境外水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)備選型

柴峻

摘 要：文章以老撾南歐江梯級(jí)水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)為例，分析了在高溫高濕、交通不便、季節(jié)性缺電等環(huán)境較差的條件下，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的遙測(cè)站與中心站設(shè)備選型需要注意的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)；遙測(cè)站；中心站；南歐江梯級(jí)水電站

中圖分類(lèi)號(hào)：P335 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）28-0059-02

Abstract： Taking the hydrologic automatic measuring and reporting system of the Cascade Power Stations in Nam Ou River Basin of Laos as an example， this paper analyzes the poor environment such as high temperature and high humidity， inconvenient traffic and seasonal power shortage， etc. The equipment selection of telemetering station and central station of hydrologic automatic measuring and reporting system should be paid attention to， and the corresponding solutions are put forward.

Keywords： hydrologic automatic measuring and reporting system； telemetering station； central station； Cascade Power Stations in Nam Ou River Basin of Laos

水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是采用遙測(cè)、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水情信息的自動(dòng)采集、發(fā)送、接收、處理及水文預(yù)報(bào)，將為梯級(jí)水電站的聯(lián)合調(diào)度提供支撐數(shù)據(jù)，是確保水電站施工及運(yùn)行安全、充分發(fā)揮電站運(yùn)行效益的技術(shù)保障系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由遙測(cè)站、中心站及通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。遙測(cè)站是系統(tǒng)的感知端，承擔(dān)著流域內(nèi)水情數(shù)據(jù)的采集、處理與發(fā)送的重要任務(wù)。中心站是本系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，負(fù)責(zé)信息接收與處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、為水情預(yù)報(bào)和信息服務(wù)提供軟硬件平臺(tái)。

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)與國(guó)外的運(yùn)行環(huán)境存在一定的差距，根據(jù)這些差異性，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化選型，在一定程度上可增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

1 項(xiàng)目概況

南歐江是湄公河在老撾境內(nèi)最大的一支支流，其流域面積25634km2。南歐江干流河段按“一庫(kù)七級(jí)”分兩期開(kāi)發(fā)，是中資公司目前在老撾唯一獲得全流域整體規(guī)劃和投資開(kāi)發(fā)的水電項(xiàng)目。南歐江梯級(jí)水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由1個(gè)中心站、70個(gè)遙測(cè)站（30個(gè)遙測(cè)雨量站、8個(gè)干流控制站、4個(gè)支流控制站、14個(gè)壩前尾水永久站、14個(gè)上下圍堰臨時(shí)站）組成。遙測(cè)采用移動(dòng)公網(wǎng)與北斗衛(wèi)星雙發(fā)通信，遙測(cè)站的傳感器類(lèi)型包含了雨量計(jì)、氣泵式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、雷達(dá)式水位計(jì)。

2 遙測(cè)站與中心站設(shè)備選型的要點(diǎn)

2.1 遙測(cè)站的設(shè)備選型

項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域處于老撾北部山區(qū)，森林茂密、高溫高濕、交通不便，部分地區(qū)公共安全問(wèn)題突出，在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)遙測(cè)站的建設(shè)與運(yùn)維過(guò)程中，相對(duì)于國(guó)內(nèi)類(lèi)似項(xiàng)目應(yīng)在設(shè)備的可靠性、兼容性、容災(zāi)性等方面提出更高要求。

2.1.1 提高遙測(cè)站設(shè)備的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

老撾北部屬于亞熱帶氣候，遙測(cè)站所處環(huán)境高溫高濕，蚊蟲(chóng)較多，對(duì)設(shè)備的考驗(yàn)也變得更苛刻，因此，要求采用的設(shè)備具備較好的防潮防蟲(chóng)能力。

2.1.2 數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）需要支持多種通訊制式

老撾雖然通信基礎(chǔ)設(shè)施較差，但部分地區(qū)起步采用的技術(shù)要比國(guó)內(nèi)先進(jìn)，直接跨入了3G時(shí)代，部分地區(qū)的2G（GMS）網(wǎng)絡(luò)只提供語(yǔ)音和短消息服務(wù)，移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是承載于3G/4G網(wǎng)絡(luò)的，因此國(guó)內(nèi)較為通用的GPRS（GMS系統(tǒng)的通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)）模塊可能在老撾個(gè)別地區(qū)就不適用了。因此，在進(jìn)行DTU的選型時(shí)，應(yīng)盡量選擇支持全網(wǎng)通的終端。

