境外水情自动测报系统的设备选型

柴峻

摘 要：文章以老挝南欧江梯级水电站水情自动测报系统为例，分析了在高温高湿、交通不便、季节性缺电等环境较差的条件下，水情自动测报系统的遥测站与中心站设备选型需要注意的问题，提出了相应的解决方案。

关键词：水情自动测报系统；遥测站；中心站；南欧江梯级水电站

中图分类号：P335 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0059-02

Abstract： Taking the hydrologic automatic measuring and reporting system of the Cascade Power Stations in Nam Ou River Basin of Laos as an example， this paper analyzes the poor environment such as high temperature and high humidity， inconvenient traffic and seasonal power shortage， etc. The equipment selection of telemetering station and central station of hydrologic automatic measuring and reporting system should be paid attention to， and the corresponding solutions are put forward.

Keywords： hydrologic automatic measuring and reporting system； telemetering station； central station； Cascade Power Stations in Nam Ou River Basin of Laos

水电站水情自动测报系统是采用遥测、无线通信、计算机应用等技术，实现了水情信息的自动采集、发送、接收、处理及水文预报，将为梯级水电站的联合调度提供支撑数据，是确保水电站施工及运行安全、充分发挥电站运行效益的技术保障系统。系统主要由遥测站、中心站及通信网络构成。遥测站是系统的感知端，承担着流域内水情数据的采集、处理与发送的重要任务。中心站是本系统的“中枢神经系统”，负责信息接收与处理、数据库管理、为水情预报和信息服务提供软硬件平台。

水情自动测报系统在国内与国外的运行环境存在一定的差距，根据这些差异性，对设备进行优化选型，在一定程度上可增强系统的可靠性与稳定性。

1 项目概况

南欧江是湄公河在老挝境内最大的一支支流，其流域面积25634km2。南欧江干流河段按“一库七级”分两期开发，是中资公司目前在老挝唯一获得全流域整体规划和投资开发的水电项目。南欧江梯级水电站水情自动测报系统由1个中心站、70个遥测站（30个遥测雨量站、8个干流控制站、4个支流控制站、14个坝前尾水永久站、14个上下围堰临时站）组成。遥测采用移动公网与北斗卫星双发通信，遥测站的传感器类型包含了雨量计、气泵式水位计、压力式水位计、雷达式水位计。

2 遥测站与中心站设备选型的要点

2.1 遥测站的设备选型

项目建设区域处于老挝北部山区，森林茂密、高温高湿、交通不便，部分地区公共安全问题突出，在水情自动测报系统遥测站的建设与运维过程中，相对于国内类似项目应在设备的可靠性、兼容性、容灾性等方面提出更高要求。

2.1.1 提高遥测站设备的防护标准

老挝北部属于亚热带气候，遥测站所处环境高温高湿，蚊蟲较多，对设备的考验也变得更苛刻，因此，要求采用的设备具备较好的防潮防虫能力。

2.1.2 数据传输单元（DTU）需要支持多种通讯制式

老挝虽然通信基础设施较差，但部分地区起步采用的技术要比国内先进，直接跨入了3G时代，部分地区的2G（GMS）网络只提供语音和短消息服务，移动通信的数据业务是承载于3G/4G网络的，因此国内较为通用的GPRS（GMS系统的通用无线分组业务）模块可能在老挝个别地区就不适用了。因此，在进行DTU的选型时，应尽量选择支持全网通的终端。

2.1.3 遥测终端（RTU）应具备良好的兼容性和可配置性

本项目覆盖了梯级电站的建设期与运行期，梯级电站分两期开发，在施工区附近的测站可能会随着施工进度或施工方式的影响导致所采用的传感器的类型进行被迫调整，或因工程建设的需要新增临时性的站点。这样的设计变更并不是项目初期就能遇见的，在执行变更时涉及到变更申请、审批、设备采购等环节，历时较长。若等到全部流程执行完在进行测站改建，已无法满足水情预报服务的需求了。通常需要将实施部门现有的传感器或其他专业现有的传感器进行集成，先行使用，很有可能遇到现有的传感器品牌型号与RTU内置的采集指令不一样的情况，这就对RTU的兼容性提出了要求，需要RTU的兼容性强、具备底层采集指令可配置性。因此，遥测终端的选型除了需要满足《水文自动测报系统技术规范》SL 61-2015中要求的遥测终端的功能与接口外，还需要传感器的采集指令可配置化。

2.1.4 遥测站的数据采集与存储需要具有一定的冗余性

老挝山区的经济落后，部分村寨无市电使用，治安条件较差，遥测站的太阳能板与蓄电池经常被作为偷盗的对象。随着物联网的发展，如今水位传感器的功能也多样化，集成度也越高，一些型号的水位计将电源、数据采集和存储的功能都集成在了水位传感器上，在外部电源被盗的情况下仍然可以进行数据采集与存储。在测站修复时可以将缺失部分从本地拷贝出然后补录到水情平台，一定程度上降低了损失。

