灌區信息化通信組網的方式探討

龐軍城，張 坤，王寧渝

（江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012）

通信系統是信息化管理平臺的樞紐，是灌區系統信息采集，各部門對水資源管理、渠道運行管理、水資源配置，各部門通信、視頻會議（電話會議）的重要基礎，在灌區信息化系統中扮演著非常重要的角色。隨著現代化農業不斷發展，對于國內諸多灌區，特別是大型灌區，如何解決通信傳輸問題成了信息化發展的一大瓶頸。

1 灌區特點對組網通信網絡的影響

就灌區而言，其受到當地環境、管理模式、經濟發展等影響，組網不能單憑借一種技術模式實現組網目標，而是應結合各類技術手段構建網絡體系。

1.1 地理位置

大部分灌區處于山區丘陵渠道，基本都是沿著山前等高線布設總干、干渠，灌區周圍的山地、河流數量較多，地形起伏較大。因此，在整個灌區領域散落布置水量采集點、視頻監控點、閘門控制點，如果是建設通信塔，就會受到地理環境以及資源分布影響，點與點之間的直線傳播難度大。

1.2 管理模式

一些大型灌區由灌區管理局負責統一取水，然后通過各個樞紐完成配水工作，給各個區域灌溉，經營運行模式相對獨立的。因此，大型灌區通常具有取水分散、多點配水、雙重管理的特性，在組網框架中，應按照灌區管理模式設置信息中心，分級管理。其中，信息中心負責獲取灌區運營信息，各分級管理系統可對信息系統進行設置，各個分中心自成體系，運行相對獨立[1]。

1.3 發展現狀

灌區覆蓋范圍廣，不同鄉鎮、村落經濟差異較大，導致較為發達地區的網絡系統較為完善，欠發達地區多數是未接入公網或處于初期接入階段，這限制了灌區組網內容、結構、形式。

2 灌區組網方案對比分析

2.1 自建通信系統組網

（1）無線傳輸方式。部分灌區在信息化建設中更傾向于修建通信鐵塔，自主建設無線網絡。該方式的主要優勢如下：①不僅可以實現當地統一防汛調度，還可以利用周圍的已經建設通信鐵塔基礎資源，降低一部分投資；②雖然新建鐵塔一次性投資較大，但后期運維費用較低，灌區信息系統運用經費負擔不大，可借助國家、地方投資用作經營支撐。該方式的主要劣勢如下：可能會受到灌區地理環境限制，需增建多個中繼站，總建設成本較高，運行直接受到氣候環境影響，難以保證信號的穩定性。

（2）自建光纖傳輸方式。自建光纖對專業要求非常高，維護工作量較大，雖然過去灌區信息化建設中自建光纖傳輸方式規劃設計手段不完善，但后續隨著自建光纖技術的不斷完善和推廣，其優勢也在不斷顯現。該方式的主要優勢如下：①可沿著渠道布置測站、水閘等信息化節點，在網絡結構層面上鋪設光纖組網；②自建光纖具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、保密性好等優勢。該方式的主要缺陷如下：各個網絡節點的間距較遠，自建光纖一次性投資較大，自行維護工作量大，同時渠道需要穿越河流、山谷，在架桿、深埋等鋪設流程可能受到場地環境限制[2]。

2.2 公網傳輸方式組網

（1）有線傳輸。隨著網絡覆蓋面越來越廣，利用公網組網的案例也不斷增多。該方式的主要優勢如下：①隨著灌區覆蓋區域不斷發展，公網覆蓋面積和延伸區域不斷增加，為灌區公網組網提供了有利條件；②公網使用費用逐年下降，網速逐年上升；③公網的兼容性、穩定性、安全性非常好，是灌區組網的主要趨勢之一。該方式的主要缺陷如下：①灌區多處于鄉村，地理位置較為偏僻，與城鎮時間的距離較遠，公網通信寬帶受限，不能完全覆蓋運營范圍；②公網常年使用、長期維護費用高；③在有線網絡傳輸下，灌區水情、工情信息傳輸存在較多局限性。

（2）無線傳輸。雖然如今已經有了4G通信技術乃至5G通信技術，但灌區地區偏僻，故依然以GPRS通信為主。GPRS通信技術適用于突發性、間斷性、頻繁性、多點分散、中小流量數據信息傳輸。該方式的主要優勢如下：①數據傳輸穩定性高，建設費用較低；②技術成熟，應用便捷；③設備功耗低，可長期運行，維護成本低，且會隨著運營商設備升級而升級。該方式的缺陷如下：①GPRS自身特性決定了該項技術的適用范圍受限，且受網絡終端影響數據傳播速率較低；②GPRS采用不同方向傳輸數據到接收終端，在無線網絡傳輸數據過程中，可能會出現分組丟失、錯誤等問題[3]。

