超短波通信在大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫 雷

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局，遼寧 撫順113007)

1 大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是1985 年開始研制，是國(guó)內(nèi)較早建成的水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)，經(jīng)多年運(yùn)行，目前在技術(shù)和設(shè)備上都呈整體老化狀態(tài)，系統(tǒng)故障率很高，因此2005 年對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新改造。

改造后的大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由34個(gè)遙測(cè)站、5 個(gè)中繼站和大伙房水庫(kù)調(diào)度中心站1 個(gè)構(gòu)成。系統(tǒng)應(yīng)利用遙測(cè)、通信、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，完成流域及測(cè)區(qū)內(nèi)固定站點(diǎn)內(nèi)的降水量、水位和流量的遙測(cè)。

測(cè)報(bào)系統(tǒng)的通信以大伙房水庫(kù)為中心，設(shè)西鐮刀灣(448.0m)，三塊石山頂(1073.8m)，煙筒山(814.6m)、北大嶺(555.9m)、西大頂(745.9m)5 個(gè)中繼站，遙測(cè)站含25 個(gè)雨量站、6 個(gè)水文站和3 個(gè)水位站。

系統(tǒng)采用230MHz 頻段(水文專用頻段)的超短波(單頻)為主通信信道，公網(wǎng)GSM 短信為輔助信道，其中4 處(于家堡、樹基溝、南章黨、占貝)衛(wèi)星信道為輔信道，1 處(熬牛)單衛(wèi)星信道。

2 通信組網(wǎng)

通信組網(wǎng)包括如下幾方面的內(nèi)容:

2.1 通信網(wǎng)設(shè)計(jì)原則

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著水文信息傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，傳輸?shù)男畔?yīng)滿足可靠性和有效性的要求。因此，結(jié)合改擴(kuò)建工程特點(diǎn)，擬定如下組網(wǎng)原則:

1)通信網(wǎng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足可靠、準(zhǔn)確、迅速、方便地傳輸數(shù)據(jù)的要求。無(wú)線電路性能指標(biāo)按規(guī)范要求應(yīng)滿足:中繼線路的電路余量M ≥10dB，測(cè)站線路電路余量≥5dB。保證90%測(cè)站線路余量≥10dB，提高干擾保護(hù)度及衰落保護(hù)度指標(biāo)，以保證系統(tǒng)整體的通信質(zhì)量。

2)在通信組網(wǎng)時(shí)，應(yīng)不改變遙測(cè)水文(位)站位置，遙測(cè)雨量站位置在滿足通信質(zhì)量的要求下也不應(yīng)改變，但為了滿足通信質(zhì)量、且滿足遙測(cè)雨量站的控制范圍，對(duì)流域模型影響可忽略時(shí)，允許改變其位置，以提高通信質(zhì)量。

3)流域上游分布的測(cè)站組網(wǎng)時(shí)根據(jù)信道質(zhì)量原則就近中繼站組網(wǎng)，不再增加中繼站。大～沈區(qū)間的測(cè)站(除無(wú)中繼傳輸?shù)臏y(cè)站，如撫順站及東洲站之外)將選擇一個(gè)一級(jí)中繼站。站網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，按照流域上游與大～沈區(qū)間中繼分開原則，進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)計(jì)。

4)系統(tǒng)中心站應(yīng)考慮到作為子系統(tǒng)納入管局局域網(wǎng)和省廳調(diào)度中心廣域網(wǎng)之中，將來(lái)和上級(jí)部門聯(lián)系留有通信與數(shù)據(jù)接口［1］。

2.2 原有系統(tǒng)信道問題

對(duì)站網(wǎng)的信道場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)試，在22 條無(wú)線路由中有6 條信道的表頭場(chǎng)強(qiáng)讀數(shù)不足20dB(系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐表明，根據(jù)本流域?qū)嶋H情況，表頭讀數(shù)低于20dB的路由信道將不能保證良好運(yùn)行)，近27%的系統(tǒng)比重，并都存在間歇性干擾，不能滿足要求，急需進(jìn)行改造。造成系統(tǒng)信道大比例不良的主要原因除了多數(shù)遙測(cè)站均在山區(qū)，信道多有山峰阻隔之外，還有部分遙測(cè)站站距過(guò)遠(yuǎn)，其自由空間傳輸損耗過(guò)大等。組網(wǎng)設(shè)計(jì)將重點(diǎn)解決系統(tǒng)信道問題?，F(xiàn)有站網(wǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試表