2.2 中心站设备选型

随着云计算的发展，目前租用公有云PaaS服务来实现水情自动测报系统中心站功能，可大幅度降低了投资成本，同时北斗通信运营商也支持数据接收云服务，但这一切都需要建立在稳定可靠的互联网上。老挝通信基础设施的不完善限制了云服务的使用，同时季节性缺电与电力设施的不完善对本地化中心站的建设与运行提出了更高要求。

2.2.1 服务器易出故障的部件应采用冗余配置，以提高可靠性

项目现场的机房环境与用电的可靠性与国内存在较大差距，有可能经常出现突然断电情况，且有时恢复供电的时间间隔较长。一些因此导致服务器中容易出故障的部件（电源、硬盘）应采用冗余配置，以提高服务器的可靠性。目前主流服务器都支持冗余双电源，自带磁盘整列卡，水情自动测报系统中的数据多数是关系型数据，对磁盘的占用量不高，因此服务器的存储应采用安全性最高的RAID1或RAID10磁盘镜像整列，对于对数据读写性能较高的服务器采用RAID10磁盘整列，要求不高的采用RAID1整列，每台服务器都应采用冗余双电源供电。

2.2.2 采用服务器虚拟化技术，减少物理服务器数量，降低整体功耗及系统故障修复时间

在以往的水情自动测报系统中心站的设计与实际部署过程中，由于服务器硬件性能相对适中，主要根据系统中的应用软件的类型进行服务器的功能划分，相应的软件独立占用服务器，以便系统运行稳定。即一个物理机，对应一个操作系统，一个操作系统对应一个或一类应用程序。但这样的设计并不利于境外项目的开展，主要表现在一下几点：（1）老挝交通基础设施差，运输不便、进出关手续复杂；（2）电力资源供应没有国内稳定，单价也较高，服务器数量多导致整体功耗较高、UPS需要配置更高规格，运行费用也将增多；（3）服务器较多不利于系统故障排查，同时系统修复时间较长。

近年来，随着计算机硬件的飞速发展，其硬件性能已不再是制约系统部署与运行的首要因素。目前在实际生产环境中，特别是境外项目，系统用户相对固定、数量也不多，许多应用程序只消耗服务器的一小部分硬件资源，传统的分布式物理服务器架构极大的浪费了硬件资源与电力资源，增加了运行成本及管理成本。而通过服务器虚拟化可以更有效地利用硬件资源，将服务器虚拟出多个逻辑独立的平台来提供服务，减少物理服务器及相关附属设施（如：机柜、交换机、KVM等）的数量，降低中心站的能耗，利于管理，同时增加了项目的效益。

2.2.3 UPS的续航时间应适当高于国内规范要求

根据《水文自动测报系统技术规范》要求，UPS的续航时间4小时即可满足规范要求。但在老挝山区，电力基础设施相对国内要差，应增加UPS的续航容量配置，项目中UPS采用了8小时的续航配置，以满足在长时间停电下的需求。

2.2.4 为进一步保障系统可靠性，需要考虑异地接收遥测数据

项目中遥测站均采用了双通信信道（移动公网通信+北斗卫星通信），从移动公网发送的数据需要通过具有固定IP地址的互联网通讯链路接收，老挝的通信基础设施較差，通信质量的可靠性与国内差距较大，因此，宜将该部分数据接收放到国内，通过租用一台云服务器即可满足要求（可免费提供固定公网IP地址）。项目的本地服务器再通过宽带连接至国内云服务器，将数据实时同步至本地服务器即可。在本地中心站出现通信故障时，国内的服务器仍可以正常接收到数据，待本地公网通信恢复正常后即可将缺失的数据同步至本地数据库。另外，现在北斗卫星通信运营商都可提供从互联网数据推送北斗报文的服务，亦可通过该服务将北斗卫星通道的数据推送到云服务器中，实现数据的异地灾备功能。

3 结束语

以2014年建成的老挝南欧江梯级水电站水情自动测报系统为例，运行至今已逾4年，除因公共安全问题和水毁所导致的部分遥测站损坏外，其它遥测站一直稳定运行。设备运转良好，资料收集齐全，充分证明了系统设计中设备选型的可靠性和实用性，此后又陆续在一些其他境外项目得到应用。

遥测站与中心站的设备是水情自动测报系统中的核心部件，设备的好坏直接关系到整个系统的工作与功能的实现。根据项目建设与运行环境的差异性，对设备进行优化选型，在一定程度上可增强系统的可靠性与稳定性，使系统长期保持良好的运行状态，为各级水电站施工期安全度汛、运行期优化调度等业主切实关心问题提供决策依据。

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