通信技术在黄龙滩水情测报系统的应用发展

郭 易，张 力

（1.中国水利水电科学研究院，北京100038；2.国网湖北黄龙滩电厂，湖北 十堰442011）

黄龙滩电厂水情自动测报系统是我国自行研制的规模较大、功能较全的防洪调度系统，为国家“七五”重点科技攻关项目，由中国水利水电科学研究院和黄龙滩电厂共同承担建设完成。该系统1983年确定初步方案，经过3年现场测试，于1986年10月投入试运行，1989年通过原能源部技术鉴定，次年正式移交黄龙滩电厂使用。1991年荣获国家科技进步奖。

该系统顺应微电子及通信技术水平的发展分别于1995年、2001年、2007年、2013年、2018年对软、硬件进行了5次规模较大的技术完善改造。通信方式由超短波、海事卫星、北斗卫星、GSM短信通信，变动到卫星及移动通信的使用，通信组网由自主组网变为使用公共网络，取消了中继站，大大降低了系统的维护成本，提高了系统通信稳定性。移动通信的使用，相对卫星通信大幅度降低了设备成本和通信费用。目前主备混合组网保证了系统全天候的运行。

1 起步

由于当时国内的技术条件，最艰巨的工作是通信布网。结合当时设备状况和前期的试验成果，技术人员决定采用超短波通信方式进行通信布网。1981年冬季在鄂西北黄龙滩水库流域内的山区，技术人员为了摸清超短波传输特点开展了针对高山复杂地形的超短波通信试验。艰辛工作得到的试验结果对通信布网设计起到了十分重要的作用。为了完成流域内所有遥测站的水情信息收集，技术人员在超短波通信布网设计中，通过建立最少的中继站从整体上选择最优通信途径。技术人员通过长期的实地测试，在信道反复计算的基础上，多次针对中继站选址，终于在1985年完成全流域的超短波遥测通信网的设计工作。系统规模为中心站1个，分中心站1个，中继站4个，遥测站22个，电厂调度站作为中心站，九华山分中心通过陶家坡干线中继站与中心站通信，遥测站分别通过天宝监、红崖寺、前坪3个中继站通信。

各遥测站点特性参数参见表1。

通过反复测试，技术人员决定采用日本TAD-M7系列设备，当时是80年代较先进的产品，采用了频率合成，EPROM写入频率法选择频率。黄龙滩于1995年对系统进行了升频改造，从150 MHz升至230 MHz超短波通信系统。系统的可靠性经受住了自然环境的长期考验，该系统的超短波通信设计方法在水情自动测报系统工程中多次推广应用。

2 改进

自1986年投入运行，系统长周期时间的运行造成野外遥测站设备出现了疲劳和老化的状况，超短波通信的稳定性和遥测站的设备安全性都出现问题；部分中继站和水位站运行环境发生了很大变化，在很大程度上会影响整个水情系统的正常运行，同时也加大了系统维护工作量。

表1 遥测站点特性表

为了适应通信技术的飞速发展和对水情预报、调度决策准确性、实效性的更高要求，2001年对所有超短波的通信、电源、雨量传感器等主要系统设备进行了全面升级换代，选用了日本日精ND889超短波电台，又于2007、2013年分别对遥测系统处在位置偏僻、信道不好、需要分中继遥测站的升级为卫星通信方式，并撤销了红崖寺、老码头、前坪等3个分中继站，与其他超短波遥测站组成卫星、超短波混合通信系统，并对竹山、鄂坪等主要雨量水位站采用了卫星、超短波双线运行通信方式。

卫星通信在水情测报系统里运用，首先应用了Inmarsat海事卫星。Inmarsat海事卫星有不同类型的移动终端，其中Inmarsat-C移动终端支持双向卫星通信终端，设备轻巧、功耗较低，使用L波段（1.5/1.6 GHz），对雨、雾的衰减非常小，传输信息稳定，提供速率为600 bit/s双向、存储转发式数据信息或电文通信，适合水情信道利用率低、信息数据量小的特点。水情自动测报系统采用太阳能供电方式，通过Inmarsat-C移动终端可以实现双向通信，中心站定时对测站进行巡测和召测，可控制卫星设备电源（仅数据通信时供电）。本系统中采用的INMARSAT卫星系统服务主要和北京船舶通信导航有限公司合作，数据终端设备选用丹麦生产的TT-3026 L型。

