衛星通信和物聯網技術在水文數據傳輸中的應用

劉春輝

河北省崗南水庫管理局 河北石家莊 050400

近代百年，通信技術發展迅猛，特別是無線通信技術的發展改變了人類的生活和生產方式，無時無刻都在感知著通信技術的服務。到20世紀末和21世紀初，除了智能手機、電視等在生活中應用，更多的通信新技術應用在工業信息數據的傳輸上，4G移動通信網絡、衛星通信、物聯網技術等誕生和發展，將過去人類想象似乎的不可能事情變成了現實，這些通信新技術在各行各業得到了廣泛的應用[1]。氣象和水文信息，作為水利行業的基礎信息，依靠通信新技術，較好地完成了數據的采集和傳輸，服務了社會，本研究著重論述目前通信新技術在水文數據傳輸中的應用。

1 水文數據傳輸技術選擇

通信傳輸是水文自動測報系統的重要組成部分，在水文自動測報系統中，通信傳輸是指遙測站所采集數據由通訊設備經過通信信道實時發送到系統中心站的過程。水文自動測報系統通信傳輸常采用超短波信道、短波信道、衛星信道、GSM信道、GPRS信道或以上方式的混合等多種有線無線通訊方式。隨著我國衛星技術的發展，目前我國已經構建起了完整的衛星通信體系，覆蓋面已經能夠保證全球通信的需求，并且衛星通信在氣象、交通、航空等多個領域取得了極其重要的應用價值，為人們的生活帶來了巨大的改變。衛星通信是地面無線電通信站利用空間衛星作為中繼而進行的通信，衛星通信系統由空間衛星和地面站兩部分組成。衛星通信具有通信范圍大、靠性高且不易受陸地災害的影響、多址通信及多址聯接等特點。在通信質量、可靠性、系統維護等方面，具有其它通信方式無法替代的優勢，特別適用于地形復雜、覆蓋范圍大的水情自動測報系統，是大面積收集水情數據的一種較為理想的通信方式。

2 衛星通信和物聯網技術在水文數據傳輸中的應用

2.1 物聯網水文監測系統

①傳感器智能接口開發。物聯網水文監測系統使用傳感器（水位計、流速計）進行水文信息實時采集。通過熟悉水位、流速傳感器的原理以及數據讀取、數據轉換等完成傳感器智能接口的開發，擬采用IEEE1451標準[3]。IEEE1451是一個智能傳感器接口的標準族，其定義了一系列為使智能傳感器連接到微處理器、儀表系統以及現場控制網絡的開放、通用的標準，該標準給傳感器配備了一個通用的軟硬件接口，使其可以方便地接入現場總線以及Internet。②數據融合與智庫實現。主要對采集到的傳感數據進行篩選、過濾、存儲、處理、人機交互等，利用數據處理平臺與服務器，采用WEKA工具挖掘水位與流速的關聯關系，融合各種數據處理算法，形成智能決策系統，實現友好的人機交互與Web服務。③傳感器、無線網絡與智庫的集成。無線網絡的選用擬根據水文站、水庫、流域的現場情況而定，在鋪設有線Internet的現場，可以通過覆蓋無線WiFi網絡實時獲取各傳感器數據、視頻、圖片等信息；在沒有Internet而有手機移動網絡的現場，可以采用GPRS等網絡傳輸數據；在沒有Internet與手機網絡的場所，擬采用北斗短報文方式傳輸數據。

2.2 物聯網技術下水文監測系統評估分析

為了進一步提高物聯網水文監測效率，促使該體系發揮價值，還需要對其使用展開全面的評測與分析，明確各個網點的信息篩選以及監控內容是否在合理范疇之中，尤其是在環境復雜的區域，自然條件因素如溫度、濕度等，都會極大程度上影響正常的信息傳導，使得水文信息的反饋不及時或不準確[4]。因此，任何物聯網技術下的水文監測，都需要提前做好把控，才能保證穩定運作。需要分步驟地進行各類單獨測試，做到逐一排查潛在問題，達到最佳的使用成效。

2.3 VSAT衛星系統在水文上的應用

VSAT寬帶通信衛星系統，天線口徑小，通常為0．3-1．2m，典型的視頻傳輸帶寬在2Mbit/s左右，可以用來實現數據和視頻監控的信息傳輸。水文站點分布較廣，根據流域的特性和水系而布設，水文站有設置在大山深處或國家的邊境地區，這些地方人煙稀少，往往4G移動網絡信號沒有覆蓋，要想把水文信息及時傳輸出來，只有依靠通信衛星系統。水文工作中監測的要素主要有水位、雨量、流量等信息，其信息數據流量小，選用窄帶通信衛星系統就可以實現，但在工作中還需掌握監測斷面的實況信息，特別是自然災害發生時，需要將水文站點周邊的工情工況等監控視頻圖像及時傳輸到決策指揮部，為決策機構提供技術支持。因此為了提高水文監測的能力[5]，根據VSAT通信衛星系統特性，選用VSAT寬帶衛星通信系統可以滿足需求。

3 結語

水文測報工作經歷了原始的人工測、算、報、整的過程，隨著我國水文信息化發展，從20世紀90年代開始，逐步建設了水情遙測網，進入21世紀水文工作信息化發展迅速，水文數據的采集和傳輸基本實現了自動化，測報實現在線，可以及時實時地提供水文數據，同時也對現代通信技術提出了更多的需求。如何應用現代通信新技術，解決點多、面廣的水文監測數據通信傳輸，確保高質量的信號發送，有力保障水文監測工作的發展。