伊春地區水文自動測報信道的使用與分析

李金楠 孫侃

摘 要：介紹了伊春地區的地理環境，氣候特點，對MOSCAD數據采集和監控系統以及通訊方式做了必要的闡述，主要說明了超短波、GPRS、北斗衛星技術作為信息傳輸主、備信道再伊春市山區的應用情況。實際運行表明，以GPRS為主信道，北斗衛星為備用信道的組網方式是可行的，具有較高的實時性和可靠性。

關鍵詞：水文自動測報系統；信道；GPRS；超短波；衛星

1 MOSCAD系統通信方式的概述

MOSCAD-M系列水文信息采集傳輸系統是由美國摩托羅拉公司生產的，設備的檢驗、檢測都是由美國軍方完成的，具有較高的可靠性。

基于該產品在水情自動測報系統中支持各種通信組網方式，有線組網方式包括PSTN、光纖、專線等，無線組網方式包括超短波、短波、集群通信系統、GSM、、衛星通信等，并支持各種通信方式混合組網和主備信道自動切換。在系統的先進的遠程數據通信協議的支持下，系統能夠支持主、備信道切換，使其能夠根據不同需要配置成遙測站、中繼站、集合轉發站，中心站等。

系統支持各種交直流供電方式，并滿足水文自動測報系統技術規范的低功耗要求，支持休眠喚醒和可編程的供電控制功能。通常水情遙測站多采用獨立式的直流供電系統主要是靠蓄電池供電，太陽能電池板主要給蓄電池補充電量，這樣的話可以使水情遙測終端續航能力大大加強，更可實現無人值守，適于交通不便，供電無保證的偏僻山區。

2 遙測站硬件設備

水文信息采集傳輸系統采用模塊化設計中心站、遙測站、中繼站硬件配置基本相同，并可實現互換，僅需下載不同的應用程序。

水文信息采集傳輸系統遙測終端硬件由以下設備組成：（1）CMOSCAD-M（F4570A）；（2）RADIO（日經886）；（3）DDU（置數器）；（4）太陽能充電控制器；（5）電臺；（6）手機模塊（GMS）；（7）固態繼電器（JGX-52FA030）；（8）開關（C45N 1P 10A）；（9）零流控制器；（10）PSTN（撥號MODEM）。

此系統是一種低功耗的RTU設備，支持現場修改程序，可以通過通信網絡遠距離下載運行程序和判斷系統故障，電臺、GSM手機模塊及北斗衛星完全受到RTU的控制，可以根據需要對其進行加電和掉電，并且可以通過通信端口對其進行通信控制和收發數據操作。

3 數據發送與接收

水情分中心以超短波為傳輸信道的遙測信息接收任務是由中心站FIU承擔的，中心站終端只不過程序與遙測站不同，任務也不相同。中心站終端接收所有遙測站通過超短波信道上報的遙測信息，對其處理后保存在數據庫中。由于超短波通信使用了MDLC無線通信協議，屬于雙向信道，FlU在接收到遙測信息并校驗后，還要發送“確認”碼到遙測站，以通知遙測站接收數據成功。同時， 中心站服務器遙測監控軟件負責把FlU接收到的遙測數據及時下載到服務器數據庫中，這樣就完成了超短波信息的接收。

水情分中心站服務器接收軟件通過服務器接收遙測站發送到移動公司服務器上的遙測數據，GPRS信道在接收到遙測信息并校驗后，同時要回復“確認”碼到遙測站，以告知遙測站信息接收成功。中心站服務器接收信息軟件負責接收上報的遙測數據，數據接收到以后下載到本地數據庫中，對其進行處理，即完成整個遙測信息的接收。

水情分中心服務器接收軟件接收到遙測站發送到北斗衛星小站上的數據，北斗衛星小站在接收遙測站發送的信息以后經過“確認”回復遙測站信息，以告知遙測站信息接收成功。但經過試驗伊春地區的北斗衛星系統回復“確認”信息較差。

4 地形地貌對信道的影響

伊春市地處小興安嶺低山山區，整個地勢西低東高，北低南高，小興安嶺主脈在中部偏北地區經過，整個地區山地結構復雜，區域內的斷裂帶、斷層線、節理、裂隙等構造線都在這發育和展布的，山體平均海拔在1000米以上，山中植被茂密。

