響洪甸水庫水情無線雙信道通信的管理與應(yīng)用

周權(quán)

摘要：1998～2016年，安徽省響洪甸水庫水情自動測報系統(tǒng)采用的是超短波無線通信方式，投運幾年后，由于局部測報區(qū)域超短波通信環(huán)境發(fā)生了較大改變，使得部分遙測站與中心站的通信故障明顯增加，對水情數(shù)據(jù)傳輸造成了很大影響。為保障通信的可靠性，從2016年開始，在原有超短波通信的基礎(chǔ)上，新增加了GPRS通信方式，形成“超短+GPRS”雙信道通信同時運行的工作模式，提高了系統(tǒng)無線通信的可靠性?；诖耍疚闹饕芯侩p信道通信的原因、產(chǎn)品類型、功能特點、優(yōu)缺點比較、管理和應(yīng)用，以及運用過程中的經(jīng)驗和結(jié)果，以供參考。

關(guān)鍵詞：雙信道通信；數(shù)據(jù)傳輸；GPRS

水情無線數(shù)據(jù)通信是水情數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾侄沃弧臒o線信號傳輸?shù)慕嵌瓤?，通信系統(tǒng)的重要內(nèi)容是有效性（在給定的信道內(nèi)能夠傳輸更多的信息內(nèi)容）和可靠性（在給定的信道內(nèi)接收到信息的準(zhǔn)確程度更高）。響洪甸水庫水情自動測報系統(tǒng)1998年建成，投運十幾年后，原來的超短波通信的可靠性，有明顯的下降趨勢。因此提高無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，迫在眉睫?016年，開始應(yīng)用“超短波+GPRS”雙信道通信方式，很好地解決了無線數(shù)據(jù)傳輸可靠性下降問題，取得的結(jié)果可為水利系統(tǒng)相關(guān)單位提高水情無線數(shù)據(jù)傳輸可靠性，并提供應(yīng)用經(jīng)驗和管理經(jīng)驗。

一、概況

響洪甸水庫位于淮河支流淠河西源上，在安徽省金寨縣境內(nèi)。流域面積1400平方千米，占淠河6000平方千米總面積的23.3%。1992年，響洪甸水電站委托南京水利水文自動化研究做了“響洪甸水電站水情自動測報系統(tǒng)”的總體設(shè)計。1997年11月，完成土建工程。1997年12月，完成調(diào)試工作。1999年，正式投入運行。系統(tǒng)的通信方式為超短波遙測通信，頻點為231.775MHz和224.775MHz。

2006年，響洪甸水電站水情自動測報系統(tǒng)劃歸為安徽省響洪甸水庫管理處管理，并更名為“安徽省響洪甸水庫管理處水情自動測報系統(tǒng)”（以下簡稱“系統(tǒng)”）。

二、雙信道建設(shè)背景

系統(tǒng)建成投運后，超短波通信存在的短板和問題沒有及時顯現(xiàn)。隨著生態(tài)環(huán)境改善、社會科技進(jìn)步和現(xiàn)代化建設(shè)推進(jìn)，庫區(qū)上游有部分遙測站通信環(huán)境發(fā)生了較大變化。系統(tǒng)在庫區(qū)的超短波通信受到了不同程度干擾，影響了超短波通信的可靠性。例如，張沖雨量遙測站和抱兒山中繼站之間，新架設(shè)了兩條50萬伏超高壓直流輸電線路，對超短波通信信號傳輸有較明顯的阻隔作用；張沖雨量遙測站站房周圍生長出大量濃密毛竹林；油店、張畈雨量遙測站與抱兒山中繼站之間的山頂，近年來生長的樹木、竹林特別高大茂盛等，都增加了超短波信號傳輸損耗。這都會影響系統(tǒng)的超短波信號傳輸，導(dǎo)致張沖、油店、張畈等遙測站與抱兒山中繼站之間通信數(shù)據(jù)月平均通暢率明顯下降，不能更好地確保整體系統(tǒng)的可靠性，導(dǎo)致遙測站經(jīng)常因為通信中斷出現(xiàn)故障，也相應(yīng)增加了系統(tǒng)維護(hù)成本。

