通信調(diào)度系統(tǒng)在水利工程管理中的應(yīng)用

段家貴

通信調(diào)度系統(tǒng)在水利工程管理中的應(yīng)用

段家貴

（唐山市陡河水庫(kù)管理處，河北 唐山 063021）

從陡河水庫(kù)的現(xiàn)狀出發(fā)，闡述了陡河水庫(kù)目前管理通訊調(diào)度系統(tǒng)的主要組成，剖析了在建設(shè)過(guò)程中所遇到的一些實(shí)際問(wèn)題。并對(duì)管理通訊調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了預(yù)期分析。

管理通訊調(diào)度系統(tǒng)；水利工程；陡河水庫(kù)

陡河水庫(kù)位于陡河上游，在唐山市市區(qū)東北15km，是一座以防洪為主，兼供唐山市市區(qū)工業(yè)和生活用水及庫(kù)區(qū)周邊和下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水等綜合利用的大型水利樞紐工程；引灤入唐工程修建后，又是引灤入唐終端調(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)興建于1955年，建成于1956并投入運(yùn)行，歷經(jīng)1969～1971年續(xù)建，1976～1977年震后修復(fù)，1988～1989年提高保壩標(biāo)準(zhǔn)工程建設(shè)，到1990年全部完工，達(dá)到千年一遇設(shè)計(jì)，萬(wàn)年一遇校核的防洪標(biāo)準(zhǔn)。筆者從陡河水庫(kù)通信系統(tǒng)的主要組成出發(fā)，對(duì)主要出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并對(duì)其進(jìn)行了合理的預(yù)期。

1 陡河水庫(kù)通信系統(tǒng)的組成

通信系統(tǒng)主要有有線(xiàn)通信系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，本文主要闡述有線(xiàn)通信系統(tǒng)的構(gòu)造及使用。

1.1 實(shí)線(xiàn)通信系統(tǒng)

實(shí)線(xiàn)通信是最為簡(jiǎn)單的一種通信。它是由發(fā)信源、實(shí)線(xiàn)信道、收信者及附設(shè)的信息處理裝置、電源等組成的。其中，信源可以是各種各樣的傳感器，也可以是電話(huà)機(jī)等。其功能是將信息變換成電信號(hào)后在實(shí)線(xiàn)上傳輸，收信者可以是A，也可以是各種終端設(shè)備。其功用是將所收到的信息還原或變換成所希望的信號(hào)，然后進(jìn)去處理。實(shí)線(xiàn)通信方式的線(xiàn)路傳輸損失較大，其信噪比較小。此外，波形失真和延遲也較嚴(yán)重，所以這種通信僅用在傳輸距離很短的地方。在灌區(qū)中，對(duì)水位、流量、閘門(mén)、土壤含水量等進(jìn)行就地（近）記錄，顯示和控制可用實(shí)線(xiàn)通信方式。

1.2 明線(xiàn)和電纜線(xiàn)載波系統(tǒng)

目前在水利工程現(xiàn)代通信中使用較多的是明線(xiàn)和電纜線(xiàn)載波通信系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)除信道特性不盡相同外，其原理、主要設(shè)備及其功能基本相似。其主要單元電路（或設(shè)備）有調(diào)制器和濾波器。調(diào)制器的作用是使同一信道能傳輸多個(gè)信息，并把要傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換為適合在信道上傳輸?shù)母哳l載波信號(hào)。調(diào)制器所要完成的主要任務(wù)是多路復(fù)用，多路復(fù)用又分頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用兩種。

1.3 電力線(xiàn)載波系統(tǒng)

電力線(xiàn)載波通信系統(tǒng)中高頻阻波器的基本功能是允許電力電流（50Hz工頻電流）通過(guò)，對(duì)高頻電流起阻塞作用，實(shí)現(xiàn)電力電流和載波（高頻）電流的分割，耦臺(tái)電容器結(jié)合濾波器配套使用，其基本功能是允許高頻電流通過(guò)，阻塞強(qiáng)大的電力電漉；載波機(jī)(PIC)是收發(fā)信息的主要設(shè)備[2]。

2 設(shè)計(jì)管理通信系統(tǒng)應(yīng)注意的問(wèn)題

通訊系統(tǒng)是水利工程現(xiàn)代化管理系統(tǒng)的關(guān)鍵項(xiàng)目之一。其他一些系統(tǒng)，如水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、防洪抗旱排澇預(yù)警調(diào)度系統(tǒng)、閘門(mén)遙控系統(tǒng)等，均必須以建立一個(gè)可靠的通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，因此，通信系統(tǒng)應(yīng)完全符臺(tái)現(xiàn)代化管理總體功能的需要，具體要求如下。

（1）兼有數(shù)據(jù)和話(huà)音傳輸功能?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)不僅需要傳輸話(huà)音信息，而且在更多的情況下，需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，有時(shí)甚至是圖片，如衛(wèi)星云圖、大壩洪水期變形（或位移）攝像圖等。

（2）系統(tǒng)性能要符合要求。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括有效性、可靠性、適墟性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性、可維護(hù)性等。其中，從信息傳輸?shù)慕嵌瓤?，最基本、最重要的是有效性和可靠性?/p>

