伊春地區(qū)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)信道的使用與分析

李金楠 孫侃

摘 要：介紹了伊春地區(qū)的地理環(huán)境，氣候特點(diǎn)，對(duì)MOSCAD數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)以及通訊方式做了必要的闡述，主要說(shuō)明了超短波、GPRS、北斗衛(wèi)星技術(shù)作為信息傳輸主、備信道再伊春市山區(qū)的應(yīng)用情況。實(shí)際運(yùn)行表明，以GPRS為主信道，北斗衛(wèi)星為備用信道的組網(wǎng)方式是可行的，具有較高的實(shí)時(shí)性和可靠性。

關(guān)鍵詞：水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)；信道；GPRS；超短波；衛(wèi)星

1 MOSCAD系統(tǒng)通信方式的概述

MOSCAD-M系列水文信息采集傳輸系統(tǒng)是由美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的，設(shè)備的檢驗(yàn)、檢測(cè)都是由美國(guó)軍方完成的，具有較高的可靠性。

基于該產(chǎn)品在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中支持各種通信組網(wǎng)方式，有線組網(wǎng)方式包括PSTN、光纖、專線等，無(wú)線組網(wǎng)方式包括超短波、短波、集群通信系統(tǒng)、GSM、、衛(wèi)星通信等，并支持各種通信方式混合組網(wǎng)和主備信道自動(dòng)切換。在系統(tǒng)的先進(jìn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信協(xié)議的支持下，系統(tǒng)能夠支持主、備信道切換，使其能夠根據(jù)不同需要配置成遙測(cè)站、中繼站、集合轉(zhuǎn)發(fā)站，中心站等。

系統(tǒng)支持各種交直流供電方式，并滿足水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的低功耗要求，支持休眠喚醒和可編程的供電控制功能。通常水情遙測(cè)站多采用獨(dú)立式的直流供電系統(tǒng)主要是靠蓄電池供電，太陽(yáng)能電池板主要給蓄電池補(bǔ)充電量，這樣的話可以使水情遙測(cè)終端續(xù)航能力大大加強(qiáng)，更可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，適于交通不便，供電無(wú)保證的偏僻山區(qū)。

2 遙測(cè)站硬件設(shè)備

水文信息采集傳輸系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)中心站、遙測(cè)站、中繼站硬件配置基本相同，并可實(shí)現(xiàn)互換，僅需下載不同的應(yīng)用程序。

水文信息采集傳輸系統(tǒng)遙測(cè)終端硬件由以下設(shè)備組成：（1）CMOSCAD-M（F4570A）；（2）RADIO（日經(jīng)886）；（3）DDU（置數(shù)器）；（4）太陽(yáng)能充電控制器；（5）電臺(tái)；（6）手機(jī)模塊（GMS）；（7）固態(tài)繼電器（JGX-52FA030）；（8）開(kāi)關(guān)（C45N 1P 10A）；（9）零流控制器；（10）PSTN（撥號(hào)MODEM）。

此系統(tǒng)是一種低功耗的RTU設(shè)備，支持現(xiàn)場(chǎng)修改程序，可以通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離下載運(yùn)行程序和判斷系統(tǒng)故障，電臺(tái)、GSM手機(jī)模塊及北斗衛(wèi)星完全受到RTU的控制，可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行加電和掉電，并且可以通過(guò)通信端口對(duì)其進(jìn)行通信控制和收發(fā)數(shù)據(jù)操作。

3 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

水情分中心以超短波為傳輸信道的遙測(cè)信息接收任務(wù)是由中心站FIU承擔(dān)的，中心站終端只不過(guò)程序與遙測(cè)站不同，任務(wù)也不相同。中心站終端接收所有遙測(cè)站通過(guò)超短波信道上報(bào)的遙測(cè)信息，對(duì)其處理后保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于超短波通信使用了MDLC無(wú)線通信協(xié)議，屬于雙向信道，F(xiàn)lU在接收到遙測(cè)信息并校驗(yàn)后，還要發(fā)送“確認(rèn)”碼到遙測(cè)站，以通知遙測(cè)站接收數(shù)據(jù)成功。同時(shí)， 中心站服務(wù)器遙測(cè)監(jiān)控軟件負(fù)責(zé)把FlU接收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)下載到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣就完成了超短波信息的接收。

