu)點，它的最大缺點是由于遠距離傳輸水文數(shù)據(jù)過程中需要中繼站轉發(fā)數(shù)據(jù)，建設費用和維護費用較高，頻點資源少，同頻易干擾。盡管超短波信道在進行數(shù)據(jù)傳輸時存在一些問題，但其通訊技術應用歷史長，技術成熟，穩(wěn)定實用性突出，應用上收效顯著。

GSM即蜂窩無線電通信系統(tǒng)，也就是人們經(jīng)常使用的手機2G網(wǎng)絡，目前我國移動和聯(lián)通采用的均是GSM網(wǎng)絡。其短信功能在水文遙測傳輸數(shù)據(jù)上得到廣泛運用，GSM信道兩端安裝相應通信模塊即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號傳送。它主要優(yōu)勢在于體積小、易安裝、前期投入費用小，它的最大弊端是受覆蓋范圍限制，個別地區(qū)有盲點，數(shù)據(jù)容量有限，系統(tǒng)訪問高峰期易產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸擁堵和延遲現(xiàn)象，暢通率上，受當?shù)剡\營商管理運行水平影響較大。

GPRS即通用分組無線業(yè)務的簡稱，它是GSM用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務，GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS信道兩端需要相應添加固定IP地址，方可實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信傳輸。它的優(yōu)點是功耗低，成本低、實時性強，延時時間短，它的最大弊端是受覆蓋范圍限制，個別地區(qū)無法接入，應用在水文數(shù)據(jù)遠程傳輸上時，和GSM一樣，保證暢通率上，受當?shù)剡\營商運行管理水平影響較大。

通信衛(wèi)星即用于通信的人造地球衛(wèi)星，主要應用于國防建設，隨著資源利用率的不斷提高。在水庫水文遙測監(jiān)測上，衛(wèi)星信道通訊越來越被廣泛應用，衛(wèi)星通過轉發(fā)無線電信號，實現(xiàn)水庫控制流域內的測站數(shù)據(jù)傳送。它具有不受復雜地域和地理條件影響，數(shù)據(jù)通信傳輸暢通率高，傳輸容量大，傳輸?shù)赜驈V等優(yōu)勢特點；它的最大缺點就是應用復雜、站點配套設備投入和使用費用較高。

3 實地應用探討

觀音閣水庫作為大Ⅰ型控制性水利樞紐工程，主要以防洪和城市、工業(yè)供水為主，兼有灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚等效益。水庫控制流域面積2795 km2，屬多年調節(jié)水庫，年調解徑流水量9.47億m3，流域內多年平均降水量850 mm。原有的人工報汛網(wǎng)在數(shù)據(jù)與處理方面均無法滿足觀音閣水庫實時調度要求，為及時有效地實時掌握流域內的各水文參數(shù)，進而提高洪水作業(yè)預報精度和優(yōu)化調度決策，于1997年開始建設水文遙測自報系統(tǒng)。運行初期暴露出一些問題，由于山高加上山路崎嶇難行，設計原有的兩個中繼站一旦發(fā)生問題，維護往返需1 d時間，降低了系統(tǒng)的通暢率，搶修維護不便。2004年進行升級改造，在信道實地重新電測基礎上，選用本溪縣八盤嶺廣播電視中轉站建立中繼站，山上公路交通便利，維護方便，為有效保障通訊質量，采取了發(fā)射機功率增加至25 W、接收機靈敏度10 mV/m提高至6 mV/m等措施。

隨著系統(tǒng)不斷完善升級改造，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性得到提高，現(xiàn)由1個中心站、1個中繼站、2個水文測站、8個雨量測站組成。系統(tǒng)采用自報式工作體制并兼有通話功能，各站間均采用超短波/GPRS兩個信道，系統(tǒng)主信道采用超短波（230MHZ頻點）通訊進行數(shù)據(jù)傳輸，備用信道采用移動GPRS通訊進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)定時自報間隔時間設置為1 h，中心站可根據(jù)接收的實時原始來報編碼字頭，識別判斷主信道和備用信道的暢通與否。系統(tǒng)主備信道歷經(jīng)建庫以來2005年和2010年大洪水的考驗，主信道超短波通訊實際運行穩(wěn)定。05813大洪水當天，受惡劣自然氣候條件影響，該地區(qū)曾出現(xiàn)過2 h手機GSM通訊無信號的故障，因通訊中斷，水庫流域內3個省級人工報汛測站無法報汛。但是，以超短波通訊為主信道的觀音閣水庫水文遙測系統(tǒng)依舊穩(wěn)定運行，獲取雨情數(shù)據(jù)完整可靠，為防御大洪水提供了第一手數(shù)據(jù)資料。

4 結語

從確保水庫防洪安全出發(fā)，水文遙測系統(tǒng)需要建立在信道通訊能夠保持穩(wěn)定暢通地基礎之上，在氣候惡劣條件下，最大限度地保證獲取水文數(shù)據(jù)的連續(xù)性、可靠性。水庫水文遙測系統(tǒng)通訊信道選擇上，應盡可能選用超短波、衛(wèi)星為主信道的通訊方式。隨著GSM及GPRS網(wǎng)絡的覆蓋范圍越來越廣，維護能力水平的日益提高，應合理利用公網(wǎng)資源，可根據(jù)測站周邊的基站運行穩(wěn)定與否進行選擇確定。一些特殊地域條件下，可采用PSTN作為備用信道。優(yōu)化配置原則上，主信道和備用信道應采取互補原則，盡可能避免主信道和備用信道同時依靠一家運營商進行通訊，這樣即使主信道發(fā)生故障，備用信道也可充分發(fā)揮替代作用。