水文遙測衛(wèi)星信道與GPRS信道對比分析

張樂暉

摘要：通過對黃山水文水資源局下屬8個(gè)站點(diǎn)衛(wèi)星信道與GPRS信道在2017年和2018年同時(shí)期的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行對比分析，查找衛(wèi)星信道在試運(yùn)行過程中的問題及其成因，結(jié)合實(shí)際從技術(shù)和管理兩方面對改善衛(wèi)星信道運(yùn)行質(zhì)量提出建議。

關(guān)鍵詞：水文遙測；數(shù)據(jù)傳輸；衛(wèi)星信道；GPRS信道

安徽省水文系統(tǒng)各分中心長期以來只依靠單信道接收遙測數(shù)據(jù)，一旦信道出現(xiàn)故障，將可能導(dǎo)致多站點(diǎn)遙測數(shù)據(jù)中斷。為解決這一問題，提高水文遙測數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｕ下?，省水文局與沃特水務(wù)科技有限公司合作開發(fā)了水文遙測衛(wèi)星信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并在各市局開展試運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。

2016年起至2017年3月，黃山水文水資源局（以下簡稱黃山局）下屬的8個(gè)站點(diǎn)陸續(xù)建設(shè)了衛(wèi)星信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，至2018年7月，衛(wèi)星信道已經(jīng)在這些站點(diǎn)試運(yùn)行了一年多，為分析衛(wèi)星信道在這段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行情況以及其數(shù)據(jù)傳輸是否達(dá)到了預(yù)期的使用標(biāo)準(zhǔn)，以同站GPRS信道（多年來運(yùn)行穩(wěn)定，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠）的數(shù)據(jù)為參照，從雨量數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)兩方面對比分析衛(wèi)星信道在2017年4至6月和2018年4至6月間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞陈屎涂煽啃浴?/p>

一、站點(diǎn)分布及概況

黃山局共選擇了祁門、新亭、漁梁、月潭、三陽坑（梅溪）（以下簡稱梅溪）、儒村、石門、五城8個(gè)水文站或雨量站建設(shè)了衛(wèi)星信道的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，這些站站點(diǎn)都處于皖南山區(qū)，站點(diǎn)所在群山環(huán)繞，周邊山峰海拔均高出站點(diǎn)100m以上。

8個(gè)站點(diǎn)中儒村、石門、五城三站僅傳輸雨量數(shù)據(jù)，梅溪站僅傳輸水位數(shù)據(jù)，其余站點(diǎn)傳輸雨量和水位數(shù)據(jù)，除月潭站以外，其它站點(diǎn)的衛(wèi)星信道和GPRS信道的信源均為同一個(gè)遠(yuǎn)程終端單元（RTU）。

二、數(shù)據(jù)對比分析

（一）雨量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1.綜合統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)了各站點(diǎn)衛(wèi)星信道和GPRS信道2017年4-6月和2018年4-6月間總雨量差值及時(shí)段雨量（1h）的缺失和偏差情況，2017年4-6月衛(wèi)星信道傳輸?shù)挠炅靠傊递^GPRS信道偏小較多，而2018年4-6月間，除月潭站的衛(wèi)星信道雨量數(shù)據(jù)傳輸完全中斷，整體上看衛(wèi)星信道雨量數(shù)據(jù)的質(zhì)量較2017年4-6月有了一定的提高，但衛(wèi)星信道傳輸?shù)挠炅咳孕∮贕PRS信道的雨量。

2.數(shù)據(jù)分析

因無法直接讀取衛(wèi)星信道雨量原始數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步探究造成衛(wèi)星信道雨量數(shù)據(jù)傳輸缺失和偏差的原因，選取五城站為代表，統(tǒng)計(jì)該站兩條信道傳輸?shù)脑掠炅?、次雨量、日雨量、時(shí)段（1h）雨量并分析衛(wèi)星信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，成果如表1～表2。

表1中，按GPRS信道的雨量劃分量級，統(tǒng)計(jì)了五城站衛(wèi)星信道與GPRS信道的日雨量相比量值偏差的日降雨頻次和頻率。表2中，按GPRS信道的雨量劃分量級，統(tǒng)計(jì)了五城站衛(wèi)星信道與GPRS信道的時(shí)段（1h）雨量相比量值偏差的日降雨頻次和頻率和不同量級的偏差值及百分比。

按照以上分析方法，對其余站點(diǎn)情況進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)各種站點(diǎn)2018年衛(wèi)星信道的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量確實(shí)好于2017年，但是降雨越大，衛(wèi)星信道的傳輸質(zhì)量就越差，尤其是在發(fā)生暴雨時(shí)，衛(wèi)星信道的雨量數(shù)據(jù)傳輸基本不能在一場降雨內(nèi)保持穩(wěn)定。

