GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)在水情自動測報系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)化選型

摘 要：通過對GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)在水情自動測報系統(tǒng)中的實際應(yīng)用分析，準確掌握GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)的優(yōu)勢，為水情自動測報系統(tǒng)通信技術(shù)選型提供最佳方案，確保水情自動測報系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：水情自動測報系統(tǒng)；GPRS；VHF；GSM；延時；數(shù)據(jù)碰撞

中圖分類號：TN929.52 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0329-02

1 緒 論

湖南地處東經(jīng)108°47′～114°15′，屬于長江中游地區(qū)，全省湘、資、沅、澧水系發(fā)達，每年洪災(zāi)頻發(fā)。水情自動測報系統(tǒng)采用現(xiàn)代科技對水文信息進行實時遙測、傳輸和處理的專門技術(shù)，是有效解決江河流域及水庫洪水預(yù)報、防洪調(diào)度及水資源合理利用的先進手段。

水情數(shù)據(jù)傳輸作為水情自動測報系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，通信技術(shù)選型成了確保水情數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、實時準確的關(guān)鍵因素。目前湖南沅水流域水庫已經(jīng)實現(xiàn)了梯級調(diào)度，沅水流域水情自動測報系統(tǒng)中主要采用GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)，通過對比分析三種通信手段在實際應(yīng)用中的效果，可以實現(xiàn)對沅水流域水情自動測報系統(tǒng)通信技術(shù)優(yōu)化選型，提高流域水情數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠、實時準確性，確保沅水流域洪水預(yù)報、防洪調(diào)度及水資源合理利用。

2 VHF通信技術(shù)分析

國家無線電管理委員會指定230MHZ（VHF頻段）的某些頻點劃歸水文專業(yè)專用通信頻率。該頻段的無線電波具有一定的繞射能力和抗干擾能力，適用于山區(qū)較遠距離的水情數(shù)據(jù)傳送，對于非近距離的障礙物不會形成嚴重的通信阻隔。對于阻隔較嚴重的多山地區(qū)，它可以選擇通過設(shè)置適當?shù)闹欣^站來實現(xiàn)較遠距離的山區(qū)通信。以白市水電站水情測報系統(tǒng)為例進行分析。

白市水電站水情自動測報系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采取兩級中繼模式，工作體制采取自報式體制。自報式系統(tǒng)的信道是單向的，遙測站采集到數(shù)據(jù)后，自動向中心站（或經(jīng)中繼站）發(fā)送，中心站被動接收水情數(shù)據(jù)而不發(fā)送信令信號。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功耗小，安裝、維護簡便，經(jīng)濟可靠。但從結(jié)構(gòu)上分析，該系統(tǒng)為“多點對一點通信”，信號發(fā)送是隨機的，在較大的水情自動測報系統(tǒng)中容易產(chǎn)生同頻信號碰撞，出現(xiàn)掉數(shù)現(xiàn)象。

3 GSM短信通信技術(shù)分析

利用GSM短信技術(shù)組網(wǎng)可以克服測報范圍和測報地區(qū)地形地貌的限制。GSM是全球移動通信系統(tǒng)的簡稱，采用時分多址技術(shù)，是一個由3GPP開發(fā)的開放標準。GSM短信通信技術(shù)采取存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，短信被發(fā)送出去之后，不是直接地發(fā)送給接收方，而是先存儲在短消息服務(wù)中心SMSC，然后再由SMSC將其轉(zhuǎn)發(fā)給接收方。如果接收方一時無法接收信息，SMSC會自動保存該短消息，排隊并嘗試再次發(fā)送給接收方，一直確保接收方接收到數(shù)據(jù)為止，這樣確保了數(shù)據(jù)的完整性。在實際運行中，GSM短信遙測站點也存在一些問題，其中最大的問題就是數(shù)據(jù)延時。數(shù)據(jù)延時太長將導(dǎo)致數(shù)據(jù)失去時效，失去時效的數(shù)據(jù)是無用數(shù)據(jù)，甚至會導(dǎo)致預(yù)報錯誤，引發(fā)擴大性防汛事故。以三板溪水情自動測報系統(tǒng)文峰塔GSM雨量站為例分析，該站在2016年4月6日～4月7日凌晨之間發(fā)生了兩萬多秒的延時。

通過分析得出，導(dǎo)致GSM短信通信延時的原因主要有以下3種：

（1）GSM通信存在正常延時。從遙測站到中心站接收、處理，這一系列流程需要時間，正常的延時只有100～300多秒，屬正常范圍。

（2）遙測站、當?shù)匾苿踊?、移動網(wǎng)絡(luò)、中心站移動基站、中心站是GSM短信信息傳輸?shù)囊粋€完整鏈路。其中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，就將導(dǎo)致數(shù)據(jù)延時現(xiàn)象明顯。比如暴雨期間，如果中心站移動基站出現(xiàn)異常，或者中心站移動信號不穩(wěn)定，強度不夠，將導(dǎo)致GSM短信遙測站數(shù)據(jù)大面積延時。