為了保障系統(tǒng)通信有較高的可靠性，提高通信數(shù)據(jù)收集的月平均通暢率，2016年，系統(tǒng)的通信改造升級為“超短波+GPRS”雙信道通信方式，即用兩個互相獨立的通信信道，同時發(fā)送測得的同一雨量、水位信號到響洪甸中心站。

三、超短波（VHF）和GPRS通信優(yōu)缺點

超短波、GPRS通信各自優(yōu)缺點如表1所示。

從表1中的優(yōu)缺點對比可以看出，同時采用兩種通信方式，可優(yōu)勢互補。通常超短波的缺點較難克服，而GPRS的不足容易克服并忽略。例如，租賃費較低、每個遙測站點的移動通信信號都較穩(wěn)定、響洪甸中心站的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也較穩(wěn)定等。對于山區(qū)地形復(fù)雜的上游庫區(qū)，采用雙信道通信方式，可有效解決超短波通信存在的問題，提高整個系統(tǒng)通信的可靠性。

四、系統(tǒng)通信組網(wǎng)規(guī)模

（一）通信組網(wǎng)規(guī)模

2012年開始，系統(tǒng)的超短波通信規(guī)模為1：1：9，即1個中心站、1個中繼站、8個雨量遙測站、1個遙測雙水位站。2016年，系統(tǒng)超短波通信的頻點由2個改為1個，為224.875MHZ，即所有雨量站、水位站和中繼站和中心站都使用1個頻點通信。2016年，新增GPRS通信方式，組網(wǎng)規(guī)模為1：12，即1個中心站、9個雨量遙測站、3個遙測水位站。系統(tǒng)“超短波+GPRS”雙信道通信組，如圖1所示。

（二）雙信道通信主要硬件配置、功能特點和應(yīng)用

采用雙信道通信后，系統(tǒng)的中繼站、雨量站和水位站使用的RTU均為南京迅飛系統(tǒng)集成有限公司生產(chǎn)的YDH－1B型雙信道遙測終端機。該機型采用新器件、新技術(shù)、新工藝設(shè)計研制的新一代多信道的自報式遙測終端機，能與翻斗式雨量計、遙測水位計、GPRS模塊、超短波電臺、天饋線、同軸避雷器、免維護(hù)蓄電池以及太陽能電源板等設(shè)備組成一個完整的雙信道遙測站。它能自動完成對一個雨量參數(shù)和一個水位參數(shù)的采集、存儲、顯示和傳輸控制任務(wù)，具有人工置數(shù)功能，可以很方便地置入各類水文數(shù)據(jù)，通過超短波信道和GPRS信道發(fā)送到中心站。

當(dāng)遙測站產(chǎn)生一個雨量或水位信號，通過雙信道通信，中心站同時接收同一時標(biāo)兩條報文文本字符串完全相同的超短波和GPRS報文，軟件系統(tǒng)通過隊列緩存方式，將收到的報文寫入緩存隊列，報文解析線程讀取報文隊列中的報文文本并分析，在解析過程中發(fā)現(xiàn)有兩條內(nèi)容相同的報文時，系統(tǒng)可通過報文接收信道、報文接收時間等條件判斷，當(dāng)判斷結(jié)果表明兩條報文為同一報文通過不同的信道到達(dá)中心站時，系統(tǒng)則丟棄最后收到的報文，并將最先收到的報文解析完成后寫入水情原始數(shù)據(jù)庫。

YDH－1B型雙信道遙測終端機里的GPRS DTU采用深圳市宏電技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的H7210 GPRS/DTU，截至2022年5月已全部更換為該系列的H7710 GPRS/DTU。

H7710 工業(yè)級通用無線數(shù)據(jù)傳輸終端是基于5G、4G數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，采用工業(yè)級端子排接口，產(chǎn)品設(shè)計符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、DDP等多種協(xié)議，可實現(xiàn)用戶設(shè)備到數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)程透明數(shù)據(jù)通信，接受定制化開發(fā)需求，實現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)。主要功能有：

支持RTU與DSC透明數(shù)據(jù)傳輸；

支持宏電DDP傳輸協(xié)議，配合DDP協(xié)議開發(fā)包簡化開發(fā)難度；

通過宏電DDP協(xié)議可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程參數(shù)配置、重啟動控制；

