水利衛星通信系統在水情遙測中的應用分析

黃 涵 ，蔡松波

（1.寧波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 寧波 315000；2.浙江瑞林信息科技有限公司，浙江 寧波 315000）

1 問題的提出

我國部分偏遠地區公網覆蓋率低，水文數據通信屬于薄弱環節，不利于防汛減災工作的開展。水利衛星通信系統基于數據時代先進技術而建立，應用于水情遙測中，能擴大公網通信范圍，解決偏遠地區通信問題，有助于拓展水文數據采集范圍，從而在控制水文通信平臺建設成本的基礎上提升水情遙測工作效率，確保該地區水文信息資源利用的可靠性[1]。

2 水利衛星通信系統在水情遙測中的應用

2.1 水利衛星通信系統功能

水利衛星通信系統主要包括衛星轉發器和衛星通信地球站，其中衛星通信地球站又分為衛星主站、衛星小站2類。水利衛星通信系統見圖1。

圖1 水利衛星通信系統圖

水利衛星通信系統運行時，水情遙測的工作主要包括監測水體流量、降雨量、水位編號，實時傳輸水文信息數據及水文視頻圖像，解決各類突發性問題。水利衛星通信系統結構設計中，其水情信息采集站會利用自動化監測終端，與地面互聯網平臺建立連接，系統內衛星鏈路將采集的信息發送到各衛星站點，實現水文自動測報終端和信道的切換。在此期間，系統可利用短報文協議、采集站IP傳輸水文數據，地面水文遙測終端獲取信息，對應處理水文遙測業務。同時，水利衛星通信系統利用自動化技術、北斗衛星通信模式，使系統與互聯網終端建立連接，增強偏遠地區水文信息通訊能力，在水情遙測中具有在線接收水文數據、處理應急視頻通信業務、自動測報水文條件等功能，對提升偏遠地區水情遙測工作效率意義重大。

2.2 應用價值

水利衛星通信系統在建設時，其數據通信模式為“北斗衛星”，系統地形適應能力較強、通信信道穩定、整體數據傳輸效率質量高，可滿足水情遙測工作的多元化需求[2]。某地區所設計的北斗衛星通信系統，能有效處理該地區傳統衛星測報系統的不足，自動適應水雨情測報要求，并發處理多個移動終端的通信業務，且系統結構體系中的硬件設施具有低功耗、高可靠性、易于維護、抗雨衰等特點。相關人員可在該系統的支撐下，適應區域內水文信息大容量傳輸的要求，高效率完成水情遙測工作。并且在滿足水文遙測數據傳輸基礎上，通過靈活控制系統L/S/C工作頻段，控制系統設備能耗、噪音，優化系統功能模塊，為偏遠地區防洪決策、水文測報方案的制定提供有效數據支撐[3]。除去北斗衛星通信系統外，水情遙測領域中常用的水利通信系統為GPS水利通信系統，該系統所用的信號為雙頻信號，北斗衛星系統則為三頻信號，二者報文服務差異明顯，北斗衛星可在處理緊急事務時同時顯示被測、測試點的位置。另外，GPS所用的衛星數量為21顆工作衛星，3顆備用星；北斗衛星通信的衛星數量為32顆，所用衛星為地球靜止軌道、同步軌道衛星。

2.3 具體應用

2.3.1 建立水文數據傳輸通道

水利衛星通信系統在實際應用中，可在北斗衛星網管、北斗衛星通信模式的作用下形成完整的水文數據傳輸通道。該通道在系統采集水情遙測數據后自動備份，使水文自動測報終端、衛星小站下載該數據，建立水文數據應用、數據接收、水情數據監測等數據庫，形成可實時監測偏遠地區水文數據的控制中心。傳輸水文數據時，在北斗衛星數據接收端口解壓、分析處理水文數據庫，利用TCP/IP、PING、ARP、SMTP等通信協議，與公網建立連接，并將水情數據傳輸至地面水情遙測中心，使相關工作人員按照所傳輸的水文數據，執行對應的應急任務[4]。

2.3.2 設計水情遙測信息資源庫

水利衛星通信系統的核心功能在于采集水文數據。在水情遙測工作中，該系統可在網狀混合組網結構的支撐下，采集水文數據、分類處理水情信息，同時在“星型+網狀”混合組網結構中，使系統具有發送水文遙測應急視頻、圖像的功能。且系統可同步應用2個及以上的射頻，裝設網管設備，使水情遙測業務能夠在系統管理中統一進行。與此同時，水利衛星系統網管設備運行中，可產生出境載波，相關人員根據C波段、Ku波段中射頻的區分，使衛星小站聯網后自動連接水文數據通信信道，接收、回傳水文信息。水文遙測工作人員集中分析水情實測情況，其采集、傳輸水文圖像、視頻、數據資源的基本流程如下：

首先，利用北斗衛星小站的智能傳感器，實時獲取水位模擬量、降雨量，將所采集的數據傳輸至水文遙測儀器內。該儀器在轉換、解碼水位信號后將其轉變為標準數據格式進行存儲。

其次，系統自動設置發送門限，水文遙測儀器在數據解析完畢后，自動開啟衛星小站電源，評估站內數據傳輸狀態[5]。若衛星站滿足圖像視頻數據傳輸要求，則可通過北斗衛星通信鏈路呼叫地面水情遙測中心站，與其建立水文數據通信通道。同時將數據包傳輸至中心站遙測終端，確認中心站接收水文數據后將鏈路拆除。

