海河流域水利通信網建設與發展探討

王云昭，田 宇，賈亦辰，王得潤

（水利部海河水利委員會，天津 300170）

水利通信網由水利通信專網及電信公網共同構成，其中水利通信專網是由水利部門投資建設并專門用于水利行業的通信網絡，電信公網則是由各大運營商投資建設的通信網絡，主要用于公眾服務[1]。海河流域水利通信網自20世紀80年代初開始建設，經過幾代水利部海河水利委員會（以下簡稱海委）通信人的不懈努力，通信建設從短波、超短波到“一點多址”、數字微波、無線接入再到光纖、衛星通信，從模擬交換到數字程控交換再到軟交換，從無到有、從小到大、從點到面取得了較快的發展[2]。到目前為止，已建成以數字微波、租用公網光纖電路為骨干，衛星通信為應急保障的多手段、廣路徑的海河流域水利通信網，實現了海委與水利部，海委與委直屬各管理局、重要水庫及重點防洪地區、海河流域內部分重點河系、省（市）重點防洪地區的語音交換機聯網、數據交換網絡互聯、防汛調度視頻異地會商，為重要水情工情等多媒體信息的傳輸提供了準確、及時、安全、可靠的通信保障，取得了顯著的社會和經濟效益。

1 海河流域水利通信網建設回顧

海河流域水利通信網主要由微波、衛星、租用公網電路、語音交換、工程視頻及短波、超短波通信系統組成，不僅為各級防汛部門傳遞水情、傳達防汛調度指令提供了有效的通信聯絡手段，也為水利工程管理現代化提供了可靠的信息傳輸通道，在流域防洪搶險和水利工程管理中發揮了重要作用[3]。

1.1 微波通信

1985 年，海委在永定河泛區及小清河分洪區建設了800 MHz 無線通信系統。該系統由2 條干線組成，包括1 個中心站、1 個樞紐站、3 個中繼站和3 個端站，共8 個站，分別為水利部、海委、北京市水利局、天津市水利局、屈家店樞紐管理處、廊坊市水利局、涿州市水利局和新蓋房閘，提供語音和低速數據傳輸2 種業務。隨著我國無線通信事業的飛速發展，800 MHz頻段被城市無線集群移動通信占用，在京津地區，海委已建的800 MHz 通信系統經常受到嚴重的同頻干擾，設備不能正常工作，1996 年800 MHz通信系統停止使用。

1993 年，建設了海委至海河下游管理局及五閘（海河防潮閘、屈家店閘、西河閘、獨流減河進洪閘、獨流減河防潮閘）的“一點多址”通信系統。該系統選用1.5 GHz 4 Mb/“s一點多址”數字微波設備，共建有7個站，其中海委為中心站、海河下游管理局及五閘為外圍站。該系統的建成實現了海委與海河下游管理局程控交換機聯網和低速數據傳輸，提高了海河下游管理局所轄五閘的通信水平。

1997 年，為解決永定河泛區及小清河分洪區800 MHz 通信干線停用后的通信聯絡問題，以海委至海河下游管理局及五閘“一點多址”通信網為基礎，建設了永定河泛區及小清河分洪區應急通信網。該應急通信網的建成不僅恢復了原800 MHz通信干線功能，同時實現了高質量的語音和數據傳輸。通過該應急通信網，永定河泛區及小清河分洪區內的水文遙測數據信息可快速傳輸到上級管理部門，確保了海委、北京、天津、河北等省（直轄市）、地區防汛指揮部門及時掌握防汛信息和災情及防汛調度指令的上傳和下達，在防洪調度、保障泛區及分洪區內人民生命財產安全方面發揮了重要作用。2000 年，國家防汛抗旱指揮系統項目在海河流域永定河泛區及小清河分洪區建設了水利部至海委及水利部至河北省水利廳大興至保定段微波通信干線，其中水利部至海委采用SDH 155 Mb/s 數字微波、大興至保定采用PDH 34 Mb/s 數字微波。該微波干線不僅解決了海委與水利部、海委與北京市水務局和海委與重要水利管理單位之間的信道帶寬問題，而且為永定河泛區的防汛業務信息、重要水利樞紐的工情信息傳輸提供了高速的數據傳輸通道。該項目共新建、改建10 個微波站，分別為水利部、海委、北京市水務局、武清、廊坊、大興、盧溝橋、涿州、容城、保定。2012 年，對水利部至海委SDH 微波通信干線進行了更新改造，傳輸速率仍沿用SDH 155 Mb/s，進一步提高了海委至水利部之間的通信傳輸保障能力。

2008—2010 年，通過海委基層單位通信基礎設施建設項目，建設海委至滄州PDH 34 Mb/s 數字微波通信干線。該通信干線共設6 個微波站，在滄州站接入漳衛南運河微波通信干線，實現海委與漳衛南運河管理局微波干線的互聯互通。該項目的建成完善了海河流域南系的通信體系，提升了流域防洪調度通信系統的協同保障能力。

