海河流域水利通信网建设与发展探讨

2023-12-22王云昭贾亦辰王得润

海河水利 2023年10期

王云昭，田宇，贾亦辰，王得润

（水利部海河水利委员会，天津 300170）

水利通信网由水利通信专网及电信公网共同构成，其中水利通信专网是由水利部门投资建设并专门用于水利行业的通信网络，电信公网则是由各大运营商投资建设的通信网络，主要用于公众服务[1]。海河流域水利通信网自20世纪80年代初开始建设，经过几代水利部海河水利委员会（以下简称海委）通信人的不懈努力，通信建设从短波、超短波到“一点多址”、数字微波、无线接入再到光纤、卫星通信，从模拟交换到数字程控交换再到软交换，从无到有、从小到大、从点到面取得了较快的发展[2]。到目前为止，已建成以数字微波、租用公网光纤电路为骨干，卫星通信为应急保障的多手段、广路径的海河流域水利通信网，实现了海委与水利部，海委与委直属各管理局、重要水库及重点防洪地区、海河流域内部分重点河系、省（市）重点防洪地区的语音交换机联网、数据交换网络互联、防汛调度视频异地会商，为重要水情工情等多媒体信息的传输提供了准确、及时、安全、可靠的通信保障，取得了显著的社会和经济效益。

1 海河流域水利通信网建设回顾

海河流域水利通信网主要由微波、卫星、租用公网电路、语音交换、工程视频及短波、超短波通信系统组成，不仅为各级防汛部门传递水情、传达防汛调度指令提供了有效的通信联络手段，也为水利工程管理现代化提供了可靠的信息传输通道，在流域防洪抢险和水利工程管理中发挥了重要作用[3]。

1.1 微波通信

1985 年，海委在永定河泛区及小清河分洪区建设了800 MHz 无线通信系统。该系统由2 条干线组成，包括1 个中心站、1 个枢纽站、3 个中继站和3 个端站，共8 个站，分别为水利部、海委、北京市水利局、天津市水利局、屈家店枢纽管理处、廊坊市水利局、涿州市水利局和新盖房闸，提供语音和低速数据传输2 种业务。随着我国无线通信事业的飞速发展，800 MHz频段被城市无线集群移动通信占用，在京津地区，海委已建的800 MHz 通信系统经常受到严重的同频干扰，设备不能正常工作，1996 年800 MHz通信系统停止使用。

1993 年，建设了海委至海河下游管理局及五闸（海河防潮闸、屈家店闸、西河闸、独流减河进洪闸、独流减河防潮闸）的“一点多址”通信系统。该系统选用1.5 GHz 4 Mb/“s一点多址”数字微波设备，共建有7个站，其中海委为中心站、海河下游管理局及五闸为外围站。该系统的建成实现了海委与海河下游管理局程控交换机联网和低速数据传输，提高了海河下游管理局所辖五闸的通信水平。

1997 年，为解决永定河泛区及小清河分洪区800 MHz 通信干线停用后的通信联络问题，以海委至海河下游管理局及五闸“一点多址”通信网为基础，建设了永定河泛区及小清河分洪区应急通信网。该应急通信网的建成不仅恢复了原800 MHz通信干线功能，同时实现了高质量的语音和数据传输。通过该应急通信网，永定河泛区及小清河分洪区内的水文遥测数据信息可快速传输到上级管理部门，确保了海委、北京、天津、河北等省（直辖市）、地区防汛指挥部门及时掌握防汛信息和灾情及防汛调度指令的上传和下达，在防洪调度、保障泛区及分洪区内人民生命财产安全方面发挥了重要作用。2000 年，国家防汛抗旱指挥系统项目在海河流域永定河泛区及小清河分洪区建设了水利部至海委及水利部至河北省水利厅大兴至保定段微波通信干线，其中水利部至海委采用SDH 155 Mb/s 数字微波、大兴至保定采用PDH 34 Mb/s 数字微波。该微波干线不仅解决了海委与水利部、海委与北京市水务局和海委与重要水利管理单位之间的信道带宽问题，而且为永定河泛区的防汛业务信息、重要水利枢纽的工情信息传输提供了高速的数据传输通道。该项目共新建、改建10 个微波站，分别为水利部、海委、北京市水务局、武清、廊坊、大兴、卢沟桥、涿州、容城、保定。2012 年，对水利部至海委SDH 微波通信干线进行了更新改造，传输速率仍沿用SDH 155 Mb/s，进一步提高了海委至水利部之间的通信传输保障能力。