最后，水情遙測中心站遠程采集水文信息數據后，將其存儲在系統對應數據庫內，并按照偏遠地區水情遙測工作要求，調用對應的數據資源。某地區在應用水利衛星通信系統時，因遙測點均處于偏遠區域，所以在綜合測試后建立北斗衛星通信系統，將衛星地面中心站作為水情遙測的主要通信信道。系統運行期間，該區域的水情遙測數據可自動采集、傳輸，在洪水、大風等環境中系統均能夠可靠工作，穩定傳輸水文視頻圖像數據，確保水文遙測中數據資源采集的完整性。

2.3.3 總結水情遙測工作需求

偏遠地區在開展水情遙測工作時，需要應用水利通信技術，建立具有多元化功能的水利衛星通信系統，從而滿足水情遙測基本要求。其一，水利衛星通信系統在具體應用時，可提高水文數據通信網絡的覆蓋率，實現水文數據、圖像視頻資源的規模化采集和傳輸。同時可弱化雨衰對傳統水文數據傳輸通信機制的影響，靈活運用C波段、Ku波段網絡結構設計模式，擴大通信鏈路容量[6]。甚至可在水情遙測過程中，主動重發數據，適應自編碼通信信道的數據傳輸規律。其二，該系統具有功能多元化特點，可解決水情遙測中的多種問題。比如北斗衛星通信系統可自由采集視頻、語音、圖片數據，且在和終端網絡互聯后，連續調控網絡64~4 Mbps帶寬，建立標準化水利衛星小站，處理偏遠地區水文數據傳輸問題。其三，水利衛星通信系統可通過布設衛星小站，利用視頻通信帶寬，為水文數據實時傳輸、應急通信提供技術保障。其四，為保障水情遙測工作效率，在確立DVB-S2通信模式后，改變衛星頻譜，增強衛星小站數據傳輸功能，提升系統內水文數據資源的可用度。其五，水利衛星通信系統網絡層設計時，相關人員可在TCP/IP協議的作用下，拓展水情遙測專網覆蓋范圍，使其與地面其他網絡平臺互聯互通。

2.3.4 建立防汛通信機制

水利衛星通信系統在水情遙測工作中的應用，同樣體現在防汛通信機制中。該系統可在處理水文視頻圖像的前提下，為偏遠地區建立水情報訊傳輸通道，并聯水情遙測中心、水文報訊站點，提升水利衛星系統維護能力[7]。讓各級報汛站與北斗衛星通信系統進行VOIP電話、視頻互動，加強該地區各水文遙測點的業務聯系，保障區域內水文防汛安全，進一步強化偏遠地區水庫資源調用、水文數據監測力度。某地區在水文汛期風險防控作業中，采集水情遙測信息時，應用水利衛星通信系統，獲取水情遙測衛星小站、公網信道內的水文數據，及時處理該時期常規水利通信通道異常報訊問題，凸顯水利衛星通信系統應用價值。

不僅如此，基于水利通信技術的衛星通信系統，其受地形條件、外部環境的約束較小，數據通信信道較為穩定，可在地理位置偏遠、面積大、公網覆蓋率低的地方建立系統化防汛通信機制，設置更為可靠的水文報訊測站。相關人員在系統運行中開展水情遙測工作時，可強化水情遙測通訊站數據通信保障、運行維護能力，智能解決雨水、水文數據測報問題，遠程監控重點河段、湖泊、水庫的水文情況。

比如在水利衛星通信系統功能設計中，增設防汛通信、系統智能維護功能，可提升偏遠地區雨水數據采集量，并且在暴雨災害、洪澇災害風險產生后，利用北斗衛星通信優勢，預防因自然環境造成的數據傳輸中斷問題。同時可在水文遙測過程中，實時傳輸視頻、圖片等各類遙測數據，確保遙測站內水文數據的完整性，從而在防汛通信機制運行中，為相關部門提供更為詳細、準確的水情數據信息，確保該部門防汛決策的科學性、有效性，減少水文災害損失，防控水情遙測數據傳輸中的通信風險。在此基礎上，技術人員可根據偏遠地區衛星小站分布特點，優化衛星小站通信設置，繼而利用更為合理衛星小站通信結構，預防信號衰減、控制系統故障通信反饋線長度，增強偏遠地區水利通信維護功能。通過將ISite軟件安裝至偏遠地區衛星小站主控中心，借助終端計算機提升系統運維便捷性。在軟件支撐下，技術人員可采用高階維護技術，自動測試衛星小站運行狀態、檢查衛星小站射頻情況，且根據衛星小站單載波工作模式、發射功率、信號強度等參數，遠程維護偏遠地區衛星小站，確保水利衛星遙測系統運行的可靠性。

3 結 語

在水情遙測工作開展中，為強化偏遠地區防汛減災能力，推進水文監測中的信息化建設，相關人員根據水情遙測特點，開發應用水利衛星通信系統，有效傳輸水文數據，解決偏遠地區水情遙測中水文數據、視頻圖像傳輸問題，優化該地區的水文通信信道。同時在北斗衛星通行模式的滲透中，高效利用系統內水文數據資源，建立更為完善的防汛通信機制。