水利卫星通信系统在水情遥测中的应用分析

黄 涵 ，蔡松波

（1.宁波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 宁波 315000；2.浙江瑞林信息科技有限公司，浙江 宁波 315000）

1 问题的提出

我国部分偏远地区公网覆盖率低，水文数据通信属于薄弱环节，不利于防汛减灾工作的开展。水利卫星通信系统基于数据时代先进技术而建立，应用于水情遥测中，能扩大公网通信范围，解决偏远地区通信问题，有助于拓展水文数据采集范围，从而在控制水文通信平台建设成本的基础上提升水情遥测工作效率，确保该地区水文信息资源利用的可靠性[1]。

2 水利卫星通信系统在水情遥测中的应用

2.1 水利卫星通信系统功能

水利卫星通信系统主要包括卫星转发器和卫星通信地球站，其中卫星通信地球站又分为卫星主站、卫星小站2类。水利卫星通信系统见图1。

图1 水利卫星通信系统图

水利卫星通信系统运行时，水情遥测的工作主要包括监测水体流量、降雨量、水位编号，实时传输水文信息数据及水文视频图像，解决各类突发性问题。水利卫星通信系统结构设计中，其水情信息采集站会利用自动化监测终端，与地面互联网平台建立连接，系统内卫星链路将采集的信息发送到各卫星站点，实现水文自动测报终端和信道的切换。在此期间，系统可利用短报文协议、采集站IP传输水文数据，地面水文遥测终端获取信息，对应处理水文遥测业务。同时，水利卫星通信系统利用自动化技术、北斗卫星通信模式，使系统与互联网终端建立连接，增强偏远地区水文信息通讯能力，在水情遥测中具有在线接收水文数据、处理应急视频通信业务、自动测报水文条件等功能，对提升偏远地区水情遥测工作效率意义重大。

2.2 应用价值

水利卫星通信系统在建设时，其数据通信模式为“北斗卫星”，系统地形适应能力较强、通信信道稳定、整体数据传输效率质量高，可满足水情遥测工作的多元化需求[2]。某地区所设计的北斗卫星通信系统，能有效处理该地区传统卫星测报系统的不足，自动适应水雨情测报要求，并发处理多个移动终端的通信业务，且系统结构体系中的硬件设施具有低功耗、高可靠性、易于维护、抗雨衰等特点。相关人员可在该系统的支撑下，适应区域内水文信息大容量传输的要求，高效率完成水情遥测工作。并且在满足水文遥测数据传输基础上，通过灵活控制系统L/S/C工作频段，控制系统设备能耗、噪音，优化系统功能模块，为偏远地区防洪决策、水文测报方案的制定提供有效数据支撑[3]。除去北斗卫星通信系统外，水情遥测领域中常用的水利通信系统为GPS水利通信系统，该系统所用的信号为双频信号，北斗卫星系统则为三频信号，二者报文服务差异明显，北斗卫星可在处理紧急事务时同时显示被测、测试点的位置。另外，GPS所用的卫星数量为21颗工作卫星，3颗备用星；北斗卫星通信的卫星数量为32颗，所用卫星为地球静止轨道、同步轨道卫星。

2.3 具体应用

2.3.1 建立水文数据传输通道

水利卫星通信系统在实际应用中，可在北斗卫星网管、北斗卫星通信模式的作用下形成完整的水文数据传输通道。该通道在系统采集水情遥测数据后自动备份，使水文自动测报终端、卫星小站下载该数据，建立水文数据应用、数据接收、水情数据监测等数据库，形成可实时监测偏远地区水文数据的控制中心。传输水文数据时，在北斗卫星数据接收端口解压、分析处理水文数据库，利用TCP/IP、PING、ARP、SMTP等通信协议，与公网建立连接，并将水情数据传输至地面水情遥测中心，使相关工作人员按照所传输的水文数据，执行对应的应急任务[4]。

2.3.2 设计水情遥测信息资源库

水利卫星通信系统的核心功能在于采集水文数据。在水情遥测工作中，该系统可在网状混合组网结构的支撑下，采集水文数据、分类处理水情信息，同时在“星型+网状”混合组网结构中，使系统具有发送水文遥测应急视频、图像的功能。且系统可同步应用2个及以上的射频，装设网管设备，使水情遥测业务能够在系统管理中统一进行。与此同时，水利卫星系统网管设备运行中，可产生出境载波，相关人员根据C波段、Ku波段中射频的区分，使卫星小站联网后自动连接水文数据通信信道，接收、回传水文信息。水文遥测工作人员集中分析水情实测情况，其采集、传输水文图像、视频、数据资源的基本流程如下：

首先，利用北斗卫星小站的智能传感器，实时获取水位模拟量、降雨量，将所采集的数据传输至水文遥测仪器内。该仪器在转换、解码水位信号后将其转变为标准数据格式进行存储。

其次，系统自动设置发送门限，水文遥测仪器在数据解析完毕后，自动开启卫星小站电源，评估站内数据传输状态[5]。若卫星站满足图像视频数据传输要求，则可通过北斗卫星通信链路呼叫地面水情遥测中心站，与其建立水文数据通信通道。同时将数据包传输至中心站遥测终端，确认中心站接收水文数据后将链路拆除。

