GSM短信系統(tǒng)在瀾滄江水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐守云+崔光云+張艷華

摘 ?要：本文介紹了目前瀾滄江水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)及通用的幾種通信組網(wǎng)方式及其特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述利用GSM 短消息業(yè)務(wù)來實(shí)現(xiàn)水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)遙測站與中心站之間的數(shù)據(jù)傳輸方案，并詳細(xì)分析了采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)，以及利用GSM 短消息業(yè)務(wù)在瀾滄江流域水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：GSM短消息業(yè)務(wù);水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng);數(shù)據(jù)傳輸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.228

1 前言

水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)是利用遙測、通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)時(shí)收集、處理江河流域水情、雨情信息，并進(jìn)行水情預(yù)報(bào)，以實(shí)現(xiàn)江河流域及水庫安全度汛和電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及水資源合理利用的信息系統(tǒng)。隨著瀾滄江流域水電開發(fā)的不斷推進(jìn)，為確保在建水電工程安全度汛，盡可能避免或減少洪水造成的損失，云南華能瀾滄江水電股份有限公司按照瀾滄江流域水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的總體規(guī)劃，在已建成的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在較短時(shí)間內(nèi)先后完成了主要以GSM短消息業(yè)務(wù)和Inmarsat—C衛(wèi)星通信系統(tǒng)互為備用的施工期水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)工作，并通過了近幾年的運(yùn)行。該系統(tǒng)的建成也為下一步建設(shè)流域水情測報(bào)系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。采用GSM 短消息業(yè)務(wù)作為通信組網(wǎng)方式，除了基于水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)量小、通信網(wǎng)絡(luò)的分布地域比較廣、測站通信條件比較惡劣等因素外，主要還考慮到目前用于水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)通信組網(wǎng)的方式的不足。

2 瀾滄江水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

漫灣水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)于1993年12月開始設(shè)計(jì)、施工，1994年4月全部竣工，同年6月設(shè)備安裝調(diào)試完畢，投入試運(yùn)行。 “系統(tǒng)”建于瀾滄江中游舊州、云龍、田口至漫灣壩址之間，區(qū)間內(nèi)較大的支流有漾濞江、沘江、永平河、漕澗河、公郎河，控制流域面積8995Km2。“系統(tǒng)”規(guī)模為1：7：23，即1個(gè)中心站、7個(gè)中繼站、23個(gè)遙測站，遙測站自動(dòng)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)給中心站;中繼站以再生方式轉(zhuǎn)發(fā)遙測站上報(bào)數(shù)據(jù);中心站以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合中心站數(shù)據(jù)處理程序，實(shí)現(xiàn)水情信息信號(hào)的解碼、收集、分類、存儲(chǔ)，并自動(dòng)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)、做出調(diào)度方案。中心站硬件方面主要由兩臺(tái)服務(wù)器（WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）、6臺(tái)作業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成水情系統(tǒng)局域網(wǎng)。軟件程序結(jié)構(gòu)以C/S和B/S結(jié)合，數(shù)據(jù)的處理采用C/S結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的分發(fā)報(bào)送采用B/S結(jié)構(gòu)。

瀾滄江水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)在在原基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建，主要內(nèi)容如下：

對(duì)原漫灣中心站軟硬件進(jìn)行增強(qiáng);新建小灣、糯扎渡、景洪分中心站;

為了控制上游來水、增加預(yù)見期、及時(shí)監(jiān)測小灣壩址水位變化情況，在漫灣上游增加溜筒江、白濟(jì)汛、小灣三個(gè)雨量水位站，改造舊州、云龍站;為了控制區(qū)間來水，及時(shí)掌握景洪壩址水位變化情況，在大朝山至景洪區(qū)間增加大朝山、江橋、糯扎渡、糯扎渡上圍堰、糯扎渡下圍堰、糯扎渡P斷面、小黑江、景谷、芒打、景洪圍堰上游、景洪圍堰下游、心灘料場、允景洪13個(gè)雨量水位站，大山、德化、熱水塘、那瀾、勐康、邦丙、上允、富邦、民樂、永平益智、正興、半坡、云仙、震東14個(gè)雨量站。

3 遙測站數(shù)據(jù)采用GSM短信息傳輸?shù)目尚行院捅匾?/p>

3.1 幾種常用通信信道比較

3.1.1 VHF（特高頻）信道

VHF信道是水情系統(tǒng)最早采用的信道。國家無線電管理委員會(huì)分配的水情系統(tǒng)專用頻點(diǎn)是230MHz頻段中的8個(gè)頻點(diǎn)。VHF信道因其造價(jià)低、傳輸時(shí)延小、終端設(shè)備功耗低、總體可靠性高，在一級(jí)中繼或無中繼的情況下仍是水情系統(tǒng)的最優(yōu)信道。

