響洪甸水庫(kù)水情無(wú)線雙信道通信的管理與應(yīng)用

周權(quán)

摘要：1998～2016年，安徽省響洪甸水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采用的是超短波無(wú)線通信方式，投運(yùn)幾年后，由于局部測(cè)報(bào)區(qū)域超短波通信環(huán)境發(fā)生了較大改變，使得部分遙測(cè)站與中心站的通信故障明顯增加，對(duì)水情數(shù)據(jù)傳輸造成了很大影響。為保障通信的可靠性，從2016年開(kāi)始，在原有超短波通信的基礎(chǔ)上，新增加了GPRS通信方式，形成“超短+GPRS”雙信道通信同時(shí)運(yùn)行的工作模式，提高了系統(tǒng)無(wú)線通信的可靠性?；诖耍疚闹饕芯侩p信道通信的原因、產(chǎn)品類型、功能特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)比較、管理和應(yīng)用，以及運(yùn)用過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果，以供參考。

關(guān)鍵詞：雙信道通信；數(shù)據(jù)傳輸；GPRS

水情無(wú)線數(shù)據(jù)通信是水情數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾侄沃?。從無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)慕嵌瓤矗ㄐ畔到y(tǒng)的重要內(nèi)容是有效性（在給定的信道內(nèi)能夠傳輸更多的信息內(nèi)容）和可靠性（在給定的信道內(nèi)接收到信息的準(zhǔn)確程度更高）。響洪甸水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)1998年建成，投運(yùn)十幾年后，原來(lái)的超短波通信的可靠性，有明顯的下降趨勢(shì)。因此提高無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕仍诿冀蕖?016年，開(kāi)始應(yīng)用“超短波+GPRS”雙信道通信方式，很好地解決了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸可靠性下降問(wèn)題，取得的結(jié)果可為水利系統(tǒng)相關(guān)單位提高水情無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸可靠性，并提供應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和管理經(jīng)驗(yàn)。

一、概況

響洪甸水庫(kù)位于淮河支流淠河西源上，在安徽省金寨縣境內(nèi)。流域面積1400平方千米，占淠河6000平方千米總面積的23.3%。1992年，響洪甸水電站委托南京水利水文自動(dòng)化研究做了“響洪甸水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)”的總體設(shè)計(jì)。1997年11月，完成土建工程。1997年12月，完成調(diào)試工作。1999年，正式投入運(yùn)行。系統(tǒng)的通信方式為超短波遙測(cè)通信，頻點(diǎn)為231.775MHz和224.775MHz。

2006年，響洪甸水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)劃歸為安徽省響洪甸水庫(kù)管理處管理，并更名為“安徽省響洪甸水庫(kù)管理處水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”）。

二、雙信道建設(shè)背景

系統(tǒng)建成投運(yùn)后，超短波通信存在的短板和問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)顯現(xiàn)。隨著生態(tài)環(huán)境改善、社會(huì)科技進(jìn)步和現(xiàn)代化建設(shè)推進(jìn)，庫(kù)區(qū)上游有部分遙測(cè)站通信環(huán)境發(fā)生了較大變化。系統(tǒng)在庫(kù)區(qū)的超短波通信受到了不同程度干擾，影響了超短波通信的可靠性。例如，張沖雨量遙測(cè)站和抱兒山中繼站之間，新架設(shè)了兩條50萬(wàn)伏超高壓直流輸電線路，對(duì)超短波通信信號(hào)傳輸有較明顯的阻隔作用；張沖雨量遙測(cè)站站房周圍生長(zhǎng)出大量濃密毛竹林；油店、張畈雨量遙測(cè)站與抱兒山中繼站之間的山頂，近年來(lái)生長(zhǎng)的樹(shù)木、竹林特別高大茂盛等，都增加了超短波信號(hào)傳輸損耗。這都會(huì)影響系統(tǒng)的超短波信號(hào)傳輸，導(dǎo)致張沖、油店、張畈等遙測(cè)站與抱兒山中繼站之間通信數(shù)據(jù)月平均通暢率明顯下降，不能更好地確保整體系統(tǒng)的可靠性，導(dǎo)致遙測(cè)站經(jīng)常因?yàn)橥ㄐ胖袛喑霈F(xiàn)故障，也相應(yīng)增加了系統(tǒng)維護(hù)成本。

為了保障系統(tǒng)通信有較高的可靠性，提高通信數(shù)據(jù)收集的月平均通暢率，2016年，系統(tǒng)的通信改造升級(jí)為“超短波+GPRS”雙信道通信方式，即用兩個(gè)互相獨(dú)立的通信信道，同時(shí)發(fā)送測(cè)得的同一雨量、水位信號(hào)到響洪甸中心站。

