观音阁水库水文遥测系统主备信道优化探析

金晶

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁 本溪 117110）

水库作为拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑，在给国民带来灌溉、供水、发电、养鱼等效益的同时，它还要抵御气候自然灾害，担负起主要的防洪减灾任务，充分发挥它的滞洪和蓄洪作用，最大限度地发挥其防洪减灾作用。在水库的控制运用决策上，第一前提要务是如何准确做出洪水预报和洪水优化调度，作为信息自动化的一部分，水库水文遥测系统如同洪水预报调度作业的“耳目”，发挥着极其重要的作用。系统传输水雨情等水文信息是否稳定准确及时变得尤为关键，如何保证数据传输通道是否畅通，主备信道的通讯方式选定变得至关重要。

1 水文遥测系统构建

目前，水库水文遥测系统大部分都采用自报式工作体制，通过前期系统设计、电测组网、组织施工、设备选型、调试运行系列建设，主要实现水库控制流域内水情、雨情等主要水文信息数据的实时采集和传输。系统一般由三部分构成：测站、中继站、中心站。流域内测站实时采集数据后，主要依托主要信道或备用信道依次完成数据传输通信，实时将数据返回到中心站。

信道包括有线和无线两种类型，通常有线包括PSTN信道，无线包括超短波信道、GSM信道、GPRS信道、卫星信道。由于受到地域条件和地理环境的影响，信道组网应因地制宜，信道通讯传输通常要求通信畅通大于95%，系统误码率小于1×10-5。

2 信道选择分析

PSTN即公用交换电话网，也就是人们日常家用的固定电话网，PSTN信道两端设备需要通过PSTN连接数据传输通讯时，两端需要安装调制解调器（Modem）实现信号的模/数、数/模转换。它的主要优势在于通信费用成本低、设备简单、抗干扰能力强，它的最大弊端是数据传输时效差，数据交换较耗时。与无线通讯方式相比较，它仍是一种不可替代的联网介质。

超短波即甚高频VHF波，它是一种频率从30兆赫至300 M赫的无线电波，多用于电视广播和无线话筒通讯传输信号。超短波信道两端通过架设电台和天馈系统实现水文遥测数据的收发通讯，它具有自主独立性强、通信质量好、传输速率快、易操作等优点，它的最大缺点是由于远距离传输水文数据过程中需要中继站转发数据，建设费用和维护费用较高，频点资源少，同频易干扰。尽管超短波信道在进行数据传输时存在一些问题，但其通讯技术应用历史长，技术成熟，稳定实用性突出，应用上收效显著。

GSM即蜂窝无线电通信系统，也就是人们经常使用的手机2G网络，目前我国移动和联通采用的均是GSM网络。其短信功能在水文遥测传输数据上得到广泛运用，GSM信道两端安装相应通信模块即可实现数据信号传送。它主要优势在于体积小、易安装、前期投入费用小，它的最大弊端是受覆盖范围限制，个别地区有盲点，数据容量有限，系统访问高峰期易产生数据传输拥堵和延迟现象，畅通率上，受当地运营商管理运行水平影响较大。

GPRS即通用分组无线业务的简称，它是GSM用户可用的一种移动数据业务，GPRS可说是GSM的延续。GPRS信道两端需要相应添加固定IP地址，方可实现数据通信传输。它的优点是功耗低，成本低、实时性强，延时时间短，它的最大弊端是受覆盖范围限制，个别地区无法接入，应用在水文数据远程传输上时，和GSM一样，保证畅通率上，受当地运营商运行管理水平影响较大。

通信卫星即用于通信的人造地球卫星，主要应用于国防建设，随着资源利用率的不断提高。在水库水文遥测监测上，卫星信道通讯越来越被广泛应用，卫星通过转发无线电信号，实现水库控制流域内的测站数据传送。它具有不受复杂地域和地理条件影响，数据通信传输畅通率高，传输容量大，传输地域广等优势特点；它的最大缺点就是应用复杂、站点配套设备投入和使用费用较高。

3 实地应用探讨

观音阁水库作为大Ⅰ型控制性水利枢纽工程，主要以防洪和城市、工业供水为主，兼有灌溉、发电、养鱼等效益。水库控制流域面积2795 km2，属多年调节水库，年调解径流水量9.47亿m3，流域内多年平均降水量850 mm。原有的人工报汛网在数据与处理方面均无法满足观音阁水库实时调度要求，为及时有效地实时掌握流域内的各水文参数，进而提高洪水作业预报精度和优化调度决策，于1997年开始建设水文遥测自报系统。运行初期暴露出一些问题，由于山高加上山路崎岖难行，设计原有的两个中继站一旦发生问题，维护往返需1 d时间，降低了系统的通畅率，抢修维护不便。2004年进行升级改造，在信道实地重新电测基础上，选用本溪县八盘岭广播电视中转站建立中继站，山上公路交通便利，维护方便，为有效保障通讯质量，采取了发射机功率增加至25 W、接收机灵敏度10 mV/m提高至6 mV/m等措施。

随着系统不断完善升级改造，系统运行稳定性得到提高，现由1个中心站、1个中继站、2个水文测站、8个雨量测站组成。系统采用自报式工作体制并兼有通话功能，各站间均采用超短波/GPRS两个信道，系统主信道采用超短波（230MHZ频点）通讯进行数据传输，备用信道采用移动GPRS通讯进行数据传输，数据定时自报间隔时间设置为1 h，中心站可根据接收的实时原始来报编码字头，识别判断主信道和备用信道的畅通与否。系统主备信道历经建库以来2005年和2010年大洪水的考验，主信道超短波通讯实际运行稳定。05813大洪水当天，受恶劣自然气候条件影响，该地区曾出现过2 h手机GSM通讯无信号的故障，因通讯中断，水库流域内3个省级人工报汛测站无法报汛。但是，以超短波通讯为主信道的观音阁水库水文遥测系统依旧稳定运行，获取雨情数据完整可靠，为防御大洪水提供了第一手数据资料。

4 结语

从确保水库防洪安全出发，水文遥测系统需要建立在信道通讯能够保持稳定畅通地基础之上，在气候恶劣条件下，最大限度地保证获取水文数据的连续性、可靠性。水库水文遥测系统通讯信道选择上，应尽可能选用超短波、卫星为主信道的通讯方式。随着GSM及GPRS网络的覆盖范围越来越广，维护能力水平的日益提高，应合理利用公网资源，可根据测站周边的基站运行稳定与否进行选择确定。一些特殊地域条件下，可采用PSTN作为备用信道。优化配置原则上，主信道和备用信道应采取互补原则，尽可能避免主信道和备用信道同时依靠一家运营商进行通讯，这样即使主信道发生故障，备用信道也可充分发挥替代作用。