VHF信道的缺點(diǎn)是易受干擾、信道上的障礙物仍有可能對(duì)信號(hào)強(qiáng)度造成很大的衰減，在山區(qū)有的站要建一級(jí)或多級(jí)中繼站才能保證信息的可靠傳輸。瀾滄江水情測報(bào)系統(tǒng)最初建立時(shí)就采用該通信方式，由于多數(shù)遙測站經(jīng)過兩級(jí)中繼，中繼站的電源供給和防雷成為系統(tǒng)維護(hù)的難點(diǎn)并影響系統(tǒng)的可靠性。需申請(qǐng)專用頻點(diǎn)，交納頻率使用費(fèi)。

3.1.2 Inmarsat-C衛(wèi)星信道

該信道不需單獨(dú)建立地面中繼站，直接利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣。其終端設(shè)備適應(yīng)溫度范圍寬、安裝方便等優(yōu)勢。因此，2000年在進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)選用了該信道。不需申請(qǐng)專用頻點(diǎn)，交納數(shù)據(jù)通信費(fèi)。

3.1.3 Globlestar（全球星）信道

該衛(wèi)星目前覆蓋范圍有限，未得到廣泛應(yīng)用。不需申請(qǐng)專用頻點(diǎn)，交納數(shù)據(jù)通信費(fèi)。

3.1.4 Vsat衛(wèi)星信道

終端設(shè)備及天線體積大，不宜野外遙測站安裝，設(shè)備功耗大。設(shè)備費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用高，僅適合作為分中心站至中心站間的干線數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)分中心與烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司中心的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)采用了該信道。不需申請(qǐng)專用頻點(diǎn)，采用包月費(fèi)用。

3.1.5 GSM信道

GSM（Global System for Mobile Communication）是亞洲、歐洲使用最廣泛的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。具有保密性高、系統(tǒng)容量大、覆蓋面廣、可靠性高、實(shí)時(shí)性好、運(yùn)行費(fèi)用低，也是目前國內(nèi)覆蓋范圍最好的無線通信網(wǎng)，移動(dòng)模塊功耗較小，是繼VHF之后的最優(yōu)信道。

GSM短信息（SMS）是GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種，工作在點(diǎn)與點(diǎn)通信狀態(tài)的異步通信方式下，不需建立端到端通道。每條短信息可傳160或140個(gè)字節(jié)（傳送160個(gè)7比特編碼數(shù)據(jù)或140個(gè)8比特編碼數(shù)據(jù)，或70個(gè)UNICODE碼），GSM短信收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是0.1元/條，收費(fèi)低廉。若依托于該通訊系統(tǒng)建立專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)，無需架設(shè)費(fèi)用昂貴的通信平臺(tái)，無需申請(qǐng)專用頻率，按數(shù)據(jù)傳輸量記費(fèi)。

綜合上述通信的特點(diǎn)，其在遙測站中使用比較如表1。

3.2 遙測站及GSM通信狀況

瀾滄江系統(tǒng)采用230MHz超短波、GSM移動(dòng)通信和Inmarsat-C衛(wèi)星通信混合方式進(jìn)行組網(wǎng)，根據(jù)各站的不同情況具體選擇如下：endprint

漫灣水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)遙測站采用230MHz超短波通信，共有6個(gè)頻點(diǎn)，工作方式為自報(bào)式工作，傳感器感應(yīng)量為：雨量1mm，水位1cm，當(dāng)水位或雨量變幅達(dá)到傳感器設(shè)定閥值，將信號(hào)發(fā)往中心站。另外，主要水文站采用4MHz短波電臺(tái)作人工報(bào)汛，用作校核遙測資料。雨量站采集雨量數(shù)據(jù)，水文站采集雨量和水位數(shù)據(jù)。

新增雨量站均采用GSM通信方式，若原站址處無GSM信號(hào)覆蓋，則對(duì)站址進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

大朝山、景洪圍堰上游、景洪圍堰下游、心灘料場4個(gè)雨量水位站采用GSM通信方式。

芒打、小黑江2個(gè)雨量水位測站處無GSM信號(hào)覆蓋，故采用Inmarsat-C衛(wèi)星通信方式。

溜筒江、白汲汛、舊州、云龍、小灣、江橋、糯扎渡、景谷、允景洪9個(gè)雨量水位站屬工程的關(guān)鍵控制站，各站址處有GSM信號(hào)覆蓋，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕@些站點(diǎn)采用GSM/Inmarsat-C雙信道冗余通信方式，即以GSM為主信道，Inmarsat-C為備用信道，主信道和備信道之間自動(dòng)切換。

