栗端付，呂振彪，姜 濤

(1.大慶地區(qū)防洪工程管理處，黑龍江大慶163311;2.齊齊哈爾市水政監(jiān)察支隊，黑龍江齊齊哈爾161006)

1 大慶地區(qū)防洪工程自動測報系統(tǒng)現(xiàn)狀

大慶地區(qū)防洪工程自動測報系統(tǒng)主要包括明青坡地水文自動測報系統(tǒng)。

明青坡地水文自動測報系統(tǒng)主要是監(jiān)測、采集明青坡地來水的遙測雨量自動測報系統(tǒng)。明青坡地位于大慶地區(qū)防洪工程上游，是明青截流溝匯水流域，流域跨有明水、青岡、安達等市縣，總控制面積2 161 km2。明青坡地是暴雨洪水多發(fā)區(qū)，洪水流經(jīng)明青截流溝后匯入王花泡，它是大慶地區(qū)洪水主要來源之一。因此，該區(qū)的洪水監(jiān)測是大慶地區(qū)防洪工作重點。

1.1 明青坡地水文自動測報系統(tǒng)的組成

明青坡地水文自動測報系統(tǒng)由1處中心站、2處中繼站和21處遙測雨量站組成。1處中心站為調(diào)度中心，兩處中繼站為育林中繼和明青交叉工程中繼，21處遙測雨量站分布在依安、明水、青岡、安達等4個市縣內(nèi)。站點分布詳見圖1。

圖1 明青坡地雨量站點系統(tǒng)配置圖

1.2 系統(tǒng)的工程特點和基本功能

系統(tǒng)能準確及時的監(jiān)測大慶地區(qū)主要洪水來源的明青坡地雨情，解決了明青坡地遠離大慶，地域偏僻，常規(guī)水文觀測無法監(jiān)測雨情的老大難問題;及時收集流域內(nèi)雨情信息，為王花泡滯洪區(qū)來水的洪水預報提供了可靠的雨情資料，使該滯洪區(qū)的洪水預報調(diào)度工作有了保障;系統(tǒng)采用雨情自動收集、自動傳輸、有雨即報的方案，實現(xiàn)了水情信息自動化，做到無人值守、有人監(jiān)護;系統(tǒng)采用遙測平臺設施，保證了遙測設置安全防盜、防雷電等破壞。

1.3 明青坡地水文自動測報系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)是以超短波無線電信道為傳輸媒介的數(shù)傳系統(tǒng)。中心站以下采用了自報式遙測體制，系統(tǒng)始終處于遙測站主動報送水情信息，中心站處于被動接收狀態(tài)。雨量遙測站平時處于關機狀態(tài)，在降雨量達到1 mm的變化時，自動打開發(fā)射機，把采集的實時數(shù)據(jù)經(jīng)過一級中繼站或一級中繼站、二級中繼站報送到中心站，中心站接到數(shù)據(jù)后經(jīng)過軟件處理進入計算機數(shù)據(jù)庫，供洪水預報調(diào)度使用。具體工作原理見圖2。

2 大慶地區(qū)防洪工程自動測報系統(tǒng)改造設想

由于近年來我國通信事業(yè)的迅猛發(fā)展，城市中增加了很多以超短波為主的通信網(wǎng)絡，對明青坡地自動測報系統(tǒng)的中心站接收中繼站數(shù)據(jù)造成了干擾，從而影響了遙測站數(shù)據(jù)的采集情況，降低了系統(tǒng)的可靠性。為此，對原有系統(tǒng)進行改造，主要對中繼站和中心站之間通信方式進行改造。系統(tǒng)改造后運行模式如下:

2.1 通信組網(wǎng)方式

系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式主要包括以下幾點:

1)中心站與中繼站之間采用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務作為主通信方式，短消息傳送作為備用通信方式

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務的簡稱，是在GSM移動通信網(wǎng)絡基礎上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)分組交換技術，具有較強的數(shù)據(jù)傳輸能力。