水情分中心站服務(wù)器接收軟件通過(guò)服務(wù)器接收遙測(cè)站發(fā)送到移動(dòng)公司服務(wù)器上的遙測(cè)數(shù)據(jù)，GPRS信道在接收到遙測(cè)信息并校驗(yàn)后，同時(shí)要回復(fù)“確認(rèn)”碼到遙測(cè)站，以告知遙測(cè)站信息接收成功。中心站服務(wù)器接收信息軟件負(fù)責(zé)接收上報(bào)的遙測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收到以后下載到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)其進(jìn)行處理，即完成整個(gè)遙測(cè)信息的接收。

水情分中心服務(wù)器接收軟件接收到遙測(cè)站發(fā)送到北斗衛(wèi)星小站上的數(shù)據(jù)，北斗衛(wèi)星小站在接收遙測(cè)站發(fā)送的信息以后經(jīng)過(guò)“確認(rèn)”回復(fù)遙測(cè)站信息，以告知遙測(cè)站信息接收成功。但經(jīng)過(guò)試驗(yàn)伊春地區(qū)的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)回復(fù)“確認(rèn)”信息較差。

4 地形地貌對(duì)信道的影響

伊春市地處小興安嶺低山山區(qū)，整個(gè)地勢(shì)西低東高，北低南高，小興安嶺主脈在中部偏北地區(qū)經(jīng)過(guò)，整個(gè)地區(qū)山地結(jié)構(gòu)復(fù)雜，區(qū)域內(nèi)的斷裂帶、斷層線、節(jié)理、裂隙等構(gòu)造線都在這發(fā)育和展布的，山體平均海拔在1000米以上，山中植被茂密。

超短波通訊方式在伊春地區(qū)分布比較廣，在多年的使用過(guò)程中由于地形地貌影響，出現(xiàn)通訊差，延遲高，受其他波段影響大，有時(shí)造成個(gè)別遙測(cè)站不間斷發(fā)送信息收不到“確認(rèn)”回值，占用信道資源，并造成蓄電池供電不足。中繼站一般在山的最高點(diǎn)，需架設(shè)鐵塔，且山中無(wú)路，每次維護(hù)都需要工作人員背著設(shè)備上山，維護(hù)十分困難，超短波遙測(cè)站搬遷由于需要架設(shè)5米以上的定向天線，還要建設(shè)混凝土基礎(chǔ)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)用高。

GSM手機(jī)模塊通信質(zhì)量高，移動(dòng)、聯(lián)通等公司的中繼站經(jīng)過(guò)這幾年的大力發(fā)展以基本覆蓋伊春全市及周邊各林場(chǎng)，伊春所有遙測(cè)站基本都可以通過(guò)GPRS信道或短信發(fā)送信息，而且不受山高等因素的影響，數(shù)據(jù)接收發(fā)送延遲低，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性高。遙測(cè)站易搬遷等優(yōu)點(diǎn)。

北斗衛(wèi)星通訊范圍廣，不受野外地形限制，數(shù)據(jù)接收發(fā)送及時(shí)準(zhǔn)確，系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定，但由于北斗系統(tǒng)還未完全建成，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)回復(fù)“確認(rèn)”較慢，通訊不暢等現(xiàn)象。

5 三種通信方式的優(yōu)勢(shì)