漫灣中心站用GSM和Inmarsat-C兩種通信方式接收各遙測站的水文數(shù)據(jù)。

漫灣中心站與小灣、景洪分中心的數(shù)據(jù)交換采用GSM通信方式。

3.3 運(yùn)行費(fèi)用分析

按照南京南瑞集團(tuán)水情水調(diào)及環(huán)境監(jiān)測分公司現(xiàn)在研制的ACS-300數(shù)據(jù)采集處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)電壓需8個(gè)字節(jié)、雨量需12個(gè)字節(jié)、水位需12個(gè)字節(jié)。而Inmarsat—C衛(wèi)星運(yùn)營商提供最大32個(gè)字節(jié)傳輸空間，因此，必須將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送。按Inmarsat—C衛(wèi)星運(yùn)營商現(xiàn)行的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，是每包人民幣1.40元左右，即每發(fā)送1次電壓、水位和雨量數(shù)據(jù)需人民幣1.40元左右。

GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的每條短信息最多可傳160字節(jié)，相當(dāng)于Inmarsat—C衛(wèi)星 運(yùn)營商提供32個(gè)字節(jié)傳輸空間的5倍，而價(jià)格僅人民幣0.10元。

由此可看出，若分別采用Inmarsat—C和GSM短信息發(fā)送160字節(jié)數(shù)據(jù)，Inmarsat—C需分5次傳送，衛(wèi)星運(yùn)營收費(fèi)約人民幣7.00元，而GSM服務(wù)僅收費(fèi)人民幣0.10元。

3.4 GSM 短消息業(yè)務(wù)用于水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的必要性

（1）短信技術(shù)的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)具有快速穩(wěn)定且費(fèi)用低廉，傳輸效率高，客觀條件的限制低等特點(diǎn);

（2）設(shè)計(jì)符合結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)可適合各種應(yīng)用要求，便于系統(tǒng)升級(jí)改造;

（3）信息采集終端可在短短幾秒鐘內(nèi)做出反應(yīng)，大大提高了系統(tǒng)的即時(shí)反應(yīng)速度，符合防汛指揮的要求;

（4）以微處理器為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程終端通信設(shè)備RTU，具有大量存貯能力，能根據(jù)本地和遠(yuǎn)程設(shè)備的狀態(tài)條件和數(shù)值作出本地的控制決策，又可通過相應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遙測遙控功能，同時(shí)在信息采集時(shí)有多種方式選擇，還可向工作人員手機(jī)發(fā)出信息進(jìn)行報(bào)警;

（5）系統(tǒng)采用中國移動(dòng)已鋪設(shè)好的GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，大大節(jié)約了建立水利專用通信網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用;目前中國移動(dòng)的GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍很寬，只要有中國移動(dòng)手機(jī)信號(hào)的地方均可采用該系統(tǒng)。

4 采用GSM 短信方式實(shí)現(xiàn)水情信息采集、傳輸基本原理

遙測站主要由傳感器（雨量計(jì)、水位計(jì)）、數(shù)據(jù)采集器、電源組成。由數(shù)據(jù)采集器采集雨量、水位等水情信息，通過GSM模塊（型號(hào)為SIEMENS TC35）向中心站發(fā)送包含這些水情信息的短消息。中心站由工作站（前置機(jī)）控制接收，GSM 模塊收到的遙測站的水情數(shù)據(jù)，再由中心站的相關(guān)設(shè)備或軟件進(jìn)行處理，可實(shí)施網(wǎng)上水文信息發(fā)布，或上傳調(diào)度中心或各水情分中心站，為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，應(yīng)用軟件為中國水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化所水情室開發(fā)設(shè)計(jì)，全中文操作界面，具有操作直觀、方便、靈活的特點(diǎn)，有較好的通用性、適用性和擴(kuò)展功能。由于GSM 系統(tǒng)集中了現(xiàn)代信源編碼技術(shù)、信道編碼、交織、均衡技術(shù)、數(shù)字調(diào)制技術(shù)、話音編碼技術(shù)以及慢調(diào)頻技術(shù)等眾多先進(jìn)而且成熟的技術(shù)，同時(shí)在系統(tǒng)中引入了大量計(jì)算機(jī)控制和管理，因而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、安全性和可靠性。

5 結(jié)束語

綜上所述，以GSM通信系統(tǒng)的短消息傳輸遙測站與中心站之間的水文測量數(shù)據(jù)，無論在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性、可靠性，還是在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本上都比現(xiàn)有的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的通信系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢，因而具有很廣泛的應(yīng)用價(jià)值。GSM短信通信技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用將愈來愈廣泛，將帶動(dòng)水利事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

作者簡介：徐守云（1973-），女，云南大理人，工程師，研究方向：電力水庫調(diào)度。endprint