廣西壯族自治區(qū)水文水資源百色分局 黃定謀

1.引言

光纖通信是以光纖作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，達(dá)到通信目的的一種新技術(shù)。這一技術(shù)自從上一世紀(jì)八十年代在我國(guó)初步進(jìn)入實(shí)用化階段以來(lái)，短短三十年的時(shí)間里迅速在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文從應(yīng)用實(shí)例出發(fā)，介紹光纖通信技術(shù)在水文遙測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，特別在組網(wǎng)方案選擇方面作了較詳細(xì)的介紹。

二000年初，西林縣人民政府引資對(duì)馱娘江水資源進(jìn)行了開(kāi)發(fā)利用，二00五年年底先后建成了西林縣威后等十一級(jí)梯級(jí)電站。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，為便于發(fā)電調(diào)度工作，業(yè)主委托廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院圍繞上述電站群組建一個(gè)以話音通信為主的基于SDH的本地?cái)?shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，這是一個(gè)具有自愈功能的環(huán)型通信網(wǎng)，所用的光端機(jī)為中興公司的ZXMP S320，復(fù)用器為ZXMP S310，采用G.652A單模光纖。2008年，為充分利用該網(wǎng)絡(luò)的資源，筆者設(shè)計(jì)一個(gè)基于上述光纖通信網(wǎng)絡(luò)的水文自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)，能將11個(gè)電站群的壩首雨量及上下游水位實(shí)時(shí)傳送到設(shè)在西林縣城的主調(diào)中心。

2.組網(wǎng)方案

根據(jù)該語(yǔ)音通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，遙測(cè)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式可以采?。阂换谠璖DH數(shù)字語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)方式，二利用冗余光纖架構(gòu)光纖總線型遙測(cè)系統(tǒng)。各方式的基本原理介紹如下：

2.1 基于原SDH數(shù)字語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式

根據(jù)原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成如圖1所示。這是一個(gè)基于SDH的語(yǔ)音和水文遙測(cè)綜合通信網(wǎng)，可以同時(shí)進(jìn)行電話通信和水文遙測(cè)業(yè)務(wù)通信。從圖中可知，遙測(cè)業(yè)務(wù)通信過(guò)程是：每一個(gè)遙測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)（圖中僅畫(huà)出那維壩首R(shí)TU數(shù)據(jù)接入示意圖，其他地點(diǎn)給予省略）是通過(guò)當(dāng)?shù)氐膹?fù)用器S310的低速RS232通道經(jīng)復(fù)用處理變換成E1格式的接口信號(hào)后，由光端機(jī)S320完成電——光轉(zhuǎn)換后以STM-1（對(duì)應(yīng)速率155520Kb/s）速率將信號(hào)通過(guò)光纖傳送到梯級(jí)主調(diào)中心，梯級(jí)主調(diào)的S320完成光——電轉(zhuǎn)換后，由S310進(jìn)行解復(fù)用，還原出RTU發(fā)來(lái)的RS-232信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)接口板送到遙測(cè)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)，完成數(shù)據(jù)上行傳送過(guò)程。

圖1 基于SDH數(shù)字語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)的水情遙測(cè)組網(wǎng)方式示意圖

圖2 馱娘江梯級(jí)水電站光纜路由圖

2.2 光纖總線型組網(wǎng)方式

根據(jù)業(yè)主提供的如圖2所示的光纖路由圖可知，原語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)從梯級(jí)主調(diào)開(kāi)始全程敷設(shè)12芯光纜至各個(gè)壩首發(fā)電機(jī)房，由于采用環(huán)型自愈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，收發(fā)各使用2芯共4芯光纖，剩余8芯。本方案是利用這些冗余光纖中的2芯來(lái)組建一個(gè)光纖總線型遙測(cè)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由收發(fā)各一芯光纖、光節(jié)點(diǎn)機(jī)、RS-232光纖調(diào)制解調(diào)器和數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成。這是一個(gè)典型的基于光纖通信的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，RTU（終端機(jī)）輸出的RS-232電信號(hào)通過(guò)本地光節(jié)點(diǎn)機(jī)的電端口接入，轉(zhuǎn)換成光信號(hào)后由光端口輸出然后通過(guò)光纖媒體發(fā)送到遙測(cè)中心的RS-232調(diào)制解調(diào)器還原出RS-232電信號(hào)，遙測(cè)中心計(jì)算機(jī)直接接收該信號(hào)，完成數(shù)據(jù)的上行通信過(guò)程。為避免通信過(guò)程中發(fā)生信號(hào)沖突現(xiàn)象，數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)下行的信息采取廣播式的通信方式向所有RTU發(fā)送數(shù)據(jù)或指令，各RTU則按“地址匹配”原則被動(dòng)響應(yīng)遙測(cè)中心發(fā)來(lái)的的各種指令。