伊春地區(qū)遙測(cè)站使用的通信方式有三種：超短波通信電臺(tái)、GSM手機(jī)模塊、北斗通訊衛(wèi)星。文章選用M0T0R0LA公司生產(chǎn)的GM950電臺(tái)作為本水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的超短波通信電臺(tái)。GSM手機(jī)模塊選用的是天誠(chéng)航宇（1206B）型的，衛(wèi)星選用神州天鴻的YTT-1-01（B）型。GSM手機(jī)模塊和衛(wèi)星通訊都有GPRS Modem的功能，目前可以選用的GPRS Modem有兩種，一種是智能型的GPRS Modem，它本身含有一個(gè)處理器，處理與GPRS相關(guān)的操作，提供給用戶一個(gè)透明的GPRS傳輸通道，用戶可以直接傳輸數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心內(nèi)部復(fù)雜的技術(shù)操作；另一種是支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令的GPRS Modem，它本身不具備智能處理功能，用戶可以使用其提供的豐富的AT命令控制其操作，操作靈活性更大， 功能更豐富。本系統(tǒng)選用智能型的GPRS Modem通信模塊，這種模塊不用進(jìn)行繁雜的控制操作，直接傳輸數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性好不易出現(xiàn)問(wèn)題。

伊春地區(qū)每個(gè)遙測(cè)站都有兩種通信方式，都受系統(tǒng)的FIU控制，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，相互配合完成信息的傳輸。信息傳輸優(yōu)先使用超短波信道，只有當(dāng)超短波傳輸失敗才啟用GPRS信道，如果超短波傳輸成功，則不啟用備用信道，這兩種信道不能同時(shí)使用。相應(yīng)的衛(wèi)星信道和GPRS及超短波傳輸組成的雙信道也是一個(gè)道理。在中心站，水情數(shù)據(jù)的接收相應(yīng)的也就有三種設(shè)備：超短波、GPRS信道接收以及衛(wèi)星接收小站。由于這三種信道都是雙向信道，，并且系統(tǒng)采用了“確認(rèn)”機(jī)制的自報(bào)式工作模式，也就是說(shuō)當(dāng)中心接收到了一條數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)同時(shí)會(huì)給遙測(cè)站返回一條確認(rèn)接收信息，信息到達(dá)中心站都是實(shí)時(shí)的，所以中心站通過(guò)這三種信道就可以接收到所有遙測(cè)站完整的水情數(shù)據(jù)，保證了遙測(cè)信息的實(shí)時(shí)性和完整性，以下是伊春地區(qū)三種信道使用情況對(duì)比，可以很清楚的看出超短波在伊春地區(qū)使用過(guò)程中的劣勢(shì)，并且故障率頻繁。

6 結(jié)束語(yǔ)

伊春地區(qū)構(gòu)建的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用以GMS手機(jī)模塊為主信道，以北斗衛(wèi)星為備用信道水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，兼有了這兩種通信方式的優(yōu)點(diǎn)，具有信息傳輸實(shí)時(shí)性好，可靠性高等特點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行表明，以GMS手機(jī)模塊為主信道，以北斗衛(wèi)星為備用信道的組網(wǎng)方式是可行的。

近些年由于伊春地區(qū)進(jìn)行棚戶區(qū)改造，很多林場(chǎng)所陸續(xù)搬遷到林業(yè)局，很多遙測(cè)站原址要進(jìn)行移動(dòng)，超短波站要重新進(jìn)行電測(cè)，并且搬遷距離不宜很遠(yuǎn)，并新建基礎(chǔ)設(shè)施投資很大。系統(tǒng)中繼站維護(hù)難度過(guò)大，中繼站均處于高山上，春季要在系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行前，首先開(kāi)通中繼站，春季山上積雪還沒(méi)融化，交通條件極差，何時(shí)開(kāi)通受天氣影響。所以伊春地區(qū)不建議使用超短波為主信道的遙測(cè)雨量站及水文、水位站。

參考文獻(xiàn)

[1]姚永熙.水文儀器與水利水文自動(dòng)化[M].南京：河海大學(xué)出版社，2001.

作者簡(jiǎn)介：李金楠（1982-），男，工程師。

孫侃（1983-），男，工程師。