水文测报系统通讯规约和协议的规范

康一彬

（四川省水文水资源勘测局，四川 成都 610036）

1 问题的提出

水文自动测报技术是现代水文测报自动化的重要手段，建设始于 20 世纪 80 年代，系统主要以对外引进为主，其中典型的是由当时国家水电部引进的四川卧龙保护区渔子溪和长江大宁河 2 大水文自动测报系统。随着我国计算机、微电子技术等基础条件的改善，我国许多企业开始研制、建设水文自动测报系统。到目前为止，粗略估计已建成各类水文自动测报系统数千处。为规范水文自动测报系统建设，早在 20 世纪 90 年代国家水利部就出台了SL61-94《水文自动测报系统规范》[1]，该文件和后来的修编版 SL61-2003《水文自动测报系统规范》[2]对当时混乱的水文自动测报系统的相关定义进行了规范，对系统组成和设备的技术要求、通讯方式等进行了规定，对引导水文自动测报系统初期发展起到了非常积极的作用。然而，由于受当时技术条件的限制和各地发展的不平衡，以及自动测报通讯基本上都是依赖自建网络进行信息传输，传输方式相对单一，各企业生产的水文自动测报系统设备互不兼容。特别是，由于通讯方面没有统一的规约，不但不同企业生产的设备在同一水文自动测报系统中无法直接代用，就是同一企业生产的先后产品也鲜有完全兼容，这给系统建设、扩容、升级均带来严重的限制。统一通讯协议和规约已成为水文自动测报发挥信息共享组网的急切需求。

2 统一通讯规约的可行性和必然性

随着社会经济的高速发展，水文自动测报系统已由当初仅用于收集防汛信息，向着既采集防汛信息又收集基本水文资料，既服务于水情预报又服务于灾害预警等方向发展。在 1 个行政区域内可同时出现许多不同应用侧重的水文自动测报系统，包括：主要用于江河和重点城市防汛的水文自动测报系统，如国家防汛指挥系统的水情分中心；用于山洪灾害预防的水情信息预警系统；用于水库等水利工程运行调度的水情自动测报系统；用于水资源信息采集的水资源信息采集系统。如在满足各类系统基本功能的情况下，将各类系统接收的信息进行整合，可以最大限度地提高各系统的总体效能，增加经济和社会效益。这是统一水文自动测报通讯规约和协议的社会需求。

随着电子技术等工业和社会基础的发展，水文自动测报系统设备进步很快，其中水文数据采集终端机的可靠性得到很大提高，可连接多种类型的采集传感器，不但可以采集传统的雨量和水位要素，还可以采集气象、墒情、水质等要素，有的数据采集终端甚至具有对外进行简单控制操作的功能。为适应这种多功能、多用途的需求，许多水文数据采集终端机都具有很强的二次开发能力，可针对不同的项目和用途对采集项目、控制模式等进行开发。在区域内对通讯实施统一的协议和规约在技术上是可行的。

根据对水文自动测报系统统一通讯协议和规约的需求及应用条件分析后，认为水文自动测报系统信息传输具有实时性要求较强，单次信息量较小，传输信息类型较少，一般不具有反向控制需求等特点。随着移动通讯平台和卫星数传系统的发展，这些技术具有水平高，专业保障能力强，技术更新及时，向下兼容性好等特点。公众信息传输平台具有完善的信息传输纠错容错机制，通讯误码率极低。因此在当前情况下可充分应用公共网络，而不需要自己组网。这就降低了利用公众信息传输平台传输水情信息时进行信道编码所需的措施难度，利用公众信息传输平台传输水情信息已成为水文自动测报技术发展的最主要优化通讯选择条件。

综上，在一定区域范围内对所建水文自动测报系统实施统一的通讯规约和协议是社会发展的需求，技术上是可行的，同时也是发展的必然。

3 统一通讯规约和协议的制定

2008 年，国家防汛抗旱指挥系统一期工程四川省部分水情分中心开始建设。根据国家招投标法和项目建设规定，此项目必须实施公开招标，多个水情分中心可能会由多个承建单位分别建设。为避免因各单位实施的通讯协议和规约不同而造成系统互不兼容，造成信息不能由同一平台接收和处理，以及使设备的维修和互换及日后的系统升级困难，在国家或行业尚未出台统一的技术标准的情况下，四川省水文水资源勘测局以该工程为契机，着手实施编制了 SCSW008-2008《水文测报系统技术规约和协议》，在工程建设中强行使用。

其通讯规约中 1 条传输指令的基本组成格式是：“引导符”+“采集站号码”+“数据类型码”+“数据（或指令）码”+ …… +“校验码”+“结束符”[3]。

在规定和编制时应考虑以下几个方面：

1）结构完整且简单实用。通过上述格式可以看出，编码结构是完整的。通过采集站号码可识别信息源或中心下达指令的目标站号；规定不同的“数据类型码”可以衍生和指出后续“数据”的属性是自动采样的要素数据或是操作参数及控制指令等不同类型；加上“校验码”和“结束符”保证了 1 帧通讯数据的完整性。

