水文遥测卫星信道与GPRS信道对比分析

张乐晖

摘要：通过对黄山水文水资源局下属8个站点卫星信道与GPRS信道在2017年和2018年同时期的数据资料进行对比分析，查找卫星信道在试运行过程中的问题及其成因，结合实际从技术和管理两方面对改善卫星信道运行质量提出建议。

关键词：水文遥测；数据传输；卫星信道；GPRS信道

安徽省水文系统各分中心长期以来只依靠单信道接收遥测数据，一旦信道出现故障，将可能导致多站点遥测数据中断。为解决这一问题，提高水文遥测数据传输的保障率，省水文局与沃特水务科技有限公司合作开发了水文遥测卫星信道数据传输系统，并在各市局开展试运行实验。

2016年起至2017年3月，黄山水文水资源局（以下简称黄山局）下属的8个站点陆续建设了卫星信道数据传输系统，至2018年7月，卫星信道已经在这些站点试运行了一年多，为分析卫星信道在这段时间内的运行情况以及其数据传输是否达到了预期的使用标准，以同站GPRS信道（多年来运行稳定，传输数据稳定可靠）的数据为参照，从雨量数据和水位数据两方面对比分析卫星信道在2017年4至6月和2018年4至6月间数据传输的通畅率和可靠性。

一、站点分布及概况

黄山局共选择了祁门、新亭、渔梁、月潭、三阳坑（梅溪）（以下简称梅溪）、儒村、石门、五城8个水文站或雨量站建设了卫星信道的数据传输系统，这些站站点都处于皖南山区，站点所在群山环绕，周边山峰海拔均高出站点100m以上。

8个站点中儒村、石门、五城三站仅传輸雨量数据，梅溪站仅传输水位数据，其余站点传输雨量和水位数据，除月潭站以外，其它站点的卫星信道和GPRS信道的信源均为同一个远程终端单元（RTU）。

二、数据对比分析

（一）雨量数据统计分析

1.综合统计

统计了各站点卫星信道和GPRS信道2017年4-6月和2018年4-6月间总雨量差值及时段雨量（1h）的缺失和偏差情况，2017年4-6月卫星信道传输的雨量总值较GPRS信道偏小较多，而2018年4-6月间，除月潭站的卫星信道雨量数据传输完全中断，整体上看卫星信道雨量数据的质量较2017年4-6月有了一定的提高，但卫星信道传输的雨量仍小于GPRS信道的雨量。

2.数据分析

因无法直接读取卫星信道雨量原始数据，为进一步探究造成卫星信道雨量数据传输缺失和偏差的原因，选取五城站为代表，统计该站两条信道传输的月雨量、次雨量、日雨量、时段（1h）雨量并分析卫星信道数据传输的问题，成果如表1～表2。

表1中，按GPRS信道的雨量划分量级，统计了五城站卫星信道与GPRS信道的日雨量相比量值偏差的日降雨频次和频率。表2中，按GPRS信道的雨量划分量级，统计了五城站卫星信道与GPRS信道的时段（1h）雨量相比量值偏差的日降雨频次和频率和不同量级的偏差值及百分比。

按照以上分析方法，对其余站点情况进行分析后，发现各种站点2018年卫星信道的数据传输质量确实好于2017年，但是降雨越大，卫星信道的传输质量就越差，尤其是在发生暴雨时，卫星信道的雨量数据传输基本不能在一场降雨内保持稳定。

另外，仔细分析两信道时段（1h）雨量的资料，发现卫星信道传输数据缺失和偏差表现为量值偏差和传输滞后，量值偏差即同时段内卫星信道传输的数据与GPRS信道不一致（主要表现为卫星信道的数据偏小）；传输滞后即为卫星信道和GPRS信道传输的雨量总值一致，但时间相对滞后。而且，2018年的5月18日～21日、6月29日～30日包括五城站在内的7个站点，其卫星信道雨量数据传输长时间中断。

（二）水位数据统计

1.综合统计

统计了各站点卫星信道和GPRS信道2017年4-6月和2018年4-6月间整点水位的缺失和偏差情况。从表中可以看出，梅溪站和月潭站2017年4-6月卫星信道传输的整点水位数量较GPRS信道缺失较多，偏差数据的占比较高，而2018年4-6月的情况大为好转。其余站点卫星信道水位数据确实情况变化不大，但是数据偏差情况得到了明显改善。

2.数据分析

为进一步探究造成卫星信道水位数据传输缺失和偏差的原因，分别选取情况较好的新亭站和情况较差的为代表，分析对比两条信道所传输数据点绘的过程线。通过对比过程线，2017年4-6月梅溪站卫星信道传输的水位过程与做参照的GPRS信道相差很大，而新亭站的则基本一致，2017年4-6月梅溪站和新亭站卫星信道传输水位有两次中断，分别为5月15日至21日和6月29日至30日，其余时段卫星信道传输的水位过程与GPRS信道基本一致。这样的数据中断同样发生在其余3个站点，若剔除这两段中断，则2018年4-6月5个站点卫星信道整点水位数据传输的准确率超过80%，其中月潭站的准确率超过90%。

三、存在问题及原因探究

对于卫星信道数据传输存在问题的原因，由于缺乏准确的实验数据做支撑，这里结合上述分析对其进行一些探讨：

（一）信号源

目前黄山局8个站点除月潭站以外，其它站点的卫星信道与GPRS信道的信号源为同一个远程数据终端（RTU），故卫星信道的问题应与信号源无关。

（二）天气因素

卫星信道依赖卫星作为中继传输数据，而黄山局8个站点雨量数据缺失和偏差的现象在暴雨时更为严重，而暴雨时天气状况较为恶劣，猜测有可能是地形和天气地因素影响了地面和卫星间地通信，从而导致数据的缺失和偏差。

（三）地形因素

通常认为所在地形对卫星通讯是有一定的影响的，黄山局8个站点基本都处于皖南山区的山间谷地，可能不利于卫星信道保持通畅。

（四）接收终端因素

2018年5月中旬和6月底黄山局所有站点都发生了卫星信道长时间中断的情况，并且5月中旬的中断恢复后，期间的累计雨量并未丢失，应当是接受终端发生故障。

四、结论

（一）总体而言，水文遥测卫星信道在黄山局试运行初期运行质量不高，数据传输通畅率低，经过一年多的不断调试，目前卫星信道运行质量已经有了一定的提升，但仍未达到实际应用的标准。

（二）2018年黄山局各站卫星信道传输的雨量数据准确率不高，雨强较低时准确率尚好，而暴雨时问题尤为突出，这与建设备用信道的初衷和目标不符，起不到加强暴雨洪水时保障水文信息通畅，未水文预报、防汛抗洪提供支持的作用。

（三）2018年黄山局各站卫星信道传输的整点水位数据基本能够反应水位变化情况，剔除数据长时间中断的时期，数据到位率达到了8-9成，有一定实用意义。

（四）黄山局各站卫星信道在运行时发生过长达数天的中断，这是实际投入使用后不能够出现的情况，必须予以重视。

参考文献：

[1]韩宇.浅析水文遥测卫星信道运行[J].科技资讯，2017（5）.

[2]王东东.试论如何更好的控制遥测卫星信道运行[J].科技向导，2016（4）.