通信技術(shù)在水文測報系統(tǒng)中的應用

王景浩 張向宇

（河北省承德水文水資源勘測局，河北 承德 067000）

水文自動測報系統(tǒng)是利用遙測、通信、計算機和網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)，完成流域或測區(qū)內(nèi)水文、氣象、汛情、工情等參數(shù)的實時采集、傳輸和處理，為工程防洪、興利、優(yōu)化調(diào)度提供服務的自動化系統(tǒng)。

1 常用通信方式

1.1 短波通信

短波是指波長在10～100m，頻率在3～30MHz的無線電波。短波通信包括通過電離層反射的天波傳播模式和沿地面?zhèn)鞑サ牡夭Ｊ?種傳輸模式。其中地波傳播模式中的地波信號隨著傳輸距離增長衰減很快，只適合通信距離短，中間障礙物少的地形。而水情自動測報系統(tǒng)一般位于多山或需要長距離通信的地區(qū)，因此一般選擇天波模式。

采用短波方式的典型系統(tǒng)有甘肅碧口水電廠水情自測報系統(tǒng)和廣西麻石水電廠水情自動測報系統(tǒng)。這2個系統(tǒng)由于流域地形復雜，如果采用超短波則需要建設(shè)多級中繼，投資成本加大，維護困難，因此選擇了短波與超短波混合組網(wǎng)方式。碧口水情自動測報系統(tǒng)規(guī)模為1:8，其中6個遙測站為短波組網(wǎng)。麻石水電廠水情自動測報系統(tǒng)規(guī)模為1:16，其中只有壩上和壩下采用有線方式傳輸信號，其余均為短波方式傳輸信號。

1.2 超短波通信

超短波是指波長在1～10m，頻率30～300 MHz的無線電波。超短波通信方式是在水情自動測報系統(tǒng)中運用最為廣泛的一種通信方式，因為其技術(shù)成熟、故障處理簡單、運行成本低，在對系統(tǒng)進行通信方式選擇時備受重視。

采用超短波方式的典型系統(tǒng)，如新疆伊犁恰甫其海水庫水情自動測報系統(tǒng)，規(guī)模為15:2:2，對六角尖中繼的依賴性很大，六角尖站承擔系統(tǒng)內(nèi)鳳陽山中繼和其他測站的信號轉(zhuǎn)發(fā)功能，如果出現(xiàn)故障，則在中心站將無法收到任何測站數(shù)據(jù)。因此，在這種情況下，必須考慮采用雙中繼、熱備用或冷備用等方式提高系統(tǒng)的可靠性。

目前，全國有90%以上的水情自動測報系統(tǒng)采用超短波方式，這種通信方式在流域面積不大、流域地形較好的地區(qū)是一種比較有優(yōu)勢的組網(wǎng)方式。

1.3 有線通信

目前采用有線通信方式組網(wǎng)的水情自動測報系統(tǒng)，基本上是利用電信部門提供的公用電話網(wǎng)（PSTN）。

采用有線方式的典型的系統(tǒng)如浙江珊溪水利樞紐和三峽水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)，珊溪系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)模為12:3（12個遙測站、3個中心站），系統(tǒng)中心站與測站之間采用星形結(jié)構(gòu)，可使遙測站單獨出現(xiàn)故障時不會影響其他測站通信。3個中心站之間采用鏈接形式，保證所有中心站內(nèi)數(shù)據(jù)的唯一性。三峽水利樞紐水情自動測報共81個遙測站，其中56個遙測站選用PSTN作為系統(tǒng)主要通信方式，實現(xiàn)PSTN/Inmarsat雙信道。平時正常工作采用PSTN方式傳輸數(shù)據(jù)，在PSTN無法傳遞數(shù)據(jù)時，測站自動啟動海事衛(wèi)星（Inmarsat）實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是20世紀90年代后期開始廣泛使用在水情自動測報系統(tǒng)的一種通信方式，頻率范圍在300～300GHz。衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在2個或多個地面站之間進行的通信。目前運用在水情自動測報系統(tǒng)中的衛(wèi)星主要Inmarsat、VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)和我國自行研制的北斗通信衛(wèi)星。衛(wèi)星通信最理想的工作頻率在4/6GHz波段附近，該頻段帶寬較大，工作頻率較高，天線尺寸也較小，有利于成熟的微波中繼通信技術(shù)。

1.4.1 VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)。VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)是20世紀80年代興起的，我國主要是采用亞洲2號通信衛(wèi)星收集水情信息。

