浅议水情自动测报系统通信方式的选择

水情自动测报系统是集通信、遥测和计算机等先进技术于一体，用来实现水文数据自动采集、传输、处理和预报的现代化自动实时数据采集处理系统。我国洪水灾害频繁，给国家和人民生命财产造成了重大损失。自20世纪70年代开始建设的水情自动测报系统，为提高水文预报的精度、增加洪水有效预见期、及时准确地为防汛和水利水电调度提供科学的依据，对充分发挥水利水电工程的防洪减灾作用，合理开发水资源具有十分重要的意义。
　　
　　一、常用通信方式
　　
　　（一）短波通信
　　短波是指波长在10～100m，频率在3～30MHz的无线电波。短波通信包括通过电离层反射的天波传播模式和沿地面传播的地波模式2种传输模式。其中地波传播模式中的地波信号随着传输距离增长衰减很快，只适合通信距离短，中间障碍物少的地形。而水情自动测报系统一般位于多山或需要长距离通信的地区，因此一般选择天波模式。
　　采用短波方式的典型系统有甘肃碧口水电厂水情自测报系统和广西麻石水电厂水情自动测报系统。这2个系统由于流域地形复杂，如果采用超短波则需要建设多级中继，投资成本加大，维护困难，因此选择了短波与超短波混合组网方式。碧口水情自动测报系统规模为1:8，其中6个遥测站为短波组网。麻石水电厂水情自动测报系统规模为1:16，其中只有坝上和坝下采用有线方式传输信号，其余均为短波方式传输信号。
　　（二）超短波通信
　　超短波是指波长在1～10m，频率30～300MHz的无线电波。超短波通信方式是在水情自动测报系统中运用最为广泛的一种通信方式，因为其技术成熟、故障处理简单、运行成本低，在对系统进行通信方式选择时备受重视。
　　采用超短波方式的典型系统，如新疆伊犁恰甫其海水库水情自动测报系统，规模为15:2:2，对六角尖中继的依赖性很大，六角尖站承担系统内凤阳山中继和其他测站的信号转发功能，如果出现故障，则在中心站将无法收到任何测站数据。因此，在这种情况下，必须考虑采用双中继、热备用或冷备用等方式提高系统的可靠性。
　　目前，全国有90%以上的水情自动测报系统采用超短波方式，这种通信方式在流域面积不大、流域地形较好的地区是一种比较有优势的组网方式。
　　（三）有线通信
　　目前采用有线通信方式组网的水情自动测报系统，基本上是利用电信部门提供的公用电话网（PSTN）。
　　采用有线方式的典型的系统如浙江珊溪水利枢纽和三峡水利枢纽水情自动测报系统，珊溪系统组网规模为12：3（12个遥测站、3个中心站），系统中心站与测站之间采用星形结构，可使遥测站单独出现故障时不会影响其他测站通信。3个中心站之间采用链接形式，保证所有中心站内数据的唯一性。三峡水利枢纽水情自动测报共81个遥测站，其中56个遥测站选用PSTN作为系统主要通信方式，实现PSTN/Inmarsat双信道。平时正常工作采用PSTN方式传输数据，在PSTN无法传递数据时，测站自动启动海事卫星（Inmarsat）实现数据传输。
　　（四）卫星通信
　　卫星通信是20世纪90年代后期开始广泛使用在水情自动测报系统的一种通信方式，频率范围在300～300GHz。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波，在2个或多个地面站之间进行的通信。目前运用在水情自动测报系统中的卫星主要Inmarsat、VSAT卫星系统和我国自行研制的北斗通信卫星。卫星通信最理想的工作频率在4/6GHz波段附近，该频段带宽较大，工作频率较高，天线尺寸也较小，有利于成熟的微波中继通信技术。　1．VSAT卫星系统。VSAT卫星通信技术是20世纪80年代兴起的，我国主要是采用亚洲2号通信卫星收集水情信息。
　　在我国使用VSAT通信方式的系统并不多，典型系统如广西柳州市水情测报系统和西藏尼洋河水情测报系统，其中柳州市水情测报系统为混合组网，系统规模为2:10:62（2个中心站、5个卫星中继站、5个超短波中继站、32个卫星遥测站、30个超短波遥测站）；西藏尼洋河水情自动测报系统规模为3:9（3个中心站、9个卫星遥测站），中心站采用计算机局域网方式联网。
　　2．海事卫星。海事卫星（Inmarsat）属于全球性系统，建设初期主要服务目的是海事遇难救险。随着Inmarsat—C投入使用后，水利部门也开始逐步采用该卫星提供的服务。Inmarsat—C系统由4颗工作卫星和7颗备用卫星组成，可靠性非常高。
　　目前许多已建的或将建的系统基本上采用Inmarsat—C卫星。典型的系统如贵州乌江流域水情自动测报系统和吉林云峰水电厂水情自动测报系统，其中贵州乌江流域水情自动测报系统共有49个卫星遥测站，4个中心站，中心站之间采用VSAT卫星组成局域网。云峰水电厂水情自动测报系统规模为1:12（1个中心站、12个遥测站）。
　　3．北斗卫星通信。北斗卫星系统是我国自行研制、自主经营专为我国服务的卫星导航系统，由2颗工作卫星和1颗备用卫星组成，属于区域性系统，2002年1月开始运行。
　　利用该卫星的典型系统有陕南水利雨量监测速报系统和重庆江口水情测报系统。其中陕南水利雨量监测速报系统包括67个雨量站、14个中心站，特点是采用并行工作体制，将雨量数据同时发往14个中心站进行处理，减少中间环节，充分利用系统资源。重庆江口水情测报系统由17个雨量站、6个水位站和1个中心站组成。
　　（五）移动通信
　　1．短信息方式（SMS）。短信息业务是GSM系统为用户提供的一种使用手机或GSM模块接收和发送文本消息的服务。每条短信息最多包含160字母或70个汉字。
　　使用该方式的典型系统如浙江省防汛水情自动测报系统和江西万安水电厂水情自动测报系统，其中浙江省水利厅在全省建立上百个基于GMS短消息的水情遥测站，通过GMS网络建成全省统一的防汛水情自动测报系统。江西万安水电厂在条件合适的位置建立GMS短消息遥测站，规模不大，但是具有一定的参考价值，因为该系统集超短波、卫星和GMS短消息为一体进行混合组网，系统规模较大（1:4:55）。
　　2．GPRS方式。GPRS是GSM系统网络中以分组技术为基础的传输系统，它能为用户提供高达160kbit/s的数据速率，目前基于GPRS的水情自动测报系统并不多，但是应用前景比较好。
　　使用该系统的典型系统有厦门市水文自动测报系统和广州市三防遥测系统。其中厦门市水文自动测报系统由1个中心站、3个水位雨量站、2个水位站、18个雨量站组成，采用自报和中心站召测2种工作方式。广州市三防遥测系统控制全广州7435km范围内的水文遥测任务，采用GPRS方式实时传输水情信息。
　　
　　二、结语
　　
　　综上所述，水情自动测报系统可用的通信方式较多，每一种通信方式各有其优缺点，在工程实际运用时，应充分利用各通信方式的优势，扬长避短。同时，可根据需要设置短波通信作为关键水文站点的备用应急通信手段。对于中小型系统，可根据流域特点、地形条件，对上述各种通信方式进行综合比较后选择确定。