GSM短信系統(tǒng)在瀾滄江水情自動測報系統(tǒng)中的應用

徐守云,崔光云,張艷華（華能瀾滄江水電有限公司小灣水電廠,昆明 675705）

GSM短信系統(tǒng)在瀾滄江水情自動測報系統(tǒng)中的應用

徐守云,崔光云,張艷華
（華能瀾滄江水電有限公司小灣水電廠,昆明 675705）

本文介紹了目前瀾滄江水情自動測報系統(tǒng)及通用的幾種通信組網(wǎng)方式及其特點，重點闡述利用GSM 短消息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)水情自動測報系統(tǒng)遙測站與中心站之間的數(shù)據(jù)傳輸方案，并詳細分析了采用這種方式的優(yōu)點，以及利用GSM 短消息業(yè)務(wù)在瀾滄江流域水情自動測報系統(tǒng)的實際應用情況。

GSM短消息業(yè)務(wù)；水情自動測報系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸

1 前言

水情自動測報系統(tǒng)是利用遙測、通訊和計算機技術(shù)，實時收集、處理江河流域水情、雨情信息，并進行水情預報，以實現(xiàn)江河流域及水庫安全度汛和電廠經(jīng)濟運行以及水資源合理利用的信息系統(tǒng)。隨著瀾滄江流域水電開發(fā)的不斷推進，為確保在建水電工程安全度汛，盡可能避免或減少洪水造成的損失，云南華能瀾滄江水電股份有限公司按照瀾滄江流域水情自動測報系統(tǒng)的總體規(guī)劃，在已建成的水情自動測報系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在較短時間內(nèi)先后完成了主要以GSM短消息業(yè)務(wù)和Inmarsat—C衛(wèi)星通信系統(tǒng)互為備用的施工期水情自動測報系統(tǒng)的建設(shè)工作，并通過了近幾年的運行。該系統(tǒng)的建成也為下一步建設(shè)流域水情測報系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。采用GSM 短消息業(yè)務(wù)作為通信組網(wǎng)方式，除了基于水情自動測報系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)量小、通信網(wǎng)絡(luò)的分布地域比較廣、測站通信條件比較惡劣等因素外，主要還考慮到目前用于水情自動測報系統(tǒng)通信組網(wǎng)的方式的不足。

2 瀾滄江水情自動測報系統(tǒng)現(xiàn)狀

漫灣水情自動測報系統(tǒng)于1993年12月開始設(shè)計、施工，1994 年4月全部竣工，同年6月設(shè)備安裝調(diào)試完畢，投入試運行。 “系統(tǒng)”建于瀾滄江中游舊州、云龍、田口至漫灣壩址之間，區(qū)間內(nèi)較大的支流有漾濞江、沘江、永平河、漕澗河、公郎河，控制流域面積8995Km2?！跋到y(tǒng)”規(guī)模為1：7：23，即1個中心站、7個中繼站、23個遙測站，遙測站自動實時采集、存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)給中心站；中繼站以再生方式轉(zhuǎn)發(fā)遙測站上報數(shù)據(jù)；中心站以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合中心站數(shù)據(jù)處理程序，實現(xiàn)水情信息信號的解碼、收集、分類、存儲，并自動進行洪水預報、做出調(diào)度方案。中心站硬件方面主要由兩臺服務(wù)器（WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）、6臺作業(yè)計算機構(gòu)成水情系統(tǒng)局域網(wǎng)。軟件程序結(jié)構(gòu)以C/S和B/S結(jié)合，數(shù)據(jù)的處理采用C/S結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的分發(fā)報送采用B/S結(jié)構(gòu)。

瀾滄江水情自動測報系統(tǒng)在在原基礎(chǔ)上進行擴建，主要內(nèi)容如下：對原漫灣中心站軟硬件進行增強；新建小灣、糯扎渡、景洪分中心站；為了控制上游來水、增加預見期、及時監(jiān)測小灣壩址水位變化情況，在漫灣上游增加溜筒江、白濟汛、小灣三個雨量水位站，改造舊州、云龍站；為了控制區(qū)間來水，及時掌握景洪壩址水位變化情況，在大朝山至景洪區(qū)間增加大朝山、江橋、糯扎渡、糯扎渡上圍堰、糯扎渡下圍堰、糯扎渡P斷面、小黑江、景谷、芒打、景洪圍堰上游、景洪圍堰下游、心灘料場、允景洪13個雨量水位站，大山、德化、熱水塘、那瀾、勐康、邦丙、上允、富邦、民樂、永平益智、正興、半坡、云仙、震東14個雨量站。