3 灌區信息化通信組網方式

3.1 基本思路

綜合考慮各類灌區組網的優劣勢，應采用綜合組網方案，利用現有的公網資源，構建有線與無線、公網與自建的綜合傳輸方案，統籌兼備、因地制宜完成組網建設，短距離干線自建光纖，在干線上匯聚重要信息化節點，散點借助GPRS獨立傳輸，采用各種傳輸方式實現優劣互補，從而實現信息傳輸網絡的優化目標。

3.2 網絡架構建設

很多主干網都是選用無線傳播技術，但受距離、氣候等因素限制，工程建設難度大，數據傳輸質量較差，無法滿足一步通信的標準。針對這一問題，可以采用光纜通道來保證傳輸率、穩定性，提高整個系統的互操作性。考慮到鋪設光纜成本高、施工周期長，實際操作中可采用資源置換方案，組建總局到灌區管理局的公網光纖鏈路（速度為100～300M）用作灌區主干通信傳輸鏈路。如果之前有無線傳輸鏈路可用作應急備用，主要借助公網構建高速、穩定、安全的通信渠道負責一、二級數據通信業務。

分干網建設主要采用互聯網接入方式，應用網絡寬帶系統，保持中高等傳輸速率，借助管理局信息中心IP地址，實現管理局和干渠管理部門的通信連接。

基層網借助光纖接入方案與配水樞紐連接，樞紐借助VPN與管理局信息中心連接，干渠管理部門和管理所借助網絡連接。水量采集點借助采集系統，通過GPRS輸送到管理局信息中心，信息中心獲取信息后進行統計、處理，實現統一管理模式。干渠管理部門根據上級授權權限訪問網站和中心軟件，管理采集點的數據信息，同時對數據信息進行使用、備份[4]。

3.3 無線寬帶系統

借助射頻技術構成局域網，如今無線傳輸技術在短距離信息傳遞的質量有了保障，在短距離信息傳遞可以使用無線寬帶系統。由于灌區數據節點具有覆蓋面廣、分布零散等特點，因此在無線寬帶組網時可以選擇多點、點到點的靈活組網方案。無線寬帶設備主要用于二、三級節點間的數據傳輸，帶寬設計為100～300M，整個無線系統基站設置GPS芯片，與GPS技術結合實現全同步。在整個系統設計中，應對視頻監控、語音、瀏覽器等進行優化，縮短分組包的延遲時間，提升信息反饋速度。

3.4 水情數據通信網絡系統

灌區信息化建設中需設置大量、分散的數據采集點，出于實用性、成本等方面考量，應采用體積小、耗能低、成本低的傳輸設施實現無線遠傳。水情數據通信系統對信息采集的優先性、可靠性、及時性、精準性有非常高的要求，應采取低能耗、可移動、無線的通信模塊，網絡布局為“一對多”的布局形式[5]。無線數據傳輸可根據集控中心距離、網絡條件等情況，選擇通信供應商GPRS通信模塊，確保覆蓋無盲區，如圖1所示。

圖1 水情監測示意圖

3.5 IP語音通信網絡

IP語音電話主要是借助無線寬帶通信設備、計算機廣域網絡實時傳播語音數據，為其提供電話服務功能。IP語音電話在我國普及度較高，語音傳輸技術經過十幾年發展已經十分成熟，因此可以充分利用帶寬資源，對IP電話進一步推廣和普及，開通相應的IP網絡業務，降低通信成本投入，提高各個部門溝通交流便捷性，減少通信費用[6]。

結合灌區總局架構模式以及各項業務特性，信息中心機房作為IP語音通信網絡系統核心接入二、三級節點的基層單位，挑選高性能語音交換機設備用于全區范圍呼叫處理、用戶管理，交換機、中繼系統對接，實現管轄區域內通信，實現IP語音護筒。IP語音系統的撥號方式、號碼分配與普通手機操作并無明顯差異，用戶可直接使用，不同單位根據用戶使用量可以選擇性接入32用戶或8用戶。IP語音系統既可與相應的IP語音對象互通，又可直接與移動通信用戶互通。

3.6 無線固話平臺

灌區受特殊條件限制，存在布局難、無線安裝難、通信成本高等特性。這一問題可以借助無線固話平臺解決，且該方式可以最大程度上保證通話質量。將老舊的電臺通信系統淘汰，借助電信運營商提供的無線網絡，在原有的點、段、站更換為無線固話平臺，可以直接與語音IP電話互通，實現無障礙電話通信。另外，建設無線固話平臺之后，可采用接口與普通電話通信，與當地運營商合作，通話使用網絡資源，使用戶可以像用普通固話一樣進行通信交流，從而實現IP語音電話的免費互通與交流。

4 結束語

綜上所述，在灌區信息化通信中，做好組網方式選擇和網絡系統建設是非常重要的一環，也是推動灌區信息化發展的第一步。考慮到不同灌區的地理條件、使用要求不同，其通信條件存在一定差異，因此應結合當地實際情況，剖析各類組網方案的優劣勢，采用綜合網絡通信模式解決各類組網方式的問題，從而實現全面覆蓋、經濟適用的目標。