三、超短波（VHF）和GPRS通信優(yōu)缺點(diǎn)

超短波、GPRS通信各自優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

從表1中的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比可以看出，同時(shí)采用兩種通信方式，可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。通常超短波的缺點(diǎn)較難克服，而GPRS的不足容易克服并忽略。例如，租賃費(fèi)較低、每個(gè)遙測(cè)站點(diǎn)的移動(dòng)通信信號(hào)都較穩(wěn)定、響洪甸中心站的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也較穩(wěn)定等。對(duì)于山區(qū)地形復(fù)雜的上游庫(kù)區(qū)，采用雙信道通信方式，可有效解決超短波通信存在的問(wèn)題，提高整個(gè)系統(tǒng)通信的可靠性。

四、系統(tǒng)通信組網(wǎng)規(guī)模

（一）通信組網(wǎng)規(guī)模

2012年開(kāi)始，系統(tǒng)的超短波通信規(guī)模為1：1：9，即1個(gè)中心站、1個(gè)中繼站、8個(gè)雨量遙測(cè)站、1個(gè)遙測(cè)雙水位站。2016年，系統(tǒng)超短波通信的頻點(diǎn)由2個(gè)改為1個(gè)，為224.875MHZ，即所有雨量站、水位站和中繼站和中心站都使用1個(gè)頻點(diǎn)通信。2016年，新增GPRS通信方式，組網(wǎng)規(guī)模為1：12，即1個(gè)中心站、9個(gè)雨量遙測(cè)站、3個(gè)遙測(cè)水位站。系統(tǒng)“超短波+GPRS”雙信道通信組，如圖1所示。

（二）雙信道通信主要硬件配置、功能特點(diǎn)和應(yīng)用

采用雙信道通信后，系統(tǒng)的中繼站、雨量站和水位站使用的RTU均為南京迅飛系統(tǒng)集成有限公司生產(chǎn)的YDH－1B型雙信道遙測(cè)終端機(jī)。該機(jī)型采用新器件、新技術(shù)、新工藝設(shè)計(jì)研制的新一代多信道的自報(bào)式遙測(cè)終端機(jī)，能與翻斗式雨量計(jì)、遙測(cè)水位計(jì)、GPRS模塊、超短波電臺(tái)、天饋線、同軸避雷器、免維護(hù)蓄電池以及太陽(yáng)能電源板等設(shè)備組成一個(gè)完整的雙信道遙測(cè)站。它能自動(dòng)完成對(duì)一個(gè)雨量參數(shù)和一個(gè)水位參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、顯示和傳輸控制任務(wù)，具有人工置數(shù)功能，可以很方便地置入各類水文數(shù)據(jù)，通過(guò)超短波信道和GPRS信道發(fā)送到中心站。

當(dāng)遙測(cè)站產(chǎn)生一個(gè)雨量或水位信號(hào)，通過(guò)雙信道通信，中心站同時(shí)接收同一時(shí)標(biāo)兩條報(bào)文文本字符串完全相同的超短波和GPRS報(bào)文，軟件系統(tǒng)通過(guò)隊(duì)列緩存方式，將收到的報(bào)文寫(xiě)入緩存隊(duì)列，報(bào)文解析線程讀取報(bào)文隊(duì)列中的報(bào)文文本并分析，在解析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有兩條內(nèi)容相同的報(bào)文時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)報(bào)文接收信道、報(bào)文接收時(shí)間等條件判斷，當(dāng)判斷結(jié)果表明兩條報(bào)文為同一報(bào)文通過(guò)不同的信道到達(dá)中心站時(shí)，系統(tǒng)則丟棄最后收到的報(bào)文，并將最先收到的報(bào)文解析完成后寫(xiě)入水情原始數(shù)據(jù)庫(kù)。

YDH－1B型雙信道遙測(cè)終端機(jī)里的GPRS DTU采用深圳市宏電技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的H7210 GPRS/DTU，截至2022年5月已全部更換為該系列的H7710 GPRS/DTU。

H7710 工業(yè)級(jí)通用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端是基于5G、4G數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，采用工業(yè)級(jí)端子排接口，產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、DDP等多種協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備到數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)程透明數(shù)據(jù)通信，接受定制化開(kāi)發(fā)需求，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)。主要功能有：

支持RTU與DSC透明數(shù)據(jù)傳輸；

支持宏電DDP傳輸協(xié)議，配合DDP協(xié)議開(kāi)發(fā)包簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)難度；

通過(guò)宏電DDP協(xié)議可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程參數(shù)配置、重啟動(dòng)控制；