圖2 系統(tǒng)工程原理圖

首先GPRS采用多時隙傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)傳速率較高。各地網(wǎng)絡配置情況不盡相同，因此GPRS實際數(shù)傳速率視所占時隙數(shù)不同而不同。一般來說上行速率較低(20～40 Kbps左右)，下行速率相對較高(100 Kbps左右)。

其次GPRS傳輸數(shù)據(jù)費用低，對于測站分布密集，點數(shù)較多，通信次數(shù)頻繁的遙測系統(tǒng)來說，采用GPRS方式傳輸數(shù)據(jù)相比采用短消息、衛(wèi)星通信等方式傳輸數(shù)據(jù)要經(jīng)濟的多。

另外，對于水文上間斷性的、頻繁的小數(shù)據(jù)包傳輸，以及偶爾的大容量固態(tài)數(shù)據(jù)提取，GPRS都是非常好的選擇。并且GPRS一般能在1秒之內(nèi)恢復數(shù)據(jù)的重新傳輸。因此采用GPRS方式傳輸數(shù)據(jù)比較符合水文測報系統(tǒng)的應用。

各地的電路質(zhì)量和網(wǎng)管不完全一致，為防止GPRS數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)意外，本系統(tǒng)采取切換為短消息傳輸?shù)膫溆猛ㄐ欧绞健?/p>

2)為克服可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)瓶頸問題，中心站采用專線收發(fā)數(shù)據(jù)。

3)為防止專線線路故障，每個分中心配備一個GPRS/GSM通信模塊，作為無線備用信道。

2.2 主備通信切換機制

遙測站每次測量完畢后，發(fā)送給中繼站，中繼站通過GPRS或短消息方式轉(zhuǎn)發(fā)給中心站。發(fā)送數(shù)據(jù)的過程如下:

首先使GPRS/GSM通信單元上電，通信單元會按設定號碼自動撥號登錄到GPRS移動通信網(wǎng)中心，獲得一個動態(tài)IP地址。同時通信單元根據(jù)設定的server地址和端口號，連接中心服務器，如果連接成功，中心即可獲得該連接的有關信息，同時中繼站也獲得了連接成功的消息，此時就可以進行數(shù)據(jù)傳輸了。

中繼站發(fā)送數(shù)據(jù)后，要等待中心站確認，如果在設定時間內(nèi)未收到中心確認，則進行重發(fā)。若重發(fā)3次均未收到中心確認，則退出GPRS發(fā)送模式，轉(zhuǎn)用短消息發(fā)送。

如果在設定時間內(nèi)根本就不能成功連接中心服務器，則直接退出GPRS發(fā)送模式，轉(zhuǎn)用短消息發(fā)送數(shù)據(jù)。利用短消息傳輸數(shù)據(jù)同樣也采用確認機制，如果在設定時間內(nèi)未能收到中心確認，則進行重發(fā)。若重發(fā)三次均未收到中心確認，則認為短消息傳送失敗。

若兩種途徑均未發(fā)送成功，則RTU存儲本幀數(shù)據(jù)，等待通信單元下次上電時發(fā)送。GPRS傳輸方式中的中心確認，指的是中心軟件發(fā)出的確認信息;

短消息傳輸方式中的中心確認，指的是中心通信模塊收到短消息后移動網(wǎng)絡對測站通信模塊發(fā)出的確認。具體工作原理見圖3。

圖3 工作原理圖

3 結(jié)語

經(jīng)過改造后的自動測報系統(tǒng)，能夠避免其他無線電設施對中心站的影響。由于傳輸數(shù)據(jù)使用公網(wǎng)，為管理維護也提供了極大的方便。采用雙信道通信方式，大大提高了雨情信息采集傳輸?shù)谋ＷC率，為大慶地區(qū)防洪工程安全度汛提供了技術保證。