2）易读。该协议从结构和信息定义上基本参考了 SL330-2005《水情信息编码标准》[4]技术文件中的 A 格式，使熟悉上述标准的使用者易于掌握和使用本协议和规约。同时，本协议和规约的基本格式采用了计算机常见的 ASCⅡ 码，易于在计算机上直接显示，并可在手机上以短信息形式显示，理解编码规则的人员无需专门的软件翻译或转换就可以看懂报文。

3）易扩展。该协议和规约除前面的“引导符”+“采集站号码”和后面的“校验码” +“结束符”在 1 帧传输中唯一出现外，其核心部分的“数据类型码” +“数据（或指令）码”是相互独立的“信息片”，根据具体需要，“信息片”中的“数据类型码”和“数据（或指令）码” 可叠加和扩展，并可不断地扩充定义和应用至不同环境。

4）可压缩。除在一定应用环境可以省略“引导符”而达到一定压缩比目标外，每帧编码都可以由ASCⅡ 码格式转换为二进制方式传输，使编码效率大大提高。最典型的应用是，使用移动通讯的短信平台传输的 200 余字节的 ASCⅡ 码水情报文，通过压缩转换后，可以通过仅有 98 字节容量的“北斗”卫星信道传输。

5）充分借助公众通讯平台。现在应用较为普遍的有移动通讯的 GSM，GPRS，3G 系统，“北斗”、“海事”卫星传输系统等，由于公众通讯平台自身通讯保障措施完善，误码率极低，需传输的水情信息可包裹于公众通讯平台的信息流内，这就简化了因自建信道组网对通讯编码中通讯冗余和容错、纠错的需求，使通讯格式更加简单。

根据以上原则和具体的规定及定义，本协议编码按照格式字节压缩与否可分为“基本格式”和“混合格式”；按照传输帧的属性可分为“数据发送类”、“信息查询指令类”、“参数设置指令类”及“目标站号设置和修改指令类”等类型。通过初步应用，这些类型指令基本上满足了当前水文自动测报系统信息交换的全部需求。

4 水文测报系统技术规约和协议应用情况

SCSW008-2008《水文测报系统技术规约和协议》制定完成后，当年在国家防汛抗旱指挥系统一期工程，四川省的达州、南充、成都及绵阳水情分中心开始正式运用。由于为首次实施，四川省水文水资源勘测局和水情分中心的承建商密切配合，对其中的细节进行了初步完善。4 个水情分中心计 104 个站点全部应用该协议，其中水位（雨量）站点 66 处，雨量站点 38 处。4 个水情分中心建设完成后，又以该规约和协议对“5.12”地震应急监测站点 77 处进行了改造，随后应用此技术建设了达州地方水情报汛站 40 余处；2009～2010 年期间，应用该协议建设了 212 处灾后重建水文自动测报站点。截至目前，包括即将建设的中小河流洪水易发区水文监测系统 276 个站点，四川省共有 600 多处水文自动测报站点应用该协议。水文自动测报系统统一通讯规约和协议带来的技术效益初步显现。

5 结语

虽然水文自动测报系统通讯协议和规约的规范仅处于初步阶段，但其应用效果已经初步显现，从遥测站应用效果看，只要采用统一规约和协议，在维修时可采用单站整体代换的维修方式，而不需看其设备是哪个系统购置或哪个企业生产的；从中心站硬件上看，中央和地方报讯、地震应急监测，以及灾害重建水文测报等系统可用 1 套相同的接收终端接收水情信息；同时，由于信息形成的存储格式和标准一致，在应用这些信息时可用同一套处理软件，由于信息采集时兼顾了水情预报和基本资料收集的多重需求，该方式也基本解决了水文资料整编的信息需要。通过统一水文测报系统技术规约和协议，使水文水情信息的收集、处理效率大大提高。

当然，由于该项工作尚处于起步阶段，现在还存在一些技术薄弱点和未达到理想的规模效应。为此，必须抓紧以下 2 方面工作：1）继续完善已经出台的协议和规约，使其更加科学、合理、高效；2）要继续推广统一的水文自动测报系统协议和规约。由于SCSW008-2008《水文测报系统技术规约和协议》仅是四川省水文局的内部规定，对社会并不具有法律的约束力，其推广应用明显乏力。如果能上升为地方或者是行业的技术标准，将使该技术推广更有力，社会和经济效益将更加明显。

[1]水利部水文调度中心. SL61-94 水文自动测报系统规范[S].北京：中国水利水电出版社，1996: 15-18.

[2]水利部水文调度中心. SL61-2003 水文自动测报系统规范[S]. 北京：中国水利水电出版社，2003: 17.

[3]四川省水文水资源勘测局. SCSW008-2008 水文测报系统技术规约和协议[S]. 成都：四川省水文水资源勘测局，2008: 16.

[4]水利部. SL330-2005 水情信息编码标准[S]. 北京：中国水利水电出版社，2005: 4.