丁慧玲

（山西省汾河灌溉管理局一壩分局，山西 太原 037006）

汾河灌區(qū)位于山西省中部的太原盆地，南北長(zhǎng)約140 km，東西寬約20 km。灌區(qū)控制面積14萬(wàn)hm2，耕地面積10.5萬(wàn)hm2，設(shè)計(jì)灌溉面積10萬(wàn)hm2，有效灌溉面積8.8萬(wàn)hm2，是山西省最大的自流灌區(qū)，也是全省主要的糧食產(chǎn)地之一。汾河灌區(qū)灌溉控制范圍覆蓋太原、晉中和呂梁3市11縣（市、區(qū)），受益地區(qū)涉及60個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、522個(gè)自然村。

汾河灌區(qū)灌溉用水取自汾河水，全灌區(qū)由4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的灌區(qū)組成，即一壩灌區(qū)、二壩汾東灌區(qū)、二壩汾西灌區(qū)、三壩灌區(qū)。

汾河灌區(qū)信息化系統(tǒng)未建成前，水情信息多處于人工或半自動(dòng)化的采集狀態(tài)，通訊功能差，需要耗費(fèi)大量的人力物力，而且資料的時(shí)效性也較差，導(dǎo)致水情信息資源不足、信息共享困難、應(yīng)用基礎(chǔ)薄弱，在總體上尚未建成灌區(qū)水資源統(tǒng)一管理調(diào)度的信息系統(tǒng)，目前，存在以下幾方面的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：缺少采集點(diǎn)調(diào)度向分中心傳輸?shù)氖侄危闇y(cè)報(bào)手段亟待改進(jìn)，隨著水情采集信息量的增加，信息傳輸方式有待提高，以更好地滿足調(diào)度指揮決策等工作的需要；信息傳輸目標(biāo)單一，灌區(qū)內(nèi)水管單位得不到所轄范圍內(nèi)相關(guān)的水情信息，沒(méi)有形成功能全面、互聯(lián)互通、信息資源共享的信息傳輸系統(tǒng)；信息管理機(jī)制不健全，缺乏統(tǒng)一的信息管理和更新機(jī)制，數(shù)據(jù)流程不暢，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)綜合利用率較低。針對(duì)這些情況，汾河灌區(qū)進(jìn)行了信息系統(tǒng)組網(wǎng)研究。

1 系統(tǒng)工作體制及數(shù)據(jù)流程

汾河灌區(qū)水情信息化系統(tǒng)是運(yùn)用現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由信息采集、信息傳輸、信息處理三個(gè)環(huán)節(jié)形成的綜合信息系統(tǒng)。系統(tǒng)主體由信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合軟件系統(tǒng)構(gòu)成，形成一個(gè)多層次結(jié)構(gòu)體系，系統(tǒng)水情信息由水位、流量等數(shù)據(jù)組成。

本系統(tǒng)采用定時(shí)自報(bào)與查詢應(yīng)答相結(jié)合的通訊方式。自報(bào)方式與查詢應(yīng)答方式相比，其通訊效率較高，某一測(cè)站完成一次數(shù)據(jù)通訊所需時(shí)間較短，并且通訊過(guò)程為自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)，控制中心數(shù)據(jù)接收軟件始終處于等待接收狀態(tài)，多個(gè)測(cè)站可同時(shí)與控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，適合日常數(shù)據(jù)的自動(dòng)上報(bào)。查詢應(yīng)答方式由控制中心發(fā)出指令后測(cè)站進(jìn)行響應(yīng)，控制中心需等待一定時(shí)間以便接收測(cè)站返回的數(shù)據(jù)。由于各個(gè)站點(diǎn)的地理位置不同，在通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)向控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包在通訊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的通訊路由差別很大，不同站點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心時(shí)所需的時(shí)間存在較大差異，控制中心在召測(cè)方式下需設(shè)置一個(gè)較長(zhǎng)的等待延時(shí)，以保證通訊成功率，通常等待時(shí)間比實(shí)際通訊時(shí)間長(zhǎng)很多，完成一次通訊過(guò)程所需時(shí)間較長(zhǎng)；若控制中心需召測(cè)多個(gè)測(cè)站的數(shù)據(jù)時(shí)，其通訊時(shí)間將數(shù)倍于同等數(shù)據(jù)量下測(cè)站自報(bào)方式發(fā)送數(shù)據(jù)，并且在通訊過(guò)程中始終需要人工干預(yù)。

兩種通訊體制相比，測(cè)站日常固定類型的數(shù)據(jù)一般采用自報(bào)方式自動(dòng)完成數(shù)據(jù)上報(bào)。召測(cè)方式一般用于采集特定類型、特定測(cè)站的數(shù)據(jù)，并且使用頻率較低。

2 通訊方式選擇

目前，國(guó)內(nèi)外水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的通信方式大體上有超短波數(shù)傳電臺(tái)、微波、光纜、GSM、GPRS、衛(wèi)星通信、PSTN、232/485等。各種通信方式均有其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合汾河灌區(qū)通訊實(shí)際情況以及目前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、系統(tǒng)綜合投資、維護(hù)投入等因素，采用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為測(cè)站與中心站遠(yuǎn)距離無(wú)線通信手段。

