水文遙測衛星信道與GPRS信道對比分析

張樂暉

摘要：通過對黃山水文水資源局下屬8個站點衛星信道與GPRS信道在2017年和2018年同時期的數據資料進行對比分析，查找衛星信道在試運行過程中的問題及其成因，結合實際從技術和管理兩方面對改善衛星信道運行質量提出建議。

關鍵詞：水文遙測；數據傳輸；衛星信道；GPRS信道

安徽省水文系統各分中心長期以來只依靠單信道接收遙測數據，一旦信道出現故障，將可能導致多站點遙測數據中斷。為解決這一問題，提高水文遙測數據傳輸的保障率，省水文局與沃特水務科技有限公司合作開發了水文遙測衛星信道數據傳輸系統，并在各市局開展試運行實驗。

2016年起至2017年3月，黃山水文水資源局（以下簡稱黃山局）下屬的8個站點陸續建設了衛星信道數據傳輸系統，至2018年7月，衛星信道已經在這些站點試運行了一年多，為分析衛星信道在這段時間內的運行情況以及其數據傳輸是否達到了預期的使用標準，以同站GPRS信道（多年來運行穩定，傳輸數據穩定可靠）的數據為參照，從雨量數據和水位數據兩方面對比分析衛星信道在2017年4至6月和2018年4至6月間數據傳輸的通暢率和可靠性。

一、站點分布及概況

黃山局共選擇了祁門、新亭、漁梁、月潭、三陽坑（梅溪）（以下簡稱梅溪）、儒村、石門、五城8個水文站或雨量站建設了衛星信道的數據傳輸系統，這些站站點都處于皖南山區，站點所在群山環繞，周邊山峰海拔均高出站點100m以上。

8個站點中儒村、石門、五城三站僅傳輸雨量數據，梅溪站僅傳輸水位數據，其余站點傳輸雨量和水位數據，除月潭站以外，其它站點的衛星信道和GPRS信道的信源均為同一個遠程終端單元（RTU）。

二、數據對比分析

（一）雨量數據統計分析

1.綜合統計

統計了各站點衛星信道和GPRS信道2017年4-6月和2018年4-6月間總雨量差值及時段雨量（1h）的缺失和偏差情況，2017年4-6月衛星信道傳輸的雨量總值較GPRS信道偏小較多，而2018年4-6月間，除月潭站的衛星信道雨量數據傳輸完全中斷，整體上看衛星信道雨量數據的質量較2017年4-6月有了一定的提高，但衛星信道傳輸的雨量仍小于GPRS信道的雨量。

2.數據分析

因無法直接讀取衛星信道雨量原始數據，為進一步探究造成衛星信道雨量數據傳輸缺失和偏差的原因，選取五城站為代表，統計該站兩條信道傳輸的月雨量、次雨量、日雨量、時段（1h）雨量并分析衛星信道數據傳輸的問題，成果如表1～表2。

表1中，按GPRS信道的雨量劃分量級，統計了五城站衛星信道與GPRS信道的日雨量相比量值偏差的日降雨頻次和頻率。表2中，按GPRS信道的雨量劃分量級，統計了五城站衛星信道與GPRS信道的時段（1h）雨量相比量值偏差的日降雨頻次和頻率和不同量級的偏差值及百分比。

按照以上分析方法，對其余站點情況進行分析后，發現各種站點2018年衛星信道的數據傳輸質量確實好于2017年，但是降雨越大，衛星信道的傳輸質量就越差，尤其是在發生暴雨時，衛星信道的雨量數據傳輸基本不能在一場降雨內保持穩定。

另外，仔細分析兩信道時段（1h）雨量的資料，發現衛星信道傳輸數據缺失和偏差表現為量值偏差和傳輸滯后，量值偏差即同時段內衛星信道傳輸的數據與GPRS信道不一致（主要表現為衛星信道的數據偏小）；傳輸滯后即為衛星信道和GPRS信道傳輸的雨量總值一致，但時間相對滯后。而且，2018年的5月18日～21日、6月29日～30日包括五城站在內的7個站點，其衛星信道雨量數據傳輸長時間中斷。

（二）水位數據統計

1.綜合統計

統計了各站點衛星信道和GPRS信道2017年4-6月和2018年4-6月間整點水位的缺失和偏差情況。從表中可以看出，梅溪站和月潭站2017年4-6月衛星信道傳輸的整點水位數量較GPRS信道缺失較多，偏差數據的占比較高，而2018年4-6月的情況大為好轉。其余站點衛星信道水位數據確實情況變化不大，但是數據偏差情況得到了明顯改善。

2.數據分析

為進一步探究造成衛星信道水位數據傳輸缺失和偏差的原因，分別選取情況較好的新亭站和情況較差的為代表，分析對比兩條信道所傳輸數據點繪的過程線。通過對比過程線，2017年4-6月梅溪站衛星信道傳輸的水位過程與做參照的GPRS信道相差很大，而新亭站的則基本一致，2017年4-6月梅溪站和新亭站衛星信道傳輸水位有兩次中斷，分別為5月15日至21日和6月29日至30日，其余時段衛星信道傳輸的水位過程與GPRS信道基本一致。這樣的數據中斷同樣發生在其余3個站點，若剔除這兩段中斷，則2018年4-6月5個站點衛星信道整點水位數據傳輸的準確率超過80%，其中月潭站的準確率超過90%。

三、存在問題及原因探究

對于衛星信道數據傳輸存在問題的原因，由于缺乏準確的實驗數據做支撐，這里結合上述分析對其進行一些探討：

（一）信號源

目前黃山局8個站點除月潭站以外，其它站點的衛星信道與GPRS信道的信號源為同一個遠程數據終端（RTU），故衛星信道的問題應與信號源無關。

（二）天氣因素

衛星信道依賴衛星作為中繼傳輸數據，而黃山局8個站點雨量數據缺失和偏差的現象在暴雨時更為嚴重，而暴雨時天氣狀況較為惡劣，猜測有可能是地形和天氣地因素影響了地面和衛星間地通信，從而導致數據的缺失和偏差。

（三）地形因素

通常認為所在地形對衛星通訊是有一定的影響的，黃山局8個站點基本都處于皖南山區的山間谷地，可能不利于衛星信道保持通暢。

（四）接收終端因素

2018年5月中旬和6月底黃山局所有站點都發生了衛星信道長時間中斷的情況，并且5月中旬的中斷恢復后，期間的累計雨量并未丟失，應當是接受終端發生故障。

四、結論

（一）總體而言，水文遙測衛星信道在黃山局試運行初期運行質量不高，數據傳輸通暢率低，經過一年多的不斷調試，目前衛星信道運行質量已經有了一定的提升，但仍未達到實際應用的標準。

（二）2018年黃山局各站衛星信道傳輸的雨量數據準確率不高，雨強較低時準確率尚好，而暴雨時問題尤為突出，這與建設備用信道的初衷和目標不符，起不到加強暴雨洪水時保障水文信息通暢，未水文預報、防汛抗洪提供支持的作用。

（三）2018年黃山局各站衛星信道傳輸的整點水位數據基本能夠反應水位變化情況，剔除數據長時間中斷的時期，數據到位率達到了8-9成，有一定實用意義。

（四）黃山局各站衛星信道在運行時發生過長達數天的中斷，這是實際投入使用后不能夠出現的情況，必須予以重視。

參考文獻：

[1]韓宇.淺析水文遙測衛星信道運行[J].科技資訊，2017（5）.

[2]王東東.試論如何更好的控制遙測衛星信道運行[J].科技向導，2016（4）.