衛(wèi)星通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水文數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

劉春輝

河北省崗南水庫管理局 河北石家莊 050400

近代百年，通信技術(shù)發(fā)展迅猛，特別是無線通信技術(shù)的發(fā)展改變了人類的生活和生產(chǎn)方式，無時無刻都在感知著通信技術(shù)的服務(wù)。到20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，除了智能手機、電視等在生活中應(yīng)用，更多的通信新技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)信息數(shù)據(jù)的傳輸上，4G移動通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等誕生和發(fā)展，將過去人類想象似乎的不可能事情變成了現(xiàn)實，這些通信新技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。氣象和水文信息，作為水利行業(yè)的基礎(chǔ)信息，依靠通信新技術(shù)，較好地完成了數(shù)據(jù)的采集和傳輸，服務(wù)了社會，本研究著重論述目前通信新技術(shù)在水文數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用。

1 水文數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)選擇

通信傳輸是水文自動測報系統(tǒng)的重要組成部分，在水文自動測報系統(tǒng)中，通信傳輸是指遙測站所采集數(shù)據(jù)由通訊設(shè)備經(jīng)過通信信道實時發(fā)送到系統(tǒng)中心站的過程。水文自動測報系統(tǒng)通信傳輸常采用超短波信道、短波信道、衛(wèi)星信道、GSM信道、GPRS信道或以上方式的混合等多種有線無線通訊方式。隨著我國衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，目前我國已經(jīng)構(gòu)建起了完整的衛(wèi)星通信體系，覆蓋面已經(jīng)能夠保證全球通信的需求，并且衛(wèi)星通信在氣象、交通、航空等多個領(lǐng)域取得了極其重要的應(yīng)用價值，為人們的生活帶來了巨大的改變。衛(wèi)星通信是地面無線電通信站利用空間衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)行的通信，衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間衛(wèi)星和地面站兩部分組成。衛(wèi)星通信具有通信范圍大、靠性高且不易受陸地災(zāi)害的影響、多址通信及多址聯(lián)接等特點。在通信質(zhì)量、可靠性、系統(tǒng)維護(hù)等方面，具有其它通信方式無法替代的優(yōu)勢，特別適用于地形復(fù)雜、覆蓋范圍大的水情自動測報系統(tǒng)，是大面積收集水情數(shù)據(jù)的一種較為理想的通信方式。

2 衛(wèi)星通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水文數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

2.1 物聯(lián)網(wǎng)水文監(jiān)測系統(tǒng)

①傳感器智能接口開發(fā)。物聯(lián)網(wǎng)水文監(jiān)測系統(tǒng)使用傳感器（水位計、流速計）進(jìn)行水文信息實時采集。通過熟悉水位、流速傳感器的原理以及數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等完成傳感器智能接口的開發(fā)，擬采用IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)[3]。IEEE1451是一個智能傳感器接口的標(biāo)準(zhǔn)族，其定義了一系列為使智能傳感器連接到微處理器、儀表系統(tǒng)以及現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的開放、通用的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)給傳感器配備了一個通用的軟硬件接口，使其可以方便地接入現(xiàn)場總線以及Internet。②數(shù)據(jù)融合與智庫實現(xiàn)。主要對采集到的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、過濾、存儲、處理、人機交互等，利用數(shù)據(jù)處理平臺與服務(wù)器，采用WEKA工具挖掘水位與流速的關(guān)聯(lián)關(guān)系，融合各種數(shù)據(jù)處理算法，形成智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)友好的人機交互與Web服務(wù)。③傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)與智庫的集成。無線網(wǎng)絡(luò)的選用擬根據(jù)水文站、水庫、流域的現(xiàn)場情況而定，在鋪設(shè)有線Internet的現(xiàn)場，可以通過覆蓋無線WiFi網(wǎng)絡(luò)實時獲取各傳感器數(shù)據(jù)、視頻、圖片等信息；在沒有Internet而有手機移動網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場，可以采用GPRS等網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；在沒有Internet與手機網(wǎng)絡(luò)的場所，擬采用北斗短報文方式傳輸數(shù)據(jù)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下水文監(jiān)測系統(tǒng)評估分析

為了進(jìn)一步提高物聯(lián)網(wǎng)水文監(jiān)測效率，促使該體系發(fā)揮價值，還需要對其使用展開全面的評測與分析，明確各個網(wǎng)點的信息篩選以及監(jiān)控內(nèi)容是否在合理范疇之中，尤其是在環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，自然條件因素如溫度、濕度等，都會極大程度上影響正常的信息傳導(dǎo)，使得水文信息的反饋不及時或不準(zhǔn)確[4]。因此，任何物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的水文監(jiān)測，都需要提前做好把控，才能保證穩(wěn)定運作。需要分步驟地進(jìn)行各類單獨測試，做到逐一排查潛在問題，達(dá)到最佳的使用成效。

2.3 VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)在水文上的應(yīng)用

VSAT寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)，天線口徑小，通常為0．3-1．2m，典型的視頻傳輸帶寬在2Mbit/s左右，可以用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控的信息傳輸。水文站點分布較廣，根據(jù)流域的特性和水系而布設(shè)，水文站有設(shè)置在大山深處或國家的邊境地區(qū)，這些地方人煙稀少，往往4G移動網(wǎng)絡(luò)信號沒有覆蓋，要想把水文信息及時傳輸出來，只有依靠通信衛(wèi)星系統(tǒng)。水文工作中監(jiān)測的要素主要有水位、雨量、流量等信息，其信息數(shù)據(jù)流量小，選用窄帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)就可以實現(xiàn)，但在工作中還需掌握監(jiān)測斷面的實況信息，特別是自然災(zāi)害發(fā)生時，需要將水文站點周邊的工情工況等監(jiān)控視頻圖像及時傳輸?shù)經(jīng)Q策指揮部，為決策機構(gòu)提供技術(shù)支持。因此為了提高水文監(jiān)測的能力[5]，根據(jù)VSAT通信衛(wèi)星系統(tǒng)特性，選用VSAT寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以滿足需求。

3 結(jié)語

水文測報工作經(jīng)歷了原始的人工測、算、報、整的過程，隨著我國水文信息化發(fā)展，從20世紀(jì)90年代開始，逐步建設(shè)了水情遙測網(wǎng)，進(jìn)入21世紀(jì)水文工作信息化發(fā)展迅速，水文數(shù)據(jù)的采集和傳輸基本實現(xiàn)了自動化，測報實現(xiàn)在線，可以及時實時地提供水文數(shù)據(jù)，同時也對現(xiàn)代通信技術(shù)提出了更多的需求。如何應(yīng)用現(xiàn)代通信新技術(shù)，解決點多、面廣的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信傳輸，確保高質(zhì)量的信號發(fā)送，有力保障水文監(jiān)測工作的發(fā)展。