北斗衛星通信技術在水情自動測報系統的運用

崔金鵬

摘 要：北斗衛星通信技術具有通信速度塊，同時能夠支持并發處理，可靠性高等諸多優勢，同時再加上其簡單維護等諸多特點，非常合適水情方面的預報應用。文章分析了北斗衛星通信技術的主要特點，以及北斗衛星通信技術在具體水情自動測報系統中的設計和運用。

關鍵詞：北斗衛星通信技術；監測中心；水情自動測報系統

引言

由于GSM網絡的覆蓋相對比較廣泛，所以在水情信息的采集方面，大部分都是基于GSM網絡作為測試站點和監測中心溝通的主要方式。不過由于我國幅員遼闊，GSM網絡或者GPRS定位系統本身還存在著很多盲點，特別是在水文監測點附近的網絡覆蓋則不夠完善，這樣測試站點和監測中心的通信就難以實現，水情自動測報系統就不能夠實現信息的貢獻和數據的傳輸。對然而我國自主研發的北斗衛星通信技術正好填補了這個空白，能夠對于GSM網絡覆蓋不到位的地方，可以使用基于北斗衛星通信技術為核心的水情自動測試系統來進行水情監測，有效的提升了監測效果和預報的準確性。

1 北斗衛星通信技術在水情自動測報系統中的運用分析

1.1 北斗衛星通信系統的主要特點

北斗衛星通信系統的主要特點體現在抗雨水能力強，具備高可靠性和低功耗且簡單維護的特點，再加上是由我國自主獨立研發，因此在信息的保密性和安全性方面都更有保障。另外其多元化的不同制式能夠實現和水情測報系統的無縫集成。特別是水情自動測報系統更加注重短通信的數據傳輸，而這一點正是北斗衛星通信系統所特有的優勢。這個系統的工作頻段主要有L/S/C，其頻段范圍較寬，所以在信息傳輸方面擁有其獨特的優勢。

1.2 北斗衛星技術下的水情自動測報站的主要構成

北京市的北斗衛星技術下的水情測報站的主要構成包括了四個方面。第一是北斗通信模塊。主要選擇的是用戶終端。該北斗衛星的用戶終端主要有天線設備和主機設備兩種，而且這兩種設備的終端體積也相對較小，且操作比較簡單，安裝維護工作也非常容易。其主要信號的傳送機制是通過瞬間突發的模式，這樣也能夠有效的降低用戶終端的功耗。而且也能夠支持環境惡劣的野外水情測報。

第二是測試中心的終端機。測試中心一般遠離監測中心，所以需要通過遙測的方式來實現。這種終端機能夠和不同的傳感器進行連接，并支持不同的數據通信模式。北京的水文測試中心的遙測終端就支持北斗衛星通信，同時也支持了GSM通信和GPRS通信等。并能夠根據信號的變化自動切換，從而保障遙測數據能夠及時的反饋到監測中心。

第三就是前端的傳感器。這些傳感器主要有涉及到測報水情的相關數據需求，包括了水位傳感器和雨量傳感器以及水質、水位等傳感器等。

第四就是電源。電源主要選擇的是密封的蓄電池，并能夠通過太陽能板進行充電，這樣能夠具有一定的環保性。另外這些電池還具有自動啟動和切斷的裝置，只有在發送數據的時候才會啟動，從而提升蓄電池使用壽命，并節省用電。

1.3 北斗衛星通信鏈路分析

北京市某地北斗衛星的通信鏈路構成主要包括了北斗衛星以及網管中心。這個鏈路的功能就是對水情測報站的數據進行備份以及進行查詢和下載。

1.4 北斗衛星的監測中心

北斗衛星的監測中心自然是這個水情測報系統的核心，主要有由衛星指揮型終端以及數據接收端和數據庫等構成。這個監測中心是所有數據的交匯點。同時也是控制中心。

第一是衛星接收終端。主要具備兼收功能和通播功能以及全信道鎖定以及大數據處理功能。同時還包括了內置的電池。

第二就是接收數據服務器。這是專門集中管理數據的重要設備。具備兩個信道來進行接收。其中第一個信道主要是連接互聯網，通過互聯網來進行數據接收。第二個信道則是通過衛星系統。在北京某地的水情測報系統，這個信道就是和北斗衛星通信系統進行實時的數據接收。這個數據也能夠通過RS232串口來接收。

第三就是水情數據庫。當數據接收服務器接收到各種途徑獲得數據之后，就會對這些數據進行解碼和分析，然后將水情數據錄入到水情數據庫中，從而為各種水情的應用提供服務。

第四是數據應用服務器。這個服務器主要是對水情數據進行處理和存儲以及統計報表等。另外監測中心能夠將指令或者某一個執行動作信息發到各地的遙測站點，或者指定某個遙測站點進行發送。

1.5 北斗衛星自動測報的軟件設計

北斗衛星自動測報的系統軟件主要包括兩個部分。其一是控制測站的軟件。在北京的水情自動測報系統中，主要是有北斗衛星監控中心以及遙測站點形成一對多的傳輸關系。遙測站將感應信息通過衛星傳輸到監控中心，然后監控中心反饋收到信息。而這些遙測站點會根據相應的反饋信息進行相應的處理，或者轉入休眠，抑或是重新要求遙測站點進行收集數據。其二就是軟件系統的處理。這是系統軟件的關鍵部分，能夠對遙測站點傳輸的數據進行多元化的處理，從而為相應的使用人員提供多種的水情服務，有助于提升當地的水情觀測水平。根據北斗衛星通信系統技術開發的軟件其數據流程如圖1所示。

圖1 軟件數據流程圖

1.6 通信機制的設計應用

北京的水情自動測報系統的通信機制設計的關鍵在于解決了通信頻度控制問題以及信息格式的設計問題兩種。其一是通信頻度的控制策略?；诒倍沸l星通信系統的收費標準要比移動的GSM以及全球衛星定位系統的GPRS的費用都要高出不少，根據北京市場大概要高出5倍多。因此在發送信息策略上和普通的移動遙測站的數據傳輸策略要盡心差異化。只有在出現明顯差異的水情數據時，才會性發送。根據北京的通信費用，每次傳輸為0.5元。因此北京的遙測站點設置傳輸策略為每小時傳輸一次。如果沒有發生變化，如沒有下雨，每天在早晨8點發送一次平安數據報。這樣就能有效的降低信息的傳輸次數，節省了傳輸費用。

其二就是在信息格式設置上，北斗衛星通信系統可以設置的短字節有43字節數和70字節數以及98字節數三種，字節數越大，那么單次的傳輸內容就越多，因此費用也就越高。由于水情數據相對較為復雜，而且為了提升數據的準確性，在北京的水情自動測報系統上，就采用了98字節數進行傳輸，所以每次的傳輸價格在1元。

2 結束語

北京目前已經有19個北斗衛星水情站點在應用，這19個站點的傳輸數據的策略：下雨時期，每隔15分鐘傳輸一次數據，在天氣良好的時候，則每天早上傳輸一次，如果在陰天或者是多元天氣，就會調整為每隔1小時傳輸一次。經過長期的觀測，數據傳輸的暢通率達到了97.99%。從實際的使用情況來看，這個比例的數據已經能夠滿足正常的數據分析需求。而且采用的數據格式選擇了98字節，傳輸的數據內容包括了水位、天氣以及雨量和水質等信息內容，有效的對北京地區的水情情況實現了即時動態的檢測，從應用的角度上取得了成功。

參考文獻

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