2.3 中繼站的選擇

根據(jù)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行情況及可行性，對(duì)流域上游的北大嶺中繼站換址;在流域下游選定一個(gè)一級(jí)中繼站，以解決大～沈區(qū)間遙測(cè)站的通信組網(wǎng)［2］。

確定中繼站的位置是超短波通信線路中至關(guān)重要的工作，它直接影響到通信線路是否可靠、經(jīng)濟(jì)合理以及今后維護(hù)工作是否方便，其選站原則如下:

1)良好的通信條件:為了提高信道質(zhì)量，確保通信網(wǎng)的可靠性，中繼站的海拔高度應(yīng)盡量高，四周開闊。

2)盡量減少中繼級(jí)數(shù):中繼站數(shù)量盡量少，且應(yīng)位于遙測(cè)站分布的中心地帶，以減少中繼級(jí)數(shù)，中繼級(jí)數(shù)不應(yīng)超過(guò)三級(jí)。

3)便于日后運(yùn)行管理。

4)考慮電源、交通方便，便于維護(hù)、維修，巖土性質(zhì)應(yīng)滿足防雷要求。

根據(jù)上述選址原則，北大嶺中繼站由原705.1m高程山峰改為555.9m 高程山峰。新址的選擇主要解決維護(hù)、維修的困難。實(shí)際電測(cè)和地理勘察表明，新址線路儲(chǔ)備余量均能滿足規(guī)范要求，且信道品質(zhì)要優(yōu)于舊址。西連刀灣中繼站是解決流域下游大～沈區(qū)間遙測(cè)站的信道組網(wǎng)問題。從室內(nèi)1∶50 000地形圖上3/4 剖面圖上分析即可初步確定中繼站選址是滿足通信要求的，組網(wǎng)設(shè)計(jì)和電測(cè)表明其滿足要求。組網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，西連刀灣中繼站也將大大改善現(xiàn)有系統(tǒng)部分信道不良的遙測(cè)站，如沙河子、會(huì)元、東陵、沈陽(yáng)等遙測(cè)站的信道品質(zhì)。同時(shí)也將大大改善三塊石中繼站的中繼負(fù)擔(dān)，連續(xù)陰雨天造成的電池容量不足問題也將得到解決。擬改北大嶺中繼站及擬增西連刀灣中繼站的相關(guān)路由信道線路儲(chǔ)備余量見表2。

表2 改、增中繼站相關(guān)線路儲(chǔ)備余量表

2.4 通信組網(wǎng)

根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)的組網(wǎng)情況、擬改北大嶺中繼站及擬增西連刀灣中繼站組成星形和帶狀相結(jié)合的二級(jí)中繼通信網(wǎng)。中心站至中繼站為帶狀干線一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，中繼站至中繼站為帶狀干線二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，中繼站至各遙測(cè)站為星型支線三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。通信組網(wǎng)圖見圖1。

圖1 大伙房水庫(kù)通信組網(wǎng)圖

西連刀灣中繼站擔(dān)負(fù)大～沈區(qū)間的遙測(cè)站組網(wǎng)任務(wù);而其余四個(gè)中繼站擔(dān)負(fù)流域上游遙測(cè)站組網(wǎng)任務(wù)。遵循了流域上下游遙測(cè)站組網(wǎng)分開的原則，從而提高了系統(tǒng)的通信組網(wǎng)品質(zhì)。整個(gè)系統(tǒng)由超短波通信方式將各測(cè)站的水文數(shù)據(jù)經(jīng)中繼站傳送到調(diào)度中心，再經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以一定的格式形成文件數(shù)據(jù)庫(kù)，作出水文預(yù)報(bào)方案。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行維護(hù)，超短波通信在大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大的作用，尤其是在2010 年8.13 洪水與2013 年8.16 洪水中及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)遙測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，確保了水庫(kù)的安全度汛。我們?nèi)詫⒉恍概Φ膶?duì)超短波通信進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)和更深層次的研究，積極探索，為水雨情數(shù)據(jù)的及時(shí)準(zhǔn)確傳輸打好更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］陸益，李剛.水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中GPRS 通信技術(shù)的應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2013，41(11):67－69.

［2］徐貴江，王淑春，付金發(fā).水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在西泉眼水庫(kù)防汛調(diào)度中的應(yīng)用［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，1999(04):20－21.