談超短波通訊在水情自動測報系統中的應用

張榆海

0 引言

水情自動測報系統是為適應防洪調度需求，在水域上游修建的測預報系統。001水利樞紐工程位于新疆境內某河支流上，屬于流域性規劃梯級調度性質，為滿足汛期及結冰期的防洪調度需求，流域共設56個水情自動測報遙測站，其中包括氣象站、雨量站、水文站、中繼站。測報系統采用二級中繼接收發射至中心站的運行模式。主要通訊方式采用超短波通訊。由于地域的特殊原因，超短波通訊在001水利樞紐工程的運行中具有較高的可靠度。

本文主要介紹此種通訊方式在西部地區水情自動測報系統中的運用及優缺點。

1 工程簡介

001水利樞紐工程位于新疆境內某河支流下游，是該河規劃的最大一座控制性水利樞紐工程。工程任務以灌溉為主，兼有發電、防洪綜合效益。水庫總庫容19.5億m3，電站裝機容量320 MW，控制灌溉面積523.45萬畝，工程規模為大(1)型Ⅰ等工程。根據防洪任務需求，水情自動測報系統覆蓋上游流域，設有1個中心站、6個中繼站、10個水文站、39個遙測站。

2 自動測報系統組網特點

001水利樞紐工程水情自動測報系統采用二級中繼。由遙測站接收信號，轉發至中繼站，通過中繼站向中心站的進一步傳送，數據發射至局域網顯示頁面。通信方式采用超短波信號傳輸。主要具備以下特點:

1)自報式系統式單向數據傳輸系統。遙測站只發送遙測數據，通信設備只需要配置調制器和發射機。接收端只需要解調器和接收機，大大簡化設備的值守和通信部分;

2)遙測數據是在傳感器的參數發生變化時傳送，參數的變化是連續的，真實地反映出每個傳感器的參數變化過程和捕捉參數的極值中心數據，收集設備隨時給收到的遙測數據加注時標，數據的實時性強;

3)數據的傳輸在時間上分散，充分地利用了信道資源，在保證碰撞概率小于一定的值時，可傳送更多的數據。信道的利用率高，對于一個中小規模的遙測系統，數據的連續性優于同等規模的其他系統;

4)數據的連續性便于中心數據處理。如果受到干擾或碰撞產生數據丟失現象，則對于單調變化的參數可在中心發現并插補，對于有增有減的參數，可通過對數據的合理性檢驗判別數據的對錯，對數據進行增補和刪除;

5)成本低，可適當地增加測站數量以提高預報的精度，在組成較大的遙測站網時，可采用設置分中心的辦法建網，以保證數據碰撞概率在允許的范圍之內;

6)由于自報式遙測站值守功耗極低(一般值守電流在50 μA以下)，使供電系統相對簡單。

由于新疆地域遼闊、多數站點位于無人值守的山區或曠野，對于遙測站的多年安全運行方式中，使用此種方式較穩定。

3 超短波通信

001水利樞紐工程水情測報系統主要采用的是超短波通訊方式。超短波是指波長在1 m～10 m，頻率30 MHz～300 MHz的無線電波，其傳輸機理是對流層內的視距與繞射傳播。在水利數據遙測系統中，測站實測的水利信息，送入遙測終端機(RTU)，經過信源和信道編碼，由調制解調器調制成射頻載波，經功率放大后發射到中繼站。中繼站接收到測站發來的射頻信號，解調成音頻信號，經中繼儀解調成數字信號、糾錯編碼、數據再生、調制、放大后發送回中心站;中心站將信號解調、信道譯碼和信源譯碼后，經前置計算機送入主計算機系統。

超短波通信方式是在水情自動測報系統中運用最為廣泛的一種通信方式，在001水利樞紐工程運行中因為其技術成熟、故障處理簡單、運行成本低，使其在使用過程中可靠度相對較高。

3.1 超短波組網的優點

1)技術成熟，設備簡單易于配套;

2)實時性好;

3)獨立性好，完全是自身的專用網絡。

3.2 超短波組網在運行過程中顯現的缺點

3.2.1 受地理因素影響

由于新疆山區的分布不均勻，水情測報系統通常位于山區，但少數處于林區，受天氣等自然因素的比較，使得超短波在傳輸過程中出現數據滯留的現象。

3.2.2 受自然因素影響

新疆雷電災害相對嚴重，遙測站分布區域多屬沒有設置防雷設施的，在遙測站的安裝中，防雷地網要求高，野外設備防凍害的技術措施難度大、成本高，建設費用大，維護管理不便。

3.2.3 設備一旦受損影響數據傳輸

由于設備安裝的較遠，若發生天線在野外受損的現象，使信號不易發出，且信號較差地發出，信號的發射時間比較受影響。

4 結語

目前，在新疆地區由于交通、氣象、人文等多方面影響因素的總和制約下，采用超短波組網的通信模式中，無論從技術層面和經濟條件，都是在相同可靠度通信方式下的優選。通過001水利樞紐工程水情自動測報系統近10年的運行經驗表明，超短波通信方式在信息化時代的今天，使用的性價比依然很高。

[1]王鐵鋒.水文自動測報系培訓教材[Z].長春水文自動測報系統聯合研究中心，2010.

[2]吳 彬.淺議水情自動測報系統通信方式的選擇[J].中國高新技術企業，2009(11):36-37.