2.1.3 遙測(cè)終端（RTU）應(yīng)具備良好的兼容性和可配置性

本項(xiàng)目覆蓋了梯級(jí)電站的建設(shè)期與運(yùn)行期，梯級(jí)電站分兩期開(kāi)發(fā)，在施工區(qū)附近的測(cè)站可能會(huì)隨著施工進(jìn)度或施工方式的影響導(dǎo)致所采用的傳感器的類(lèi)型進(jìn)行被迫調(diào)整，或因工程建設(shè)的需要新增臨時(shí)性的站點(diǎn)。這樣的設(shè)計(jì)變更并不是項(xiàng)目初期就能遇見(jiàn)的，在執(zhí)行變更時(shí)涉及到變更申請(qǐng)、審批、設(shè)備采購(gòu)等環(huán)節(jié)，歷時(shí)較長(zhǎng)。若等到全部流程執(zhí)行完在進(jìn)行測(cè)站改建，已無(wú)法滿(mǎn)足水情預(yù)報(bào)服務(wù)的需求了。通常需要將實(shí)施部門(mén)現(xiàn)有的傳感器或其他專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有的傳感器進(jìn)行集成，先行使用，很有可能遇到現(xiàn)有的傳感器品牌型號(hào)與RTU內(nèi)置的采集指令不一樣的情況，這就對(duì)RTU的兼容性提出了要求，需要RTU的兼容性強(qiáng)、具備底層采集指令可配置性。因此，遙測(cè)終端的選型除了需要滿(mǎn)足《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》SL 61-2015中要求的遙測(cè)終端的功能與接口外，還需要傳感器的采集指令可配置化。

2.1.4 遙測(cè)站的數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)需要具有一定的冗余性

老撾山區(qū)的經(jīng)濟(jì)落后，部分村寨無(wú)市電使用，治安條件較差，遙測(cè)站的太陽(yáng)能板與蓄電池經(jīng)常被作為偷盜的對(duì)象。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，如今水位傳感器的功能也多樣化，集成度也越高，一些型號(hào)的水位計(jì)將電源、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的功能都集成在了水位傳感器上，在外部電源被盜的情況下仍然可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。在測(cè)站修復(fù)時(shí)可以將缺失部分從本地拷貝出然后補(bǔ)錄到水情平臺(tái)，一定程度上降低了損失。

2.2 中心站設(shè)備選型

隨著云計(jì)算的發(fā)展，目前租用公有云PaaS服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中心站功能，可大幅度降低了投資成本，同時(shí)北斗通信運(yùn)營(yíng)商也支持?jǐn)?shù)據(jù)接收云服務(wù)，但這一切都需要建立在穩(wěn)定可靠的互聯(lián)網(wǎng)上。老撾通信基礎(chǔ)設(shè)施的不完善限制了云服務(wù)的使用，同時(shí)季節(jié)性缺電與電力設(shè)施的不完善對(duì)本地化中心站的建設(shè)與運(yùn)行提出了更高要求。

2.2.1 服務(wù)器易出故障的部件應(yīng)采用冗余配置，以提高可靠性

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)房環(huán)境與用電的可靠性與國(guó)內(nèi)存在較大差距，有可能經(jīng)常出現(xiàn)突然斷電情況，且有時(shí)恢復(fù)供電的時(shí)間間隔較長(zhǎng)。一些因此導(dǎo)致服務(wù)器中容易出故障的部件（電源、硬盤(pán)）應(yīng)采用冗余配置，以提高服務(wù)器的可靠性。目前主流服務(wù)器都支持冗余雙電源，自帶磁盤(pán)整列卡，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)多數(shù)是關(guān)系型數(shù)據(jù)，對(duì)磁盤(pán)的占用量不高，因此服務(wù)器的存儲(chǔ)應(yīng)采用安全性最高的RAID1或RAID10磁盤(pán)鏡像整列，對(duì)于對(duì)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)性能較高的服務(wù)器采用RAID10磁盤(pán)整列，要求不高的采用RAID1整列，每臺(tái)服務(wù)器都應(yīng)采用冗余雙電源供電。

2.2.2 采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，減少物理服務(wù)器數(shù)量，降低整體功耗及系統(tǒng)故障修復(fù)時(shí)間