支持串口AT協(xié)議，可在運(yùn)行過(guò)程中切換到AT狀態(tài)，進(jìn)行參數(shù)配置、重啟控制式；

支持TCP/UDP/短信三種通信方式；

短信支持7bit、8bit、UCS2編碼，可以進(jìn)行中文短信收發(fā)；

短信號(hào)碼支持國(guó)際區(qū)號(hào)及本地號(hào)碼；

持移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的APN專網(wǎng)；

DSC尋址方式支持固定IP地址和域名；

支持獲取移動(dòng)專網(wǎng)的指定IP；

設(shè)備故障告警，提升偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)備在線率；

支持SIM卡管理，無(wú)需固定IP，提升規(guī)?；芾砟芰Γ?/p>

運(yùn)程升級(jí)，故障自恢復(fù)，確保傳輸管道通暢；

多重加密技術(shù)，確保通信鏈路數(shù)據(jù)安全；

設(shè)備遠(yuǎn)程管理、維護(hù)，降低運(yùn)維成本，提升效率；

支持網(wǎng)管功能，流量可控、可管，降低運(yùn)維成本；

自動(dòng)生成業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為運(yùn)營(yíng)決策提供有力依據(jù)；

支持TTL/RS－232/RS－422/RS－485任意一種；

采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，通過(guò)EMC四級(jí)測(cè)試，確保傳輸穩(wěn)定性。

新升級(jí)的H7710 GPRS/DTU模塊采用更低的功耗設(shè)計(jì)，適合戶外太陽(yáng)能蓄電池系統(tǒng)供電，可長(zhǎng)效續(xù)航。

五、雙信道通信的管理維護(hù)

（一）超短波通信

嚴(yán)格按照《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》《響洪甸水庫(kù)管理處水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)程》《響洪甸水庫(kù)管理處防汛檢查、維護(hù)制度》等每年進(jìn)行汛前、汛后例行檢查與檢測(cè)，遭遇惡劣天氣后巡查設(shè)備。在通信方面，重點(diǎn)檢查天饋線外觀完好，無(wú)開(kāi)裂、破損、接頭密封膠帶破損現(xiàn)象；用無(wú)源功率計(jì)對(duì)天饋系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，駐波比保持在1.5以下；遙測(cè)站與中繼站、中繼站與中心站話筒通話聲音清晰洪亮；應(yīng)定期測(cè)量校正遙測(cè)站房房頂?shù)亩ㄏ蛱炀€對(duì)抱兒山中繼站的方位角，及時(shí)清理天線前方，保持開(kāi)闊、無(wú)樹(shù)木遮擋；應(yīng)定期檢查維護(hù)中心站、中繼站的天饋系統(tǒng)，確保完好；做好各工作站的防雷擊工作，防雷接地網(wǎng)接地電阻小于10Ω，設(shè)備工作接地小于4Ω。

（二）GPRS通信

系統(tǒng)GPRS通信使用的是中國(guó)移動(dòng)SIM卡，以包月的形式計(jì)費(fèi)，月租費(fèi)用較低，如果有通信不正常的情況出現(xiàn)，首先應(yīng)考慮是否SIM欠費(fèi)；向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)為“重?？ㄓ脩簟?，進(jìn)一步提高通信可靠性；在每次汛前、汛后例行檢查時(shí)，應(yīng)檢查GPRS天線接頭是否松動(dòng)、變形或歪倒，傳感器的傳輸電纜等外觀有無(wú)損傷，配套的緊固件、支架、接插件等是否齊全；關(guān)注GPRS/DTU模塊生產(chǎn)廠家產(chǎn)品升級(jí)（投入使用六年來(lái)，系統(tǒng)由開(kāi)始用的H7210 GPRS/DTU逐步升級(jí)替換為H7710 GPRS/DTU），及時(shí)更新為最新型號(hào)，并留足備品配件，及時(shí)更換故障零件。

六、結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)2016年6月～2022年6月通信可靠性指標(biāo)，如表2所示。

綜上所述，應(yīng)用雙信道通信后，系統(tǒng)的整體通信可靠性有了大幅提升，平均無(wú)故障工作時(shí)間MTPF已達(dá)5萬(wàn)h，數(shù)據(jù)收集與傳輸月平均通暢率近100%，系統(tǒng)維護(hù)成本也較之前有大幅下降。因此，對(duì)于地形復(fù)雜、局域住人稀少的山區(qū)，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸采用“超短波+GPRS”雙信道通信方式，提高數(shù)據(jù)通信的可靠性，促使系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、經(jīng)濟(jì)和省心。

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