茨淮新河灌區通信網絡系統建設探討

馬 倩

一、現狀和需求分析

茨淮新河是二十世紀七十年代興建的一條大型人工河道，屬于治淮戰略性骨干工程。該工程橫跨阜陽市、蒙城市、淮南市、蚌埠市等四市七縣。茨淮新河灌區是安徽省皖北地區最大的灌區，在茨淮新河灌區當前的水利發展任務中，大力開展水利信息化和現代化建設，已成為一項重要而緊迫的戰略任務。

為滿足傳輸灌區內工程日常信息的要求，需將工程區域內的網絡節點通過網絡連接起來，互聯互通。其中，主要的網絡節點包括茨淮新河工程管理局、闞疃樞紐、上橋樞紐、插花樞紐、鳳臺永幸河灌區管理處、茨河鋪樞紐和需要監控的二級抽水站和引水涵閘等現地站點。

二、通信網絡建設要求

（一）安全性需求

計算機網絡服務于通信網絡系統，對于網絡的安全性要求較高。網絡一旦遭到病毒或其他形式的攻擊，導致系統不能正常工作，將直接影響各級信息中心和泵、閘站的正常工作。

（二）可靠性需求

系統本身需要極高的可靠性，應盡量減少因為通信線路、通信設備的影響而導致的系統中斷，尤其是在洪澇災害的關鍵時刻，不能因為系統的問題影響對工程的監控。

（三）經濟性需求

網絡設計應在滿足安全可靠的前提下，盡量節省建設和維護成本。

三、通信帶寬分析

傳輸通道的帶寬是通信系統有效性的重要指標。通信網絡的建設必須基于對傳輸帶寬的合理分析和預測，在滿足當前數據傳輸需求的同時，又要盡可能減少未使用的帶寬資源和投資的浪費。

（一）監測信息量的帶寬估算

主要是水位、雨量、水量、泵閘站工情等監測數據信息，帶寬估算約為128kb/s。

（二）視頻信息量的帶寬估算

主要是各視頻采集點的圖像數據和控制數據。

視頻數據采用H.265 編碼格式（1080P），單路視頻及控制帶寬估算約為2Mbps。按照每個現地節點同時上傳1 路視頻信號的標準進行計算，帶寬約為2Mbps。

根據上述的業務數據量估算，數據峰值約為2.128Mbps，若考慮各種業務之間的集中系數（即各應用系統不會同時出現峰值帶寬的占用），以及水雨情采集點、視頻采集點的陸續增加，各現地站的帶寬需求不低于20M。

4G 無線傳輸節點，需要瀏覽時才打開視頻回傳上載，一般每小時1.2G 以內，平均每天累積訪問5小時，每月按200G 計算。

（三）視頻會商帶寬估算

視頻會商傳輸1 路1080p 視頻圖像和音頻數據，帶寬占用4Mbps。

四、通信網絡建設方案

（一）網絡節點設置

根據茨淮新河灌區目前的感知網絡建設內容以及網絡現狀，網絡通信系統設置包含以下節點：安徽省水利廳、上橋樞紐、茨淮新河工程管理局以及局蚌埠基地、闞疃樞紐、插花樞紐、茨河鋪樞紐、鳳臺永幸河灌區管理處、二級灌排泵站。通過租用公網專線、無線網絡作為灌區網絡系統主要建設方式，茨淮新河管理局范圍內使用自建光纜。

（二）網絡劃分

由于通信網絡系統主要涉及計算機監控數據、量測水數據、視頻數據、灌區業務管理數據，從功能和安全性上考慮分為三個網絡。

一是工業監控網絡。主要包含實時自動化監控數據，主要覆蓋節點包含上橋樞紐上橋抽水站和上橋節制閘。

二是業務專網。主要包括瀏覽計算機監控數據、量測水數據、視頻數據、灌區業務管理數據。覆蓋節點包含省水利廳大數據中心、茨淮新河工程管理局、蚌埠基地、沿茨泵站和鳳臺永幸河灌區管理處。

三是互聯網。主要包括灌區業務數據、灌區基本工程信息的瀏覽。覆蓋節點包含茨淮新河工程管理局。

（三）網絡結構

采取核心層+匯聚層+接入層三層結構進行網絡的建設。網絡結構圖見圖1。

圖1 網絡結構圖

第一層核心層：省水利廳、管理局是數據的核心使用層。共2 個核心層節點。

第二層匯聚層：主要樞紐工程是數據的匯集層；茨河鋪樞紐、插花樞紐、闞疃樞紐、鳳臺永幸河灌區管理處、上橋抽水站、上橋節制閘、蚌埠基地等接入層節點共7 個匯聚層節點。

第三層接入層：主要為現地站點、二級灌排泵站和引水涵閘，是數據的直接接入點，包含工情、水情、水量、視頻監測現地站點。

五、通信網絡互聯方案

（一）專網互聯方案

網絡系統由工業監控網、業務專網組成，網絡相互獨立建設，但網絡之間還有必要的數據溝通。

現地監控網與業務網之間通過工業物理隔離裝置實現互聯，如圖2所示。

圖2 監控網與業務網連接圖

（二）與互聯網接入方式

在管理局和蚌埠基地設立互聯網接口，為管理局提供100M/50M 互聯網訪問通道。

六、結語

灌區通信網絡系統建設的目的就是要實現灌區內水利工程的網絡鏈接和信息互聯互通。以茨淮新河灌區現有通信網絡為基礎，利用光纖、4G、有線專線等通信技術，初步建成茨淮新河灌區通信骨干網，實時監控各樞紐、泵站、閘等工程信息，為精準防汛抗旱調度、水資源調度、灌區工程管理等業務提供高效的信息支持，為茨淮新河灌區實現現代化管理提供了重要保障■