GPRS無(wú)線通信是一種建立在TCP/IP，UDP協(xié)議基礎(chǔ)上的開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效利用。使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，降低了服務(wù)成本。

GPRS無(wú)線通信具備如下特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，建設(shè)成本低，監(jiān)控范圍廣，具有良好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)的傳輸容量大，數(shù)據(jù)傳送速率高，通信費(fèi)用低。

3 GPRS組網(wǎng)方案

GPRS組網(wǎng)常用的方案有三種：第一種是使用Internet互聯(lián)網(wǎng)接入，即中心采用ADSL、光纜等與Internet公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP。向Internet運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，并且申請(qǐng)相應(yīng)的公網(wǎng)固定IP地址。測(cè)點(diǎn)可以使用普通的SIM卡，使用動(dòng)態(tài)IP或GPRS網(wǎng)內(nèi)固定IP地址均可。測(cè)站直接向中心站發(fā)起連接，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。第二種是使用移動(dòng)專網(wǎng)數(shù)據(jù)專線接入，即控制中心采用光纖專線或GPRS路由器接入GPRS網(wǎng)內(nèi)，采用專網(wǎng)固定IP。向移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)專網(wǎng)業(yè)務(wù)，給所有測(cè)點(diǎn)及中心站分配固定IP。中心及每一個(gè)測(cè)站本身具有移動(dòng)GPRS內(nèi)網(wǎng)固定IP，無(wú)需DNS解析，減少中間環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性增強(qiáng)；且所有的數(shù)據(jù)都在GPRS內(nèi)網(wǎng)，無(wú)需經(jīng)過(guò)公網(wǎng)，安全性強(qiáng)。第三種是無(wú)線接入，即控制中心采用GPRS模塊，使用普通的SIM卡，沒(méi)有GPRS網(wǎng)內(nèi)固定IP地址，向移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)開(kāi)通用戶端對(duì)端數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。中心GPRS模塊在每次上線后，把獲取的網(wǎng)內(nèi)IP地址通過(guò)GPRS Modem向測(cè)站發(fā)送中心站的IP地址信息，測(cè)站收到中心站的IP地址后，監(jiān)測(cè)站直接向中心站發(fā)起連接。這種方案主要是增加了中心站向測(cè)站告知IP地址的環(huán)節(jié)，需要采取更多的技術(shù)措施才能保證運(yùn)行可靠性。

由于本項(xiàng)目中測(cè)站數(shù)量較少，數(shù)據(jù)量小，采用第三種方案，即中心站使用GPRS通訊模塊接收各測(cè)站GPRS通訊模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)即可滿足使用需求。該方案設(shè)備投資最小，所提供的數(shù)據(jù)通訊帶寬可滿足系統(tǒng)需求，是一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)的通訊方式。

4 結(jié)語(yǔ)

汾河灌區(qū)水情信息化系統(tǒng)建成后，灌區(qū)的水情信息化建設(shè)取得了較為理想的應(yīng)用效果。GPRS無(wú)線通信在灌區(qū)防汛抗旱、水資源優(yōu)化調(diào)配、計(jì)劃供水的實(shí)現(xiàn)、提高信息傳輸時(shí)間、改善工作環(huán)境以及減輕管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度等方面發(fā)揮了重要的作用。通過(guò)運(yùn)行，汾河灌區(qū)水情信息化系統(tǒng)通訊組網(wǎng)取得了以下效果：第一，為確保灌區(qū)工程安全度汛提供了可靠的信息保障。灌區(qū)工程不但具有線長(zhǎng)、點(diǎn)多、面廣、分散的特點(diǎn)，而且具有典型北方灌區(qū)暴雨突發(fā)性、區(qū)域性的特點(diǎn)，應(yīng)用GPRS無(wú)線通信以后，實(shí)現(xiàn)水情信息傳遞的實(shí)時(shí)性，達(dá)到了調(diào)度決策的及時(shí)性，確保灌區(qū)工程安全度汛。第二，改善了工作環(huán)境，減輕了管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。在灌區(qū)建設(shè)信息化系統(tǒng)以前，水情信息得不到及時(shí)傳送，失去了時(shí)效性。利用GPRS無(wú)線通信以后，由于能及時(shí)掌握水情信息，加之又能遠(yuǎn)程遙控閘門(mén)，調(diào)度人員的工作壓力和勞動(dòng)強(qiáng)度得到了大大緩解。第三，為灌區(qū)水資源優(yōu)化調(diào)度提供了依據(jù)，促進(jìn)了灌區(qū)水資源綜合利用效益的提高。灌區(qū)自應(yīng)用水情信息化系統(tǒng)以后，由于能及時(shí)捕捉灌區(qū)的運(yùn)行信息，為灌區(qū)水資源的優(yōu)化調(diào)度提供了依據(jù)，提高了灌區(qū)水資源綜合利用效益。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)試運(yùn)行期內(nèi)水情數(shù)據(jù)時(shí)效性、暢通率、準(zhǔn)確率進(jìn)行分析，都達(dá)到了90%以上，其中時(shí)效性96.9%，暢通率96.9%，準(zhǔn)確率93.8%。從運(yùn)行情況看，汾河灌區(qū)水情信息化系統(tǒng)通訊組網(wǎng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和預(yù)期效果，能滿足信息傳輸要求。