另外，仔細(xì)分析兩信道時(shí)段（1h）雨量的資料，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星信道傳輸數(shù)據(jù)缺失和偏差表現(xiàn)為量值偏差和傳輸滯后，量值偏差即同時(shí)段內(nèi)衛(wèi)星信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與GPRS信道不一致（主要表現(xiàn)為衛(wèi)星信道的數(shù)據(jù)偏?。?；傳輸滯后即為衛(wèi)星信道和GPRS信道傳輸?shù)挠炅靠傊狄恢?，但時(shí)間相對滯后。而且，2018年的5月18日～21日、6月29日～30日包括五城站在內(nèi)的7個(gè)站點(diǎn)，其衛(wèi)星信道雨量數(shù)據(jù)傳輸長時(shí)間中斷。

（二）水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.綜合統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)了各站點(diǎn)衛(wèi)星信道和GPRS信道2017年4-6月和2018年4-6月間整點(diǎn)水位的缺失和偏差情況。從表中可以看出，梅溪站和月潭站2017年4-6月衛(wèi)星信道傳輸?shù)恼c(diǎn)水位數(shù)量較GPRS信道缺失較多，偏差數(shù)據(jù)的占比較高，而2018年4-6月的情況大為好轉(zhuǎn)。其余站點(diǎn)衛(wèi)星信道水位數(shù)據(jù)確實(shí)情況變化不大，但是數(shù)據(jù)偏差情況得到了明顯改善。

2.數(shù)據(jù)分析

為進(jìn)一步探究造成衛(wèi)星信道水位數(shù)據(jù)傳輸缺失和偏差的原因，分別選取情況較好的新亭站和情況較差的為代表，分析對比兩條信道所傳輸數(shù)據(jù)點(diǎn)繪的過程線。通過對比過程線，2017年4-6月梅溪站衛(wèi)星信道傳輸?shù)乃贿^程與做參照的GPRS信道相差很大，而新亭站的則基本一致，2017年4-6月梅溪站和新亭站衛(wèi)星信道傳輸水位有兩次中斷，分別為5月15日至21日和6月29日至30日，其余時(shí)段衛(wèi)星信道傳輸?shù)乃贿^程與GPRS信道基本一致。這樣的數(shù)據(jù)中斷同樣發(fā)生在其余3個(gè)站點(diǎn)，若剔除這兩段中斷，則2018年4-6月5個(gè)站點(diǎn)衛(wèi)星信道整點(diǎn)水位數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率超過80%，其中月潭站的準(zhǔn)確率超過90%。

三、存在問題及原因探究

對于衛(wèi)星信道數(shù)據(jù)傳輸存在問題的原因，由于缺乏準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做支撐，這里結(jié)合上述分析對其進(jìn)行一些探討：

（一）信號源

目前黃山局8個(gè)站點(diǎn)除月潭站以外，其它站點(diǎn)的衛(wèi)星信道與GPRS信道的信號源為同一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端（RTU），故衛(wèi)星信道的問題應(yīng)與信號源無關(guān)。

（二）天氣因素

衛(wèi)星信道依賴衛(wèi)星作為中繼傳輸數(shù)據(jù)，而黃山局8個(gè)站點(diǎn)雨量數(shù)據(jù)缺失和偏差的現(xiàn)象在暴雨時(shí)更為嚴(yán)重，而暴雨時(shí)天氣狀況較為惡劣，猜測有可能是地形和天氣地因素影響了地面和衛(wèi)星間地通信，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的缺失和偏差。

（三）地形因素

通常認(rèn)為所在地形對衛(wèi)星通訊是有一定的影響的，黃山局8個(gè)站點(diǎn)基本都處于皖南山區(qū)的山間谷地，可能不利于衛(wèi)星信道保持通暢。

（四）接收終端因素

2018年5月中旬和6月底黃山局所有站點(diǎn)都發(fā)生了衛(wèi)星信道長時(shí)間中斷的情況，并且5月中旬的中斷恢復(fù)后，期間的累計(jì)雨量并未丟失，應(yīng)當(dāng)是接受終端發(fā)生故障。

四、結(jié)論

（一）總體而言，水文遙測衛(wèi)星信道在黃山局試運(yùn)行初期運(yùn)行質(zhì)量不高，數(shù)據(jù)傳輸通暢率低，經(jīng)過一年多的不斷調(diào)試，目前衛(wèi)星信道運(yùn)行質(zhì)量已經(jīng)有了一定的提升，但仍未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）2018年黃山局各站衛(wèi)星信道傳輸?shù)挠炅繑?shù)據(jù)準(zhǔn)確率不高，雨強(qiáng)較低時(shí)準(zhǔn)確率尚好，而暴雨時(shí)問題尤為突出，這與建設(shè)備用信道的初衷和目標(biāo)不符，起不到加強(qiáng)暴雨洪水時(shí)保障水文信息通暢，未水文預(yù)報(bào)、防汛抗洪提供支持的作用。

（三）2018年黃山局各站衛(wèi)星信道傳輸?shù)恼c(diǎn)水位數(shù)據(jù)基本能夠反應(yīng)水位變化情況，剔除數(shù)據(jù)長時(shí)間中斷的時(shí)期，數(shù)據(jù)到位率達(dá)到了8-9成，有一定實(shí)用意義。

（四）黃山局各站衛(wèi)星信道在運(yùn)行時(shí)發(fā)生過長達(dá)數(shù)天的中斷，這是實(shí)際投入使用后不能夠出現(xiàn)的情況，必須予以重視。

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