2.1 模擬通信系統(tǒng)有效性和可靠性問(wèn)題剖析

在模擬通信系統(tǒng)中（傳輸?shù)氖悄M信號(hào)），其有效性用有效傳輸頻帶來(lái)衡量。傳輸給定的信息所需用的有效傳輸頻帶越窄，或者說(shuō)，在給定傳輸帶寬的信道能傳輸?shù)男盘?hào)路數(shù)越多，則系統(tǒng)的傳輸有效性就越高。模擬通信系統(tǒng)的傳輸可靠性可用整個(gè)通信系統(tǒng)的輸出信噪比（即輸出信號(hào)功率與噪聲功率之比）來(lái)衡量。顯然，信噪比越高，通信質(zhì)量就越好，信息內(nèi)容的準(zhǔn)確性也就越高。在水利工程管理中，傳輸模擬信號(hào)時(shí)（如水位濕度應(yīng)力）。一般要求信噪比不得低于30～40dB。

2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性和可靠性問(wèn)題剖析

在數(shù)字通信系統(tǒng)中（傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)），其有效性通常用碼元傳輸速率或用信息傳輸速率來(lái)衡量。碼元傳輸速率簡(jiǎn)稱(chēng)碼速率，定義為每秒鐘傳送的碼元數(shù)目，單位名稱(chēng)是“波特”，符號(hào)為b，碼速率越高則有效性越高。數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性是用誤碼率來(lái)衡量的，它代表接收到數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤的程度。如果數(shù)字信號(hào)是采用二進(jìn)制，則誤碼率定義為：在數(shù)字通信系統(tǒng)內(nèi)誤碼率越低，說(shuō)明數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)目煽啃栽礁?，因此通信質(zhì)量越好。一般在有線(xiàn)信道內(nèi)通常要求誤碼率小于10-6，在無(wú)線(xiàn)信道內(nèi)，由于存在衰落和多徑效應(yīng)等特點(diǎn)，信道特性對(duì)于數(shù)字信號(hào)的傳輸不利，通常要求誤碼率在10-3以下[3]。

2.3 設(shè)計(jì)步驟中應(yīng)注意的問(wèn)題

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)步驟中有3處容易出現(xiàn)問(wèn)題：第一，目的的明確性及如何對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行處理的問(wèn)題。第二，記錄的存留問(wèn)題。第三，單向傳輸還是雙向傳輸問(wèn)題。

首先，水利工程管理通信是以多用途為目的的綜合系統(tǒng)，例如雨量、水位信息的傳輸。也可能是為了洪水預(yù)報(bào)，入庫(kù)流量（水量）計(jì)算或灌區(qū)優(yōu)化輸配水調(diào)度。

其次，在水利工程管理通信中，除了日常行政通信外，通常還要保留記錄，而且有時(shí)在收端和發(fā)端均需保留記錄，以便分析、研究和建立數(shù)據(jù)庫(kù)，如閘門(mén)遙控傳輸?shù)男畔⒒蛎罹枰诎l(fā)端和收端保留記錄。

最后，在水利工程管理通信中，雨量、水位遙測(cè)，大壩測(cè)壓管浸潤(rùn)線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)等信息的傳輸一般是單工系統(tǒng)，而閘門(mén)遙測(cè)，防洪搶險(xiǎn)調(diào)度等則需要采用雙工系統(tǒng)。

3 應(yīng)用的預(yù)期目標(biāo)

在該項(xiàng)目的建設(shè)之中，其總體布置是：通信系統(tǒng)采用有線(xiàn)通信系統(tǒng)，程控?cái)?shù)字交換機(jī)作為信息交換主設(shè)備，通信系統(tǒng)中心設(shè)置在陡河水庫(kù)之中，下設(shè)7個(gè)分站，為提高機(jī)動(dòng)性、擴(kuò)大覆蓋面，系統(tǒng)應(yīng)配置車(chē)載臺(tái)和手持機(jī)。

項(xiàng)目建設(shè)的目標(biāo)是：（1）發(fā)展旱改水11.8萬(wàn)hm2，擴(kuò)大水澆地11.53萬(wàn)hm2，改善現(xiàn)有灌溉面積157萬(wàn)hm2。（2）提高灌溉保證率，使項(xiàng)目區(qū)39萬(wàn)hm2耕地灌溉保證率提高到75%，提高渠系水利用系數(shù)，降低灌水定額。（3）提高排澇標(biāo)準(zhǔn)，使項(xiàng)目區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)提高到5年一遇。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)水資源的合理調(diào)度和控制起著關(guān)鍵性作用。陡河監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)的任務(wù)在于通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)提供水資源信息、工程信息，監(jiān)控調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提供調(diào)水、用水的科學(xué)決策并實(shí)施調(diào)度控制，為實(shí)現(xiàn)總項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)提供水資源合理調(diào)度與控制方面的保障[4]。

[1] 曹廣晶,蔡治國(guó).三峽水利樞紐綜合調(diào)度管理研究與實(shí)踐[J].人民長(zhǎng)江,2008,39(2):1-4.

[2] 涂揚(yáng)舉,馬光文,劉治理,等.基于三層 B/S 結(jié)構(gòu)的水電站中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2006,2.

[3] 程春田,廖勝利,武新宇,等.面向省級(jí)電網(wǎng)的跨流域水電站群發(fā)電優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)[J].水利學(xué)報(bào),2010 (004): 477-482.

[4] Kuo J T,Yen B C,Hsu Y C,et al.Risk analysis for dam overtopping-Feitsui reservoir as a case study[J].Journal of Hydraulic Engineering,2007,133(8): 955-963.

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.03.017

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1008-1305（2014）03-0047-02

段家貴（1970年- ），男，高級(jí)工程師。