（3）水情測報系統(tǒng)GSM通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是多點對一點通信方式，中心站GSM接收模塊只能一條一條數(shù)據(jù)排隊處理。當暴雨來臨，數(shù)據(jù)量陡增，中心站GSM接收模塊數(shù)據(jù)吞吐量有限，特別容易導(dǎo)致信道堵塞，進而導(dǎo)致GSM短信接收模塊死機，從而導(dǎo)致GSM遙測站數(shù)據(jù)大面積延時。

4 GPRS通信技術(shù)分析

GPRS與GSM短信技術(shù)均基于移動技術(shù)進步而發(fā)展起來的技術(shù)，GPRS經(jīng)常被描述成“2.5G”，它突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，實現(xiàn)了分組交換，真正實現(xiàn)了“點對點通信”，優(yōu)勢明顯。

（1）廣域覆蓋：GPRS在全國31個省240多個城市均有良好覆蓋，基本上在手機可以打電話的地方都可以通過GPRS無線上網(wǎng)，克服了距離遠、阻隔多等地形地貌的局限，突破了組網(wǎng)的限制。

（2）永遠在線：只要激活GPRS應(yīng)用后，將一直保持在線，類似于無線專線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（3）按量計費：GPRS服務(wù)雖然保持一直在線，但按流量計費，產(chǎn)生通信流量時才計費，費用很低。

（4）高速傳輸：目前GPRS可支持53.6Kbps的峰值傳輸速率，理論峰值傳輸可達100余Kbps。

（5）雙向傳輸：既可以傳輸批量數(shù)據(jù)，水情分中心又可以將命令、對遠端遙測站的設(shè)置參數(shù)等透傳到遙測站點，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程讀取和遙測站工作參數(shù)的遠程設(shè)置。這一個特點是超短波、GSM短信、PSTN以及衛(wèi)星通信所不能替代的。

GPRS通信技術(shù)優(yōu)勢明顯，但也存在一些問題。突出的問題是GPRS會發(fā)生包丟失現(xiàn)象。

5 優(yōu)化選型

湖南沅水流域水情自動測報系統(tǒng)是由12個水情自動測報系統(tǒng)組成的流域大網(wǎng)，各分水情自動測報系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用VHF和GSM短信混合組網(wǎng)，各遙測站點同時通過GPRS通信技術(shù)向總中心站發(fā)送數(shù)據(jù)，通過對比分析總中心站與各分中心站的實時數(shù)據(jù)，可以比較分析出三種通信技術(shù)的實際應(yīng)用效果。

5.1 VHF與GPRS通信技術(shù)比較分析

采用VHF通信技術(shù)組網(wǎng)，檢修便利，無通信費用，每年只須向國家無線電管理委員會繳納頻點占用費。在測報范圍不大、地形不是極端復(fù)雜的情況下，采用VHF通信技術(shù)組網(wǎng)是行之有效的手段。但VHF通信技術(shù)導(dǎo)致的同頻信號碰撞也是該技術(shù)無法根除的問題，而GPRS通信技術(shù)采用分組交換，不存在信號碰撞現(xiàn)象。

5.2 GSM短信與GPRS通信技術(shù)比較分析

GSM短信與GPRS通信技術(shù)都是基于移動技術(shù)而發(fā)展起來的，GSM短信按照報文條數(shù)計費，而GPRS按照流量計費，GPRS費用優(yōu)勢明顯。GSM短信延時問題因技術(shù)和環(huán)境因素的影響，不可根除，而GPRS通信因采用分組交換技術(shù)，報文在實際應(yīng)用中的時延只有幾秒至幾十秒，實時效果明顯。同時GSM短信與GPRS通信技術(shù)為同種技術(shù)，采用GPRS技術(shù)時沒有必要再采用GSM短信技術(shù)。

6 結(jié) 論

通過對GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)的比較分析，在水情自動測報系統(tǒng)實際應(yīng)用中，應(yīng)該采取GPRS通信技術(shù)為主信道，VHF通信技術(shù)為備信道，退出GSM短信服務(wù)，充分發(fā)揮GPRS和VHF通信技術(shù)的優(yōu)勢，以安全、可靠、經(jīng)濟為系統(tǒng)建設(shè)原則，建立安全、可靠、實時準確的水情自動測報系統(tǒng)。

參考文獻

[1]孫增義，吳 躍.水情自動測報技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用.北京：中國水利水電出版社，1999.

[2]李曉斌，肖 舸.梯調(diào)水庫調(diào)度自動化系統(tǒng).北京：中國水利水電出版社，2012.

收稿日期：2018-9-12

作者簡介：李德清（1971-），男，工程師，本科，主要從事電力檢修、電力工程等工作。