通信技術在水文測報系統中的應用

王景浩 張向宇

（河北省承德水文水資源勘測局，河北 承德 067000）

水文自動測報系統是利用遙測、通信、計算機和網絡等先進技術，完成流域或測區內水文、氣象、汛情、工情等參數的實時采集、傳輸和處理，為工程防洪、興利、優化調度提供服務的自動化系統。

1 常用通信方式

1.1 短波通信

短波是指波長在10～100m，頻率在3～30MHz的無線電波。短波通信包括通過電離層反射的天波傳播模式和沿地面傳播的地波模式2種傳輸模式。其中地波傳播模式中的地波信號隨著傳輸距離增長衰減很快，只適合通信距離短，中間障礙物少的地形。而水情自動測報系統一般位于多山或需要長距離通信的地區，因此一般選擇天波模式。

采用短波方式的典型系統有甘肅碧口水電廠水情自測報系統和廣西麻石水電廠水情自動測報系統。這2個系統由于流域地形復雜，如果采用超短波則需要建設多級中繼，投資成本加大，維護困難，因此選擇了短波與超短波混合組網方式。碧口水情自動測報系統規模為1:8，其中6個遙測站為短波組網。麻石水電廠水情自動測報系統規模為1:16，其中只有壩上和壩下采用有線方式傳輸信號，其余均為短波方式傳輸信號。

1.2 超短波通信

超短波是指波長在1～10m，頻率30～300 MHz的無線電波。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，因為其技術成熟、故障處理簡單、運行成本低，在對系統進行通信方式選擇時備受重視。

采用超短波方式的典型系統，如新疆伊犁恰甫其海水庫水情自動測報系統，規模為15:2:2，對六角尖中繼的依賴性很大，六角尖站承擔系統內鳳陽山中繼和其他測站的信號轉發功能，如果出現故障，則在中心站將無法收到任何測站數據。因此，在這種情況下，必須考慮采用雙中繼、熱備用或冷備用等方式提高系統的可靠性。

目前，全國有90%以上的水情自動測報系統采用超短波方式，這種通信方式在流域面積不大、流域地形較好的地區是一種比較有優勢的組網方式。

1.3 有線通信

目前采用有線通信方式組網的水情自動測報系統，基本上是利用電信部門提供的公用電話網（PSTN）。

采用有線方式的典型的系統如浙江珊溪水利樞紐和三峽水利樞紐水情自動測報系統，珊溪系統組網規模為12:3（12個遙測站、3個中心站），系統中心站與測站之間采用星形結構，可使遙測站單獨出現故障時不會影響其他測站通信。3個中心站之間采用鏈接形式，保證所有中心站內數據的唯一性。三峽水利樞紐水情自動測報共81個遙測站，其中56個遙測站選用PSTN作為系統主要通信方式，實現PSTN/Inmarsat雙信道。平時正常工作采用PSTN方式傳輸數據，在PSTN無法傳遞數據時，測站自動啟動海事衛星（Inmarsat）實現數據傳輸。

1.4 衛星通信

衛星通信是20世紀90年代后期開始廣泛使用在水情自動測報系統的一種通信方式，頻率范圍在300～300GHz。衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站轉發或反射無線電波，在2個或多個地面站之間進行的通信。目前運用在水情自動測報系統中的衛星主要Inmarsat、VSAT衛星系統和我國自行研制的北斗通信衛星。衛星通信最理想的工作頻率在4/6GHz波段附近，該頻段帶寬較大，工作頻率較高，天線尺寸也較小，有利于成熟的微波中繼通信技術。

1.4.1 VSAT衛星系統。VSAT衛星通信技術是20世紀80年代興起的，我國主要是采用亞洲2號通信衛星收集水情信息。

在我國使用VSAT通信方式的系統并不多，典型系統如廣西柳州市水情測報系統和西藏尼洋河水情測報系統，其中柳州市水情測報系統為混合組網，系統規模為2：10：62（2個中心站、5個衛星中繼站、5個超短波中繼站、32個衛星遙測站、30個超短波遙測站）；西藏尼洋河水情自動測報系統規模為3：9（3個中心站、9個衛星遙測站），中心站采用計算機局域網方式聯網。

1.4.2 海事衛星。海事衛星（Inmarsat）屬于全球性系統，建設初期主要服務目的是海事遇難救險。隨著Inmarsat—C投入使用后，水利部門也開始逐步采用該衛星提供的服務。Inmarsat—C系統由4顆工作衛星和7顆備用衛星組成，可靠性非常高。

目前許多已建的或將建的系統基本上采用Inmarsat—C衛星。典型的系統如貴州烏江流域水情自動測報系統和吉林云峰水電廠水情自動測報系統，其中貴州烏江流域水情自動測報系統共有49個衛星遙測站，4個中心站，中心站之間采用VSAT衛星組成局域網。云峰水電廠水情自動測報系統規模為1：12（1個中心站、12個遙測站）。

1.4.3 北斗衛星通信。北斗衛星系統是我國自行研制、自主經營專為我國服務的衛星導航系統，由2顆工作衛星和1顆備用衛星組成，屬于區域性系統，2002年1月開始運行。

利用該衛星的典型系統有陜南水利雨量監測速報系統和重慶江口水情測報系統。其中陜南水利雨量監測速報系統包括67個雨量站、14個中心站，特點是采用并行工作體制，將雨量數據同時發往14個中心站進行處理，減少中間環節，充分利用系統資源。重慶江口水情測報系統由17個雨量站、6個水位站和1個中心站組成。

1.5 移動通信

1.5.1 短信息方式（SMS）。短信息業務是GSM系統為用戶提供的一種使用手機或GSM模塊接收和發送文本消息的服務。每條短信息最多包含160字母或70個漢字。

使用該方式的典型系統如浙江省防汛水情自動測報系統和江西萬安水電廠水情自動測報系統，其中浙江省水利廳在全省建立上百個基于GMS短消息的水情遙測站，通過GMS網絡建成全省統一的防汛水情自動測報系統。江西萬安水電廠在條件合適的位置建立GMS短消息遙測站，規模不大，但是具有一定的參考價值，因為該系統集超短波、衛星和GMS短消息為一體進行混合組網，系統規模較大（1：4：55）。

1.5.2 GPRS方式。GPRS是GSM系統網絡中以分組技術為基礎的傳輸系統，它能為用戶提供高達160kbit/s的數據速率，目前基于GPRS的水情自動測報系統并不多，但是應用前景比較好。

使用該系統的典型系統有廈門市水文自動測報系統和廣州市三防遙測系統。其中廈門市水文自動測報系統由1個中心站、3個水位雨量站、2個水位站、18個雨量站組成，采用自報和中心站召測2種工作方式。廣州市三防遙測系統控制全廣州7435km范圍內的水文遙測任務，采用GPRS方式實時傳輸水情信息。

結語

綜上所述，水情自動測報系統可用的通信方式較多，每一種通信方式各有其優缺點，在工程實際運用時，應充分利用各通信方式的優勢，揚長避短。同時，可根據需要設置短波通信作為關鍵水文站點的備用應急通信手段。對于中小型系統，可根據流域特點、地形條件，對上述各種通信方式進行綜合比較后選擇確定。

[1]秦建文.水情自動測報系統自報式工作體制站點容量及數據碰撞分析[J].水利水文自動化，2003，（4）.

[2]及燕麗，王友村.現代通信系統[M].北京：電子工業出版社，2001.