在以往的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中心站的設(shè)計(jì)與實(shí)際部署過(guò)程中，由于服務(wù)器硬件性能相對(duì)適中，主要根據(jù)系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件的類(lèi)型進(jìn)行服務(wù)器的功能劃分，相應(yīng)的軟件獨(dú)立占用服務(wù)器，以便系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。即一個(gè)物理機(jī)，對(duì)應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)，一個(gè)操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一個(gè)或一類(lèi)應(yīng)用程序。但這樣的設(shè)計(jì)并不利于境外項(xiàng)目的開(kāi)展，主要表現(xiàn)在一下幾點(diǎn)：（1）老撾交通基礎(chǔ)設(shè)施差，運(yùn)輸不便、進(jìn)出關(guān)手續(xù)復(fù)雜；（2）電力資源供應(yīng)沒(méi)有國(guó)內(nèi)穩(wěn)定，單價(jià)也較高，服務(wù)器數(shù)量多導(dǎo)致整體功耗較高、UPS需要配置更高規(guī)格，運(yùn)行費(fèi)用也將增多；（3）服務(wù)器較多不利于系統(tǒng)故障排查，同時(shí)系統(tǒng)修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，其硬件性能已不再是制約系統(tǒng)部署與運(yùn)行的首要因素。目前在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，特別是境外項(xiàng)目，系統(tǒng)用戶(hù)相對(duì)固定、數(shù)量也不多，許多應(yīng)用程序只消耗服務(wù)器的一小部分硬件資源，傳統(tǒng)的分布式物理服務(wù)器架構(gòu)極大的浪費(fèi)了硬件資源與電力資源，增加了運(yùn)行成本及管理成本。而通過(guò)服務(wù)器虛擬化可以更有效地利用硬件資源，將服務(wù)器虛擬出多個(gè)邏輯獨(dú)立的平臺(tái)來(lái)提供服務(wù)，減少物理服務(wù)器及相關(guān)附屬設(shè)施（如：機(jī)柜、交換機(jī)、KVM等）的數(shù)量，降低中心站的能耗，利于管理，同時(shí)增加了項(xiàng)目的效益。

2.2.3 UPS的續(xù)航時(shí)間應(yīng)適當(dāng)高于國(guó)內(nèi)規(guī)范要求

根據(jù)《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求，UPS的續(xù)航時(shí)間4小時(shí)即可滿(mǎn)足規(guī)范要求。但在老撾山區(qū)，電力基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)國(guó)內(nèi)要差，應(yīng)增加UPS的續(xù)航容量配置，項(xiàng)目中UPS采用了8小時(shí)的續(xù)航配置，以滿(mǎn)足在長(zhǎng)時(shí)間停電下的需求。

2.2.4 為進(jìn)一步保障系統(tǒng)可靠性，需要考慮異地接收遙測(cè)數(shù)據(jù)

項(xiàng)目中遙測(cè)站均采用了雙通信信道（移動(dòng)公網(wǎng)通信+北斗衛(wèi)星通信），從移動(dòng)公網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)需要通過(guò)具有固定IP地址的互聯(lián)網(wǎng)通訊鏈路接收，老撾的通信基礎(chǔ)設(shè)施較差，通信質(zhì)量的可靠性與國(guó)內(nèi)差距較大，因此，宜將該部分?jǐn)?shù)據(jù)接收放到國(guó)內(nèi)，通過(guò)租用一臺(tái)云服務(wù)器即可滿(mǎn)足要求（可免費(fèi)提供固定公網(wǎng)IP地址）。項(xiàng)目的本地服務(wù)器再通過(guò)寬帶連接至國(guó)內(nèi)云服務(wù)器，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步至本地服務(wù)器即可。在本地中心站出現(xiàn)通信故障時(shí)，國(guó)內(nèi)的服務(wù)器仍可以正常接收到數(shù)據(jù)，待本地公網(wǎng)通信恢復(fù)正常后即可將缺失的數(shù)據(jù)同步至本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。另外，現(xiàn)在北斗衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)商都可提供從互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)推送北斗報(bào)文的服務(wù)，亦可通過(guò)該服務(wù)將北斗衛(wèi)星通道的數(shù)據(jù)推送到云服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異地災(zāi)備功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

以2014年建成的老撾南歐江梯級(jí)水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)為例，運(yùn)行至今已逾4年，除因公共安全問(wèn)題和水毀所導(dǎo)致的部分遙測(cè)站損壞外，其它遙測(cè)站一直穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，資料收集齊全，充分證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)備選型的可靠性和實(shí)用性，此后又陸續(xù)在一些其他境外項(xiàng)目得到應(yīng)用。

遙測(cè)站與中心站的設(shè)備是水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的核心部件，設(shè)備的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的工作與功能的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)行環(huán)境的差異性，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化選型，在一定程度上可增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，使系統(tǒng)長(zhǎng)期保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，為各級(jí)水電站施工期安全度汛、運(yùn)行期優(yōu)化調(diào)度等業(yè)主切實(shí)關(guān)心問(wèn)題提供決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周馳，鄧瑤，高超.乏資料流域的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-以南歐江梯級(jí)水電工程為例[J].水力電，2016，42（5）：36-39.

[2]SL61-2015.水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]聶 .水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)遙測(cè)站設(shè)備常見(jiàn)故障處理[J].東北水力水電，2012（8）：69-70.

[4]陳興發(fā).巖灘水電站水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)野外遙測(cè)站維護(hù)問(wèn)題探析[J].紅水河，2016（1）：82-85.

[5]姚永熙.水文儀器與水利水文自動(dòng)化[M].南京：河海大學(xué)出版社，2001.