圖3 基于總線型光纖通信網(wǎng)絡(luò)的水情遙測(cè)組網(wǎng)方式示意圖

3.組網(wǎng)方案選擇

根據(jù)原語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，遙測(cè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)大致可以按上述兩種方案進(jìn)行組網(wǎng)。方案一的優(yōu)點(diǎn)是：不占用光纖資源，不增加傳輸設(shè)備，在遙測(cè)數(shù)據(jù)中心一端增加一塊“接口板”用于管理各個(gè)RTU的通信狀態(tài)之后，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全雙向的通信，通信系統(tǒng)基于SDH安全可靠。缺點(diǎn)是，增加復(fù)用器的通道板和“接口板”費(fèi)用高，影響原系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。

方案二的優(yōu)點(diǎn)：不占用原系統(tǒng)復(fù)用器的通道，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需增加一些調(diào)制解調(diào)器和光節(jié)點(diǎn)機(jī)，不需要使用“接口板”，技術(shù)成本及設(shè)備成本均低于方案一。缺點(diǎn)是，占用光纖資源，為避免沖突現(xiàn)象只能采用被動(dòng)應(yīng)答式的通信方式，通信可靠性遠(yuǎn)不如具有自愈功能的方案一。

設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)：

根據(jù)節(jié)省資金投入等方面綜合考慮，本系統(tǒng)采用組網(wǎng)方案二。其設(shè)計(jì)過(guò)程中的技術(shù)要點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹如下：

組網(wǎng)方案確定之后接下來(lái)就是針對(duì)選定的方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）通信網(wǎng)絡(luò)必須滿足RTU與遙測(cè)數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)之間“透明”傳輸?shù)囊?，任何類型的RTU均可實(shí)現(xiàn)“即插即用”；（2）選擇的光節(jié)點(diǎn)機(jī)或光纖調(diào)制解調(diào)器應(yīng)滿足：上一級(jí)光節(jié)機(jī)（或光纖調(diào)制解調(diào)器）輸出的光功率扣除光鏈路等各種損耗后剩余光功率必須大于或等于下一級(jí)光節(jié)點(diǎn)機(jī)最低的輸入光功率的要求，兩者之間不宜再增設(shè)“中繼”以減少資金投入和便于日常維護(hù)；（3）為進(jìn)一步節(jié)省資金，網(wǎng)絡(luò)總線中的三個(gè)端點(diǎn)（數(shù)據(jù)中心、弄南和那賓三個(gè)終端端點(diǎn)）應(yīng)選用光纖調(diào)制解調(diào)器而不是光節(jié)點(diǎn)機(jī)，因?yàn)樵撊齻€(gè)端點(diǎn)僅需一個(gè)光口和一個(gè)電口的信號(hào)；（4）那雄光節(jié)機(jī)需選擇具有三個(gè)光口和一個(gè)電口的光節(jié)點(diǎn)機(jī)，因該節(jié)點(diǎn)有弄南、那沙等兩個(gè)光分支端口和一個(gè)本地電端口；（5）中心站軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮協(xié)議兼容性、通信可靠性（本設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)多重發(fā)送，CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)等差錯(cuò)檢驗(yàn)技術(shù)提高通信的可靠性）及通信過(guò)程中避免信號(hào)沖突等問(wèn)題。

4.應(yīng)用成功案例

百達(dá)水文站測(cè)驗(yàn)站房處沒(méi)有手機(jī)信號(hào)，其后山山頂有GPRS/GSM信號(hào)，因此，2009年在百達(dá)水文站房安裝雨水情信息采集存儲(chǔ)單元，在山頂建設(shè)GPRS/GSM發(fā)送站，安裝GPRS/GSM的遠(yuǎn)程傳輸控制單元，在站房與山項(xiàng)GPRS/GSM發(fā)送站之間采用光纖有線傳輸方式連接。百達(dá)水文站采集水位、雨量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，通過(guò)光纖通信方式傳輸至山頂GPRS/GSM發(fā)送站，并由遠(yuǎn)程傳輸控制單元將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒种行?；該站采用的光纖通信技術(shù)在水文遙測(cè)系統(tǒng)中屬于首創(chuàng)。

5.結(jié)語(yǔ)

本文是根據(jù)馱娘江梯級(jí)水電站群水文遙測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料整理而成的。撰寫(xiě)本文只有一個(gè)目的那就是通過(guò)本文告訴大家：水文自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)中光纖通信信道是一個(gè)可選項(xiàng)，在水文自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)大家可以根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)選擇光纖網(wǎng)絡(luò)作為通信信道，不必拘泥于大家知道所熟悉的音頻調(diào)制超短波、PSTN（公用電話交換網(wǎng)）、數(shù)字調(diào)制超短波、GSM/GPRS、衛(wèi)星中斷等通信信道。

[1]中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)(SL330-2005)[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2005.

[2]中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(SL61-2003)[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003.