支持串口AT協(xié)議，可在運行過程中切換到AT狀態(tài)，進(jìn)行參數(shù)配置、重啟控制式；

支持TCP/UDP/短信三種通信方式；

短信支持7bit、8bit、UCS2編碼，可以進(jìn)行中文短信收發(fā)；

短信號碼支持國際區(qū)號及本地號碼；

持移動運營商的APN專網(wǎng)；

DSC尋址方式支持固定IP地址和域名；

支持獲取移動專網(wǎng)的指定IP；

設(shè)備故障告警，提升偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)備在線率；

支持SIM卡管理，無需固定IP，提升規(guī)模化管理能力；

運程升級，故障自恢復(fù)，確保傳輸管道通暢；

多重加密技術(shù)，確保通信鏈路數(shù)據(jù)安全；

設(shè)備遠(yuǎn)程管理、維護(hù)，降低運維成本，提升效率；

支持網(wǎng)管功能，流量可控、可管，降低運維成本；

自動生成業(yè)務(wù)統(tǒng)計報表，為運營決策提供有力依據(jù)；

支持TTL/RS－232/RS－422/RS－485任意一種；

采用工業(yè)級設(shè)計，通過EMC四級測試，確保傳輸穩(wěn)定性。

新升級的H7710 GPRS/DTU模塊采用更低的功耗設(shè)計，適合戶外太陽能蓄電池系統(tǒng)供電，可長效續(xù)航。

五、雙信道通信的管理維護(hù)

（一）超短波通信

嚴(yán)格按照《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《水文情報預(yù)報規(guī)范》《響洪甸水庫管理處水情自動測報系統(tǒng)運行管理規(guī)程》《響洪甸水庫管理處防汛檢查、維護(hù)制度》等每年進(jìn)行汛前、汛后例行檢查與檢測，遭遇惡劣天氣后巡查設(shè)備。在通信方面，重點檢查天饋線外觀完好，無開裂、破損、接頭密封膠帶破損現(xiàn)象；用無源功率計對天饋系統(tǒng)進(jìn)行檢測，駐波比保持在1.5以下；遙測站與中繼站、中繼站與中心站話筒通話聲音清晰洪亮；應(yīng)定期測量校正遙測站房房頂?shù)亩ㄏ蛱炀€對抱兒山中繼站的方位角，及時清理天線前方，保持開闊、無樹木遮擋；應(yīng)定期檢查維護(hù)中心站、中繼站的天饋系統(tǒng)，確保完好；做好各工作站的防雷擊工作，防雷接地網(wǎng)接地電阻小于10Ω，設(shè)備工作接地小于4Ω。

（二）GPRS通信

系統(tǒng)GPRS通信使用的是中國移動SIM卡，以包月的形式計費，月租費用較低，如果有通信不正常的情況出現(xiàn)，首先應(yīng)考慮是否SIM欠費；向運營商申請為“重保卡用戶”，進(jìn)一步提高通信可靠性；在每次汛前、汛后例行檢查時，應(yīng)檢查GPRS天線接頭是否松動、變形或歪倒，傳感器的傳輸電纜等外觀有無損傷，配套的緊固件、支架、接插件等是否齊全；關(guān)注GPRS/DTU模塊生產(chǎn)廠家產(chǎn)品升級（投入使用六年來，系統(tǒng)由開始用的H7210 GPRS/DTU逐步升級替換為H7710 GPRS/DTU），及時更新為最新型號，并留足備品配件，及時更換故障零件。

六、結(jié)語

系統(tǒng)2016年6月～2022年6月通信可靠性指標(biāo)，如表2所示。

綜上所述，應(yīng)用雙信道通信后，系統(tǒng)的整體通信可靠性有了大幅提升，平均無故障工作時間MTPF已達(dá)5萬h，數(shù)據(jù)收集與傳輸月平均通暢率近100%，系統(tǒng)維護(hù)成本也較之前有大幅下降。因此，對于地形復(fù)雜、局域住人稀少的山區(qū)，水情自動測報無線數(shù)據(jù)傳輸采用“超短波+GPRS”雙信道通信方式，提高數(shù)據(jù)通信的可靠性，促使系統(tǒng)運行更可靠、經(jīng)濟和省心。

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