1.2 衛星通信

海河流域衛星通信系統建設起步較早，發展穩健，效用發揮顯著。

1.2.1 衛星地面站

1998 年，作為水利通信的應急備用電路，水利部在海委建設流域衛星地面站，容量為10路語音、2路數據。1999 年，又分別在漳衛南運河管理局、引灤工程管理局建設4 路語音的衛星地面站。海委、漳衛南運河管理局、引灤工程管理局衛星地面站均為水利衛星通信網的組成部分，主要用于程控交換機聯網和數據傳輸。

2009 年，水利部組織開展衛星轉發器更新和衛星主站改造工程，并進行流域衛星地面站改造和轉星工作，海委于2011 年5 月完成衛星地面站改造。至此，海河流域新一代水利衛星通信系統投入使用，可實現語音、數據、視頻圖像的傳輸，承擔起異地會商、應急搶險機動通信、數據聯網、語音通信等重要防汛通信任務。

1.2.2 洪水現場實況信息采集傳輸應急通信系統

2005 年，在水利部已建Ku 波段衛星通信網的基礎上，海委建設洪水現場實況信息采集傳輸應急通信系統。該系統由車載衛星移動站和海委中心站組成，在洪水現場主要用于工情、險情、災情及搶險救災實況信息的采集、監視、傳送及防洪搶險現場和上級防汛指揮部門之間的異地會商。

1.2.3 衛星便攜站

2008 年，海委配備衛星便攜站，這也是水利系統第一批利用水利部衛星資源和流域管理機構衛星地面站資源建設的衛星便攜站，用于流域搶險救災現場的數據、圖像采集和傳輸及對外通信聯絡，其圖像信息傳輸帶寬為768 kbps。

2012—2017 年，依托水利部相關項目，海委和委屬各管理局配備5 臺套衛星便攜站，帶寬提升至2 Mbps，并可根據需要進行靈活調整。此部分衛星便攜站主要用于應急通信場景，通過水利衛星通信平臺實現與中心站、其他終端站之間的語音、數據、圖像等信息的雙向傳輸。

1.2.4 衛星小站

2012—2017 年，依托水利部項目，海委系統建設了21 個VSAT 衛星小站，為偏遠山區工程管理部門、水文站間語音、數據、圖像等多種信息傳輸和防汛搶險提供了可靠的通信保障。

1.3 語音交換系統

海委語音交換系統是海河流域程控交換網匯接中心。通過微波、衛星、公網電路等傳輸鏈路，實現了海委與水利部、委屬各管理局、流域內重點水利管理單位、重點防洪地區防汛部門的程控交換系統互連。

海委語音交換系統初期使用縱橫制交換機，根據技術及工作發展需要于1994 年改造為數字程控交換機。2005 年，再次對系統進行升級改造，增加移動辦公等新的功能。2020 年，采用IP PBX+軟交換技術架構對系統進行更新改造，進一步完善系統業務功能。

1.4 工程視頻系統

自2004 年起，海委利用微波通信干線、光纖、公網4G等現有通信資源建設了工程視頻系統，目前已建成并投入使用的主要有盧溝橋樞紐工程視頻監視系統，大寧水庫工程視頻監視系統，四女寺水利樞紐工程視頻系統，潘家口、大黑汀水庫工程視頻系統，海河下游管理局所轄屈家店樞紐、西河閘樞紐、獨流減河進洪閘樞紐、獨流減河防潮閘樞紐工程視頻監視系統。工程視頻系統的建立使水利部、海委及有關省（直轄市）防汛主管部門能實時監視水利工程運行情況，進一步提高了海河流域水利工程管理的現代化水平[4]。

1.5 租用公網電路

海河流域通過租用公網電路，初步形成了覆蓋全流域水行政主管部門和重點防洪工程的水利專用骨干通信網，其中海委至水利部租用電路寬帶為200 Mbps、海委至委屬各管理局租用電路帶寬為4～50 Mbps、經水利部轉接至流域8 省（自治區、直轄市）水行政主管單位租用電路寬帶為100 Mbps。

1.6 超短波通信系統

1994—1999 年，通過國家防汛抗旱指揮系統等項目，采用150 和400 MHz 超短波無線電臺，海河流域在12 個蓄滯洪區建成縣至鄉至村的預警反饋通信系統。該預警反饋通信系統覆蓋了約36 個縣、200 個鄉、2 200 個自然村，為蓄滯洪區內防洪調度、搶險救災、人員及物資轉移提供了可靠的通信保障[5]。