在我國使用VSAT通信方式的系統(tǒng)并不多，典型系統(tǒng)如廣西柳州市水情測報系統(tǒng)和西藏尼洋河水情測報系統(tǒng)，其中柳州市水情測報系統(tǒng)為混合組網(wǎng)，系統(tǒng)規(guī)模為2：10：62（2個中心站、5個衛(wèi)星中繼站、5個超短波中繼站、32個衛(wèi)星遙測站、30個超短波遙測站）；西藏尼洋河水情自動測報系統(tǒng)規(guī)模為3：9（3個中心站、9個衛(wèi)星遙測站），中心站采用計算機局域網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)。

1.4.2 海事衛(wèi)星。海事衛(wèi)星（Inmarsat）屬于全球性系統(tǒng)，建設(shè)初期主要服務目的是海事遇難救險。隨著Inmarsat—C投入使用后，水利部門也開始逐步采用該衛(wèi)星提供的服務。Inmarsat—C系統(tǒng)由4顆工作衛(wèi)星和7顆備用衛(wèi)星組成，可靠性非常高。

目前許多已建的或?qū)⒔ǖ南到y(tǒng)基本上采用Inmarsat—C衛(wèi)星。典型的系統(tǒng)如貴州烏江流域水情自動測報系統(tǒng)和吉林云峰水電廠水情自動測報系統(tǒng)，其中貴州烏江流域水情自動測報系統(tǒng)共有49個衛(wèi)星遙測站，4個中心站，中心站之間采用VSAT衛(wèi)星組成局域網(wǎng)。云峰水電廠水情自動測報系統(tǒng)規(guī)模為1：12（1個中心站、12個遙測站）。

1.4.3 北斗衛(wèi)星通信。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是我國自行研制、自主經(jīng)營專為我國服務的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，由2顆工作衛(wèi)星和1顆備用衛(wèi)星組成，屬于區(qū)域性系統(tǒng)，2002年1月開始運行。

利用該衛(wèi)星的典型系統(tǒng)有陜南水利雨量監(jiān)測速報系統(tǒng)和重慶江口水情測報系統(tǒng)。其中陜南水利雨量監(jiān)測速報系統(tǒng)包括67個雨量站、14個中心站，特點是采用并行工作體制，將雨量數(shù)據(jù)同時發(fā)往14個中心站進行處理，減少中間環(huán)節(jié)，充分利用系統(tǒng)資源。重慶江口水情測報系統(tǒng)由17個雨量站、6個水位站和1個中心站組成。

1.5 移動通信

1.5.1 短信息方式（SMS）。短信息業(yè)務是GSM系統(tǒng)為用戶提供的一種使用手機或GSM模塊接收和發(fā)送文本消息的服務。每條短信息最多包含160字母或70個漢字。

使用該方式的典型系統(tǒng)如浙江省防汛水情自動測報系統(tǒng)和江西萬安水電廠水情自動測報系統(tǒng)，其中浙江省水利廳在全省建立上百個基于GMS短消息的水情遙測站，通過GMS網(wǎng)絡(luò)建成全省統(tǒng)一的防汛水情自動測報系統(tǒng)。江西萬安水電廠在條件合適的位置建立GMS短消息遙測站，規(guī)模不大，但是具有一定的參考價值，因為該系統(tǒng)集超短波、衛(wèi)星和GMS短消息為一體進行混合組網(wǎng)，系統(tǒng)規(guī)模較大（1：4：55）。

1.5.2 GPRS方式。GPRS是GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中以分組技術(shù)為基礎(chǔ)的傳輸系統(tǒng)，它能為用戶提供高達160kbit/s的數(shù)據(jù)速率，目前基于GPRS的水情自動測報系統(tǒng)并不多，但是應用前景比較好。

使用該系統(tǒng)的典型系統(tǒng)有廈門市水文自動測報系統(tǒng)和廣州市三防遙測系統(tǒng)。其中廈門市水文自動測報系統(tǒng)由1個中心站、3個水位雨量站、2個水位站、18個雨量站組成，采用自報和中心站召測2種工作方式。廣州市三防遙測系統(tǒng)控制全廣州7435km范圍內(nèi)的水文遙測任務，采用GPRS方式實時傳輸水情信息。

結(jié)語

綜上所述，水情自動測報系統(tǒng)可用的通信方式較多，每一種通信方式各有其優(yōu)缺點，在工程實際運用時，應充分利用各通信方式的優(yōu)勢，揚長避短。同時，可根據(jù)需要設(shè)置短波通信作為關(guān)鍵水文站點的備用應急通信手段。對于中小型系統(tǒng)，可根據(jù)流域特點、地形條件，對上述各種通信方式進行綜合比較后選擇確定。

[1]秦建文.水情自動測報系統(tǒng)自報式工作體制站點容量及數(shù)據(jù)碰撞分析[J].水利水文自動化，2003，（4）.

[2]及燕麗，王友村.現(xiàn)代通信系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.