2008—2010 年，通过海委基层单位通信基础设施建设项目，建设海委至沧州PDH 34 Mb/s 数字微波通信干线。该通信干线共设6 个微波站，在沧州站接入漳卫南运河微波通信干线，实现海委与漳卫南运河管理局微波干线的互联互通。该项目的建成完善了海河流域南系的通信体系，提升了流域防洪调度通信系统的协同保障能力。

1.2 卫星通信

海河流域卫星通信系统建设起步较早，发展稳健，效用发挥显著。

1.2.1 卫星地面站

1998 年，作为水利通信的应急备用电路，水利部在海委建设流域卫星地面站，容量为10路语音、2路数据。1999 年，又分别在漳卫南运河管理局、引滦工程管理局建设4 路语音的卫星地面站。海委、漳卫南运河管理局、引滦工程管理局卫星地面站均为水利卫星通信网的组成部分，主要用于程控交换机联网和数据传输。

2009 年，水利部组织开展卫星转发器更新和卫星主站改造工程，并进行流域卫星地面站改造和转星工作，海委于2011 年5 月完成卫星地面站改造。至此，海河流域新一代水利卫星通信系统投入使用，可实现语音、数据、视频图像的传输，承担起异地会商、应急抢险机动通信、数据联网、语音通信等重要防汛通信任务。

1.2.2 洪水现场实况信息采集传输应急通信系统

2005 年，在水利部已建Ku 波段卫星通信网的基础上，海委建设洪水现场实况信息采集传输应急通信系统。该系统由车载卫星移动站和海委中心站组成，在洪水现场主要用于工情、险情、灾情及抢险救灾实况信息的采集、监视、传送及防洪抢险现场和上级防汛指挥部门之间的异地会商。

1.2.3 卫星便携站

2008 年，海委配备卫星便携站，这也是水利系统第一批利用水利部卫星资源和流域管理机构卫星地面站资源建设的卫星便携站，用于流域抢险救灾现场的数据、图像采集和传输及对外通信联络，其图像信息传输带宽为768 kbps。

2012—2017 年，依托水利部相关项目，海委和委属各管理局配备5 台套卫星便携站，带宽提升至2 Mbps，并可根据需要进行灵活调整。此部分卫星便携站主要用于应急通信场景，通过水利卫星通信平台实现与中心站、其他终端站之间的语音、数据、图像等信息的双向传输。

1.2.4 卫星小站

2012—2017 年，依托水利部项目，海委系统建设了21 个VSAT 卫星小站，为偏远山区工程管理部门、水文站间语音、数据、图像等多种信息传输和防汛抢险提供了可靠的通信保障。

1.3 语音交换系统

海委语音交换系统是海河流域程控交换网汇接中心。通过微波、卫星、公网电路等传输链路，实现了海委与水利部、委属各管理局、流域内重点水利管理单位、重点防洪地区防汛部门的程控交换系统互连。

海委语音交换系统初期使用纵横制交换机，根据技术及工作发展需要于1994 年改造为数字程控交换机。2005 年，再次对系统进行升级改造，增加移动办公等新的功能。2020 年，采用IP PBX+软交换技术架构对系统进行更新改造，进一步完善系统业务功能。

1.4 工程视频系统

自2004 年起，海委利用微波通信干线、光纤、公网4G等现有通信资源建设了工程视频系统，目前已建成并投入使用的主要有卢沟桥枢纽工程视频监视系统，大宁水库工程视频监视系统，四女寺水利枢纽工程视频系统，潘家口、大黑汀水库工程视频系统，海河下游管理局所辖屈家店枢纽、西河闸枢纽、独流减河进洪闸枢纽、独流减河防潮闸枢纽工程视频监视系统。工程视频系统的建立使水利部、海委及有关省（直辖市）防汛主管部门能实时监视水利工程运行情况，进一步提高了海河流域水利工程管理的现代化水平[4]。

1.5 租用公网电路

海河流域通过租用公网电路，初步形成了覆盖全流域水行政主管部门和重点防洪工程的水利专用骨干通信网，其中海委至水利部租用电路宽带为200 Mbps、海委至委属各管理局租用电路带宽为4～50 Mbps、经水利部转接至流域8 省（自治区、直辖市）水行政主管单位租用电路宽带为100 Mbps。

1.6 超短波通信系统

1994—1999 年，通过国家防汛抗旱指挥系统等项目，采用150 和400 MHz 超短波无线电台，海河流域在12 个蓄滞洪区建成县至乡至村的预警反馈通信系统。该预警反馈通信系统覆盖了约36 个县、200 个乡、2 200 个自然村，为蓄滞洪区内防洪调度、抢险救灾、人员及物资转移提供了可靠的通信保障[5]。