2 面臨形勢

2.1 數字孿生流域建設對通信業務提出新要求

當前，智慧水利建設正處于重要的戰略機遇期。數字孿生流域建設是貫徹落實習近平總書記關于治水重要論述和黨中央、國務院決策部署的重要舉措，是適應現代信息技術發展形勢的需要，是推動新階段水利高質量發展的有效措施。通信網絡是智慧水利的基礎，數字孿生流域建設離不開水利通信網的建設。進一步發展建設水利通信網，增強對信息交換和服務的支撐能力，加強在水旱災害防御信息傳輸、指揮調度通信、預警通信、應急搶險通信等方面的建設管理，同時針對防汛調度指揮、蓄滯洪區建設、水資源管理、水利工程管理等各項事業對通信需求的不斷增強，建立可靠、穩定的通信系統，逐步完善流域水利通信網絡，保證水利信息化的先進性，為水利現代化提供有力的技術支撐。

2.2 新一代通信技術為通信業務發展提供新機遇

隨著通信網絡的發展與演進，網絡各個層次的不斷解聚是通信網絡發展的總體趨勢，融合是不可逆轉的發展主題。根據智慧水利和數字孿生海河建設發展需求，未來對通信綜合業務功能的要求將會越來越高，而現有通信網絡的結構不適合支撐綜合業務應用，不利于今后網絡的升級和演進。以云計算、大數據、人工智能、物聯網、4G/5G 網絡為代表的新一代信息技術正成為水利信息化發展的新動力，推動水利發展向數字化、網絡化、智能化轉變已經完全具備技術條件。

2.3 海河流域水利高質量發展對通信業務提出新需求

水利通信網是水利信息化的基礎設施。隨著海河流域水利高質量發展的不斷推進，建設先進、實用的水利通信網，具有極其重要的現實價值和歷史作用。新時期的水利工作要求對水情、雨情、工情、旱情、災情等信息要“測”得更準、“看”得更多、“動”得更快，水利工程被“看”得更透、“用”得更順、“管”得更好，這就要求水利通信網絡“聯”得更廣、“傳”得更快，全面應用衛星、微波、光纖等通信技術，保證語音、數據和圖像等信息更加高效、安全的傳輸。

3 海河流域水利通信網的發展對策

數字孿生海河建設依托骨干網和流域省（自治區、直轄市）網，提升海委及委屬各管理局水利信息網通信能力，利用SDN 網絡新技術優化調整網絡結構，進行IPv6 適配改造，擴大網絡帶寬。同時，建設北斗三號水利短報文服務平臺，利用北斗高精度位置服務和短報文通信功能，開展創新應用。在水利部升級水利衛星通信網的基礎上，實現衛星互聯網與地面互聯網和移動通信網的互聯互通，建成“覆蓋海河流域、隨遇接入、按需服務、安全可信”的天地一體化海河流域通信網絡體系，為各類信息傳輸提供必要的支撐。

3.1 完善流域水利通信網

按照公專結合、互為補充的原則設計海河流域水利通信網組網方案。該方案充分利用公網鏈路資源和4G/5G移動數據資源，結合水利專網的光纖、水利衛星、微波等通信技術手段，以有線、無線融合互補的方式完善海河流域水利通信網。

3.2 建設應急通信系統

建設機動性強、通信可靠、覆蓋全廣的應急通信系統。加強衛星通信技術應用，對現有衛星地面站進行升級改造；對縣級以上水行政主管部門、重要水利工程（水庫、水閘、堤防等）管理單位配備衛星電話，適當配置衛星便攜站或衛星應急通信車，提高應急通信反應能力。建設無線寬帶集群通信系統，滿足防汛救災等場景下現場組網和集群調度需求。探索局部區域應用短波電臺進行通信聯絡。

3.3 整合工程視頻系統

整合現有工程視頻監控系統，建設海河流域工程視頻級聯集控平臺，實現工程視頻監控資源便捷查看。整合海委和委屬各管理局、流域內省（直轄市）水利工程視頻資源，支持多層級工程視頻資源的聯網共享與應用，與現有水利視頻會議系統融合，為水利一張圖等平臺和水旱災害防御、水利綜合監管等業務應用提供工程視頻資源服務。

3.4 探索建設北斗三號系統水利應用信息平臺

聯合水文、水資源、水政、水工程管理等部門，就水文監測、地下水監測、水行政執法、水利工程形變預警等業務探索建設基于北斗三號衛星系統的信息感知終端試點。在海委配備北斗三號信息采集服務器，搭建起海河流域北斗三號系統水利應用信息平臺，匯聚各終端試點信息。將北斗三號水利應用信息平臺接入數字孿生海河平臺，實現二者數據互聯互通與無障礙調取。

3.5 探索建設無線接入網

在重要水庫和水閘工程管理區域探索建設無線接入基站，解決水利管理單位內部大數據量通信傳輸問題，滿足防汛搶險、工程安全監控、水量調度、水文測報、水政執法等對通信傳輸的需要。

4 結語

海河流域水利通信網建設與發展必須按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”的要求，以落實數字孿生海河通信業務發展為主線，以尋求通信技術創新應用為突破，為新階段流域水利高質量發展提供安全、穩定、可靠的通信基礎設施和技術保障。