3 遙測站數(shù)據(jù)采用GSM短信息傳輸?shù)目尚行院捅匾?/h2>

3.1 幾種常用通信信道比較

3.1.1 VΗF（特高頻）信道

VΗF信道是水情系統(tǒng)最早采用的信道。國家無線電管理委員會分配的水情系統(tǒng)專用頻點是230MΗz頻段中的8個頻點。VΗF信道因其造價低、傳輸時延小、終端設(shè)備功耗低、總體可靠性高，在一級中繼或無中繼的情況下仍是水情系統(tǒng)的最優(yōu)信道。

VΗF信道的缺點是易受干擾、信道上的障礙物仍有可能對信號強度造成很大的衰減，在山區(qū)有的站要建一級或多級中繼站才能保證信息的可靠傳輸。瀾滄江水情測報系統(tǒng)最初建立時就采用該通信方式，由于多數(shù)遙測站經(jīng)過兩級中繼，中繼站的電源供給和防雷成為系統(tǒng)維護的難點并影響系統(tǒng)的可靠性。需申請專用頻點，交納頻率使用費。

3.1.2 Inmarsat-C衛(wèi)星信道

該信道不需單獨建立地面中繼站，直接利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣。其終端設(shè)備適應溫度范圍寬、安裝方便等優(yōu)勢。因此，2000年在進行技術(shù)改造時選用了該信道。不需申請專用頻點，交納數(shù)據(jù)通信費。

3.1.3 Globlestar（全球星）信道

該衛(wèi)星目前覆蓋范圍有限，未得到廣泛應用。不需申請專用頻點，交納數(shù)據(jù)通信費。

3.1.4 Vsat衛(wèi)星信道

終端設(shè)備及天線體積大，不宜野外遙測站安裝，設(shè)備功耗大。設(shè)備費用及運行費用高，僅適合作為分中心站至中心站間的干線數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)分中心與烏江水電開發(fā)有限責任公司中心的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)采用了該信道。不需申請專用頻點，采用包月費用。

3.1.5 GSM信道

GSM（Global System for Mobile Communication）是亞洲、歐洲使用最廣泛的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。具有保密性高、系統(tǒng)容量大、覆蓋面廣、可靠性高、實時性好、運行費用低，也是目前國內(nèi)覆蓋范圍最好的無線通信網(wǎng)，移動模塊功耗較小，是繼VΗF之后的最優(yōu)信道。

GSM短信息（SMS）是GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種，工作在點與點通信狀態(tài)的異步通信方式下，不需建立端到端通道。每條短信息可傳160或140個字節(jié)（傳送160個7比特編碼數(shù)據(jù)或140個8比特編碼數(shù)據(jù)，或70個UNICODE碼），GSM短信收費標準是0.1元/條，收費低廉。若依托于該通訊系統(tǒng)建立專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)，無需架設(shè)費用昂貴的通信平臺，無需申請專用頻率，按數(shù)據(jù)傳輸量記費。

綜合上述通信的特點，其在遙測站中使用比較如表1。

表1

3.2 遙測站及GSM通信狀況

瀾滄江系統(tǒng)采用230MΗz超短波、GSM移動通信和Inmarsat-C衛(wèi)星通信混合方式進行組網(wǎng)，根據(jù)各站的不同情況具體選擇如下：

漫灣水情自動測報系統(tǒng)遙測站采用230MΗz超短波通信，共有6個頻點，工作方式為自報式工作，傳感器感應量為：雨量1mm，水位1cm，當水位或雨量變幅達到傳感器設(shè)定閥值，將信號發(fā)往中心站。另外，主要水文站采用4MΗz短波電臺作人工報汛，用作校核遙測資料。雨量站采集雨量數(shù)據(jù)，水文站采集雨量和水位數(shù)據(jù)。

新增雨量站均采用GSM通信方式，若原站址處無GSM信號覆蓋，則對站址進行適當調(diào)整。

大朝山、景洪圍堰上游、景洪圍堰下游、心灘料場4個雨量水位站采用GSM通信方式。

芒打、小黑江2個雨量水位測站處無GSM信號覆蓋，故采用Inmarsat-C衛(wèi)星通信方式。

溜筒江、白汲汛、舊州、云龍、小灣、江橋、糯扎渡、景谷、允景洪9個雨量水位站屬工程的關(guān)鍵控制站，各站址處有GSM信號覆蓋，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，這些站點采用GSM/Inmarsat-C雙信道冗余通信方式，即以GSM為主信道，Inmarsat-C為備用信道，主信道和備信道之間自動切換。