超短波通訊方式在伊春地區分布比較廣，在多年的使用過程中由于地形地貌影響，出現通訊差，延遲高，受其他波段影響大，有時造成個別遙測站不間斷發送信息收不到“確認”回值，占用信道資源，并造成蓄電池供電不足。中繼站一般在山的最高點，需架設鐵塔，且山中無路，每次維護都需要工作人員背著設備上山，維護十分困難，超短波遙測站搬遷由于需要架設5米以上的定向天線，還要建設混凝土基礎，費時費力費用高。

GSM手機模塊通信質量高，移動、聯通等公司的中繼站經過這幾年的大力發展以基本覆蓋伊春全市及周邊各林場，伊春所有遙測站基本都可以通過GPRS信道或短信發送信息，而且不受山高等因素的影響，數據接收發送延遲低，實時準確性高。遙測站易搬遷等優點。

北斗衛星通訊范圍廣，不受野外地形限制，數據接收發送及時準確，系統運行比較穩定，但由于北斗系統還未完全建成，有時會出現數據回復“確認”較慢，通訊不暢等現象。

5 三種通信方式的優勢

伊春地區遙測站使用的通信方式有三種：超短波通信電臺、GSM手機模塊、北斗通訊衛星。文章選用M0T0R0LA公司生產的GM950電臺作為本水情自動測報系統的超短波通信電臺。GSM手機模塊選用的是天誠航宇（1206B）型的，衛星選用神州天鴻的YTT-1-01（B）型。GSM手機模塊和衛星通訊都有GPRS Modem的功能，目前可以選用的GPRS Modem有兩種，一種是智能型的GPRS Modem，它本身含有一個處理器，處理與GPRS相關的操作，提供給用戶一個透明的GPRS傳輸通道，用戶可以直接傳輸數據，而不必關心內部復雜的技術操作；另一種是支持標準AT指令的GPRS Modem，它本身不具備智能處理功能，用戶可以使用其提供的豐富的AT命令控制其操作，操作靈活性更大， 功能更豐富。本系統選用智能型的GPRS Modem通信模塊，這種模塊不用進行繁雜的控制操作，直接傳輸數據，穩定性好不易出現問題。

伊春地區每個遙測站都有兩種通信方式，都受系統的FIU控制，進行統一調度，相互配合完成信息的傳輸。信息傳輸優先使用超短波信道，只有當超短波傳輸失敗才啟用GPRS信道，如果超短波傳輸成功，則不啟用備用信道，這兩種信道不能同時使用。相應的衛星信道和GPRS及超短波傳輸組成的雙信道也是一個道理。在中心站，水情數據的接收相應的也就有三種設備：超短波、GPRS信道接收以及衛星接收小站。由于這三種信道都是雙向信道，，并且系統采用了“確認”機制的自報式工作模式，也就是說當中心接收到了一條數據中心計算機同時會給遙測站返回一條確認接收信息，信息到達中心站都是實時的，所以中心站通過這三種信道就可以接收到所有遙測站完整的水情數據，保證了遙測信息的實時性和完整性，以下是伊春地區三種信道使用情況對比，可以很清楚的看出超短波在伊春地區使用過程中的劣勢，并且故障率頻繁。

6 結束語

伊春地區構建的水情自動測報系統，應當優先選用以GMS手機模塊為主信道，以北斗衛星為備用信道水情自動測報系統，兼有了這兩種通信方式的優點，具有信息傳輸實時性好，可靠性高等特點。實際運行表明，以GMS手機模塊為主信道，以北斗衛星為備用信道的組網方式是可行的。

近些年由于伊春地區進行棚戶區改造，很多林場所陸續搬遷到林業局，很多遙測站原址要進行移動，超短波站要重新進行電測，并且搬遷距離不宜很遠，并新建基礎設施投資很大。系統中繼站維護難度過大，中繼站均處于高山上，春季要在系統恢復運行前，首先開通中繼站，春季山上積雪還沒融化，交通條件極差，何時開通受天氣影響。所以伊春地區不建議使用超短波為主信道的遙測雨量站及水文、水位站。

參考文獻

[1]姚永熙.水文儀器與水利水文自動化[M].南京：河海大學出版社，2001.

作者簡介：李金楠（1982-），男，工程師。

孫侃（1983-），男，工程師。