2 面临形势

2.1 数字孪生流域建设对通信业务提出新要求

当前，智慧水利建设正处于重要的战略机遇期。数字孪生流域建设是贯彻落实习近平总书记关于治水重要论述和党中央、国务院决策部署的重要举措，是适应现代信息技术发展形势的需要，是推动新阶段水利高质量发展的有效措施。通信网络是智慧水利的基础，数字孪生流域建设离不开水利通信网的建设。进一步发展建设水利通信网，增强对信息交换和服务的支撑能力，加强在水旱灾害防御信息传输、指挥调度通信、预警通信、应急抢险通信等方面的建设管理，同时针对防汛调度指挥、蓄滞洪区建设、水资源管理、水利工程管理等各项事业对通信需求的不断增强，建立可靠、稳定的通信系统，逐步完善流域水利通信网络，保证水利信息化的先进性，为水利现代化提供有力的技术支撑。

2.2 新一代通信技术为通信业务发展提供新机遇

随着通信网络的发展与演进，网络各个层次的不断解聚是通信网络发展的总体趋势，融合是不可逆转的发展主题。根据智慧水利和数字孪生海河建设发展需求，未来对通信综合业务功能的要求将会越来越高，而现有通信网络的结构不适合支撑综合业务应用，不利于今后网络的升级和演进。以云计算、大数据、人工智能、物联网、4G/5G 网络为代表的新一代信息技术正成为水利信息化发展的新动力，推动水利发展向数字化、网络化、智能化转变已经完全具备技术条件。

2.3 海河流域水利高质量发展对通信业务提出新需求

水利通信网是水利信息化的基础设施。随着海河流域水利高质量发展的不断推进，建设先进、实用的水利通信网，具有极其重要的现实价值和历史作用。新时期的水利工作要求对水情、雨情、工情、旱情、灾情等信息要“测”得更准、“看”得更多、“动”得更快，水利工程被“看”得更透、“用”得更顺、“管”得更好，这就要求水利通信网络“联”得更广、“传”得更快，全面应用卫星、微波、光纤等通信技术，保证语音、数据和图像等信息更加高效、安全的传输。

3 海河流域水利通信网的发展对策

数字孪生海河建设依托骨干网和流域省（自治区、直辖市）网，提升海委及委属各管理局水利信息网通信能力，利用SDN 网络新技术优化调整网络结构，进行IPv6 适配改造，扩大网络带宽。同时，建设北斗三号水利短报文服务平台，利用北斗高精度位置服务和短报文通信功能，开展创新应用。在水利部升级水利卫星通信网的基础上，实现卫星互联网与地面互联网和移动通信网的互联互通，建成“覆盖海河流域、随遇接入、按需服务、安全可信”的天地一体化海河流域通信网络体系，为各类信息传输提供必要的支撑。

3.1 完善流域水利通信网

按照公专结合、互为补充的原则设计海河流域水利通信网组网方案。该方案充分利用公网链路资源和4G/5G移动数据资源，结合水利专网的光纤、水利卫星、微波等通信技术手段，以有线、无线融合互补的方式完善海河流域水利通信网。

3.2 建设应急通信系统

建设机动性强、通信可靠、覆盖全广的应急通信系统。加强卫星通信技术应用，对现有卫星地面站进行升级改造；对县级以上水行政主管部门、重要水利工程（水库、水闸、堤防等）管理单位配备卫星电话，适当配置卫星便携站或卫星应急通信车，提高应急通信反应能力。建设无线宽带集群通信系统，满足防汛救灾等场景下现场组网和集群调度需求。探索局部区域应用短波电台进行通信联络。

3.3 整合工程视频系统

整合现有工程视频监控系统，建设海河流域工程视频级联集控平台，实现工程视频监控资源便捷查看。整合海委和委属各管理局、流域内省（直辖市）水利工程视频资源，支持多层级工程视频资源的联网共享与应用，与现有水利视频会议系统融合，为水利一张图等平台和水旱灾害防御、水利综合监管等业务应用提供工程视频资源服务。

3.4 探索建设北斗三号系统水利应用信息平台

联合水文、水资源、水政、水工程管理等部门，就水文监测、地下水监测、水行政执法、水利工程形变预警等业务探索建设基于北斗三号卫星系统的信息感知终端试点。在海委配备北斗三号信息采集服务器，搭建起海河流域北斗三号系统水利应用信息平台，汇聚各终端试点信息。将北斗三号水利应用信息平台接入数字孪生海河平台，实现二者数据互联互通与无障碍调取。