最后，水情遥测中心站远程采集水文信息数据后，将其存储在系统对应数据库内，并按照偏远地区水情遥测工作要求，调用对应的数据资源。某地区在应用水利卫星通信系统时，因遥测点均处于偏远区域，所以在综合测试后建立北斗卫星通信系统，将卫星地面中心站作为水情遥测的主要通信信道。系统运行期间，该区域的水情遥测数据可自动采集、传输，在洪水、大风等环境中系统均能够可靠工作，稳定传输水文视频图像数据，确保水文遥测中数据资源采集的完整性。

2.3.3 总结水情遥测工作需求

偏远地区在开展水情遥测工作时，需要应用水利通信技术，建立具有多元化功能的水利卫星通信系统，从而满足水情遥测基本要求。其一，水利卫星通信系统在具体应用时，可提高水文数据通信网络的覆盖率，实现水文数据、图像视频资源的规模化采集和传输。同时可弱化雨衰对传统水文数据传输通信机制的影响，灵活运用C波段、Ku波段网络结构设计模式，扩大通信链路容量[6]。甚至可在水情遥测过程中，主动重发数据，适应自编码通信信道的数据传输规律。其二，该系统具有功能多元化特点，可解决水情遥测中的多种问题。比如北斗卫星通信系统可自由采集视频、语音、图片数据，且在和终端网络互联后，连续调控网络64~4 Mbps带宽，建立标准化水利卫星小站，处理偏远地区水文数据传输问题。其三，水利卫星通信系统可通过布设卫星小站，利用视频通信带宽，为水文数据实时传输、应急通信提供技术保障。其四，为保障水情遥测工作效率，在确立DVB-S2通信模式后，改变卫星频谱，增强卫星小站数据传输功能，提升系统内水文数据资源的可用度。其五，水利卫星通信系统网络层设计时，相关人员可在TCP/IP协议的作用下，拓展水情遥测专网覆盖范围，使其与地面其他网络平台互联互通。

2.3.4 建立防汛通信机制

水利卫星通信系统在水情遥测工作中的应用，同样体现在防汛通信机制中。该系统可在处理水文视频图像的前提下，为偏远地区建立水情报讯传输通道，并联水情遥测中心、水文报讯站点，提升水利卫星系统维护能力[7]。让各级报汛站与北斗卫星通信系统进行VOIP电话、视频互动，加强该地区各水文遥测点的业务联系，保障区域内水文防汛安全，进一步强化偏远地区水库资源调用、水文数据监测力度。某地区在水文汛期风险防控作业中，采集水情遥测信息时，应用水利卫星通信系统，获取水情遥测卫星小站、公网信道内的水文数据，及时处理该时期常规水利通信通道异常报讯问题，凸显水利卫星通信系统应用价值。

不仅如此，基于水利通信技术的卫星通信系统，其受地形条件、外部环境的约束较小，数据通信信道较为稳定，可在地理位置偏远、面积大、公网覆盖率低的地方建立系统化防汛通信机制，设置更为可靠的水文报讯测站。相关人员在系统运行中开展水情遥测工作时，可强化水情遥测通讯站数据通信保障、运行维护能力，智能解决雨水、水文数据测报问题，远程监控重点河段、湖泊、水库的水文情况。

比如在水利卫星通信系统功能设计中，增设防汛通信、系统智能维护功能，可提升偏远地区雨水数据采集量，并且在暴雨灾害、洪涝灾害风险产生后，利用北斗卫星通信优势，预防因自然环境造成的数据传输中断问题。同时可在水文遥测过程中，实时传输视频、图片等各类遥测数据，确保遥测站内水文数据的完整性，从而在防汛通信机制运行中，为相关部门提供更为详细、准确的水情数据信息，确保该部门防汛决策的科学性、有效性，减少水文灾害损失，防控水情遥测数据传输中的通信风险。在此基础上，技术人员可根据偏远地区卫星小站分布特点，优化卫星小站通信设置，继而利用更为合理卫星小站通信结构，预防信号衰减、控制系统故障通信反馈线长度，增强偏远地区水利通信维护功能。通过将ISite软件安装至偏远地区卫星小站主控中心，借助终端计算机提升系统运维便捷性。在软件支撑下，技术人员可采用高阶维护技术，自动测试卫星小站运行状态、检查卫星小站射频情况，且根据卫星小站单载波工作模式、发射功率、信号强度等参数，远程维护偏远地区卫星小站，确保水利卫星遥测系统运行的可靠性。

3 结 语

在水情遥测工作开展中，为强化偏远地区防汛减灾能力，推进水文监测中的信息化建设，相关人员根据水情遥测特点，开发应用水利卫星通信系统，有效传输水文数据，解决偏远地区水情遥测中水文数据、视频图像传输问题，优化该地区的水文通信信道。同时在北斗卫星通行模式的渗透中，高效利用系统内水文数据资源，建立更为完善的防汛通信机制。