2010年后，海用产品C/MINIC的新一代终端TT-3027型设备已经无法提供水情系统使用的点对点通信方式服务，北京地面站的服务也停留在维护以前使用的用户范围，随着用户的减少，服务力度逐步减小，也就是说已经没有新的硬件替代产品，软件服务也逐步萎缩。

近年卫星通信技术的国产化势在必行，并且我国卫星技术飞跃式的发展，技术人员决定选用北斗卫星系统，卫星服务与北京神州天鸿科技有限公司合作。北京神州天鸿科技有限公司是北斗系统民用运营商和设备生产制造销售商，建立了民用用户服务支撑平台，包括北斗空间卫星、北斗地面总站及民用网管中心以及北斗民用协议终端三大部分。通过对不同型号北斗通信设备的反复比较，技术人员选用了YDD-3-01型北斗卫星分体通信型用户机，该通信设备集成度高、体积小、功耗低可满足双向通信，且通信费用低廉，比较适合水情测报系统水情数据量小、信道使用率低的通信特点。

3 现状

经过多年运行，通过合理优化站网结构，现正在使用的堵河流域内黄龙滩水库坝址以上测站共计28个测站（表2），其中水位/雨量站6个，雨量站20个，水位站2个，站网密度约424.7 km2/站。

表2 黄龙滩电厂遥测站表

表2中的遥测站能基本满足黄龙滩水库坝址及其以上流域的洪水预报和水库调度要求，站网布设较合理，站点位置图1所示。

图1 黄龙滩电厂遥测站点图

目前，移动通信技术在水情自动测报系统中开始成为主要的通信手段，不需要组建专用网络和维护网络，安全保密性高，且覆盖面广，与传统的超短波等通信方式相比，有着明显的优势。手机短信服务（简称SMS）在蜂窝移动通信系统中被广泛应用的通信功能，通过全球移动通信系统（简称GSM）网络来传输。

黄龙滩水电厂水情测报系统也随之进行了技术更新，采用了双通道工作模式即以手机短信服务为主通道，北斗卫星为备用通道。在水情自动测报系统中测站至中心站的数据接入方式可以采用点对点直接接入方式或专线接入方式，针对水情测报系统数据量绝对值不大的情况，采用专线的意义不大，并且专线需经过Internet，有安全方面的风险。因此，在本系统中采用了点对点接入方式。在遥测站、中心站分别配置GSM短信模块等配套设备，当定时报或需加报时，遥测站RTU自动启动GSM模块，将信息经移动短信中心传输至中心站。

图2 采用GSM短信（点对点）方式通信组网结构

4 总结展望

黄龙滩电厂水情自动测报系统先后选用了超短波、卫星通信、移动通信（GSM），我们通过多年系统运行，比较各种通信方式，总结如表3。

表3 通信方式总结

通信技术在黄龙滩电厂水情自动测报系统中的应用发展，不断提高了系统通信的可靠性，并且降低了通信费用，减少了人工维护的强度。

当今，5G技术的发展成为各个行业的焦点，万物互联、智慧电厂概念风起云涌，水情感知要素的准确及时采集和传输是全面提升电厂信息化水平的基础，将传感器、无人机、电子遥感、工控设备监控等先进的物联网技术运用到智慧电厂感知要素的信息采集和传输中，利用物联网技术的实时性和先进性，推进电厂信息化建设，以带动电厂现代化，并实现国家大数据战略。我们需要融合多源信息，综合判断水情，水情感知手段目前以地面站点观测为主，未来将结合卫星遥感技术、视频监控、智能识别技术、大数据分析等新技术。黄龙滩水情自动测报系统的几次改造还是停留在地面站点观测的基础上，相信未来将实现自动化、无人化、立体化、一体化的监测体系。

黄龙滩系统作为首套国产的、拥有自主知识产权的水情自动测报系统；具有优于国外同类产品的工作体制、软硬件设备，填补了该专业领域的国内空白。该系统伴随着不同通信手段在水情测报系统中的应用，紧跟水情技术发展潮流，保证了系统的先进性和实用性。系统多年以来运行可靠、数据传输准确，年平均通畅率达到95%以上，为黄龙滩电厂防洪、度汛、水库调度提供了可靠的决策依据，为洪水削峰、错峰，保护下游安全起到了重要的作用。