漫灣中心站用GSM和Inmarsat-C兩種通信方式接收各遙測站的水文數(shù)據(jù)。

漫灣中心站與小灣、景洪分中心的數(shù)據(jù)交換采用GSM通信方式。

3.3 運行費用分析

按照南京南瑞集團水情水調(diào)及環(huán)境監(jiān)測分公司現(xiàn)在研制的ACS-300數(shù)據(jù)采集處理器，進行數(shù)據(jù)處理時電壓需8個字節(jié)、雨量需12個字節(jié)、水位需12個字節(jié)。而Inmarsat—C衛(wèi)星運營商提供最大32個字節(jié)傳輸空間，因此，必須將數(shù)據(jù)進行打包發(fā)送。按Inmarsat—C衛(wèi)星運營商現(xiàn)行的收費標準，是每包人民幣1.40元左右，即每發(fā)送1次電壓、水位和雨量數(shù)據(jù)需人民幣1.40元左右。

GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的每條短信息最多可傳160字節(jié)，相當于Inmarsat—C衛(wèi)星 運營商提供32個字節(jié)傳輸空間的5倍，而價格僅人民幣0.10元。

由此可看出，若分別采用Inmarsat—C和GSM短信息發(fā)送160字節(jié)數(shù)據(jù)，Inmarsat—C需分5次傳送，衛(wèi)星運營收費約人民幣7.00元，而GSM服務(wù)僅收費人民幣0.10元。

3.4 GSM 短消息業(yè)務(wù)用于水情自動測報系統(tǒng)的必要性

（1）短信技術(shù)的水情自動測報系統(tǒng)具有快速穩(wěn)定且費用低廉，傳輸效率高，客觀條件的限制低等特點；

（2）設(shè)計符合結(jié)構(gòu)化標準，系統(tǒng)可適合各種應用要求，便于系統(tǒng)升級改造；

（3）信息采集終端可在短短幾秒鐘內(nèi)做出反應，大大提高了系統(tǒng)的即時反應速度，符合防汛指揮的要求；

（4）以微處理器為基礎(chǔ)的遠程終端通信設(shè)備RTU，具有大量存貯能力，能根據(jù)本地和遠程設(shè)備的狀態(tài)條件和數(shù)值作出本地的控制決策，又可通過相應通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遙測遙控功能，同時在信息采集時有多種方式選擇，還可向工作人員手機發(fā)出信息進行報警；

（5）系統(tǒng)采用中國移動已鋪設(shè)好的GSM網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，大大節(jié)約了建立水利專用通信網(wǎng)絡(luò)的費用；目前中國移動的GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍很寬，只要有中國移動手機信號的地方均可采用該系統(tǒng)。

4 采用GSM 短信方式實現(xiàn)水情信息采集、傳輸基本原理

遙測站主要由傳感器（雨量計、水位計）、數(shù)據(jù)采集器、電源組成。由數(shù)據(jù)采集器采集雨量、水位等水情信息，通過GSM模塊(型號為SIEMENS TC35)向中心站發(fā)送包含這些水情信息的短消息。中心站由工作站（前置機）控制接收，GSM 模塊收到的遙測站的水情數(shù)據(jù)，再由中心站的相關(guān)設(shè)備或軟件進行處理，可實施網(wǎng)上水文信息發(fā)布，或上傳調(diào)度中心或各水情分中心站，為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，應用軟件為中國水利水電科學研究院自動化所水情室開發(fā)設(shè)計，全中文操作界面，具有操作直觀、方便、靈活的特點，有較好的通用性、適用性和擴展功能。由于GSM 系統(tǒng)集中了現(xiàn)代信源編碼技術(shù)、信道編碼、交織、均衡技術(shù)、數(shù)字調(diào)制技術(shù)、話音編碼技術(shù)以及慢調(diào)頻技術(shù)等眾多先進而且成熟的技術(shù)，同時在系統(tǒng)中引入了大量計算機控制和管理，因而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、安全性和可靠性。

5 結(jié)束語

綜上所述，以GSM通信系統(tǒng)的短消息傳輸遙測站與中心站之間的水文測量數(shù)據(jù)，無論在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性、可靠性，還是在網(wǎng)絡(luò)運行成本上都比現(xiàn)有的水情自動測報系統(tǒng)的通信系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢，因而具有很廣泛的應用價值。GSM短信通信技術(shù)在水利行業(yè)的應用將愈來愈廣泛，將帶動水利事業(yè)的進一步發(fā)展。

徐守云（1973-），女，云南大理人，工程師，研究方向：電力水庫調(diào)度。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.228