【摘要】 隨著北斗二代的飛速發(fā)展與不斷成熟，北斗一代的定位功能將被漸漸弱化，短報(bào)文通信功能會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮其相對(duì)于其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)?；诒倍芬淮亩虉?bào)文通信功能建立的水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是典型應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 北斗一代 短報(bào)文通信

一、概述

水利系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信是水文信息收集的關(guān)鍵手段，平時(shí)用于傳輸水文信息，積累水文資料，并能據(jù)次做出降雨、洪水和旱情的預(yù)測(cè)報(bào)告，災(zāi)時(shí)能有效預(yù)防、控制暴雨和洪水災(zāi)害以及由此引發(fā)的山體崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，提高災(zāi)害發(fā)生后的應(yīng)急反應(yīng)能力，減輕災(zāi)害對(duì)鐵路、公路運(yùn)輸秩序的影響和對(duì)運(yùn)輸設(shè)備造成的損害，為各級(jí)防汛抗旱部門及時(shí)、準(zhǔn)確地提供各類防汛抗旱信息。水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

野外測(cè)站地域分布廣，常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)往往不覆蓋；

野外測(cè)站用電困難，工作單元要求節(jié)電；

野外測(cè)站施工條件差，要求設(shè)備安裝簡(jiǎn)易；

野外測(cè)站屬于防汛關(guān)鍵設(shè)施，要求全天候工作抗雨衰；

野外測(cè)站數(shù)據(jù)傳輸要求準(zhǔn)確及時(shí)，對(duì)通信系統(tǒng)要求高。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航具有全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，其應(yīng)用幾乎涉及國(guó)防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)的北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)具備報(bào)文通信、定位、授時(shí)功能，利用北斗系統(tǒng)的全覆蓋、組網(wǎng)易于實(shí)施和低成本等優(yōu)勢(shì)，能夠滿足在惡劣環(huán)境下為用戶提供穩(wěn)定可靠的定位與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的要求，采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為水情監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)的傳輸手段，實(shí)現(xiàn)水情數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、采集、傳輸、預(yù)警等功能，可為用戶提供安全可靠，成本低廉、安裝維護(hù)方便的全天候覆蓋水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)特點(diǎn)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相較與其他通信設(shè)備，其在水情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

工作在L/S波段，雨衰?。?/p>

采用CDMA制式，允許多用戶并發(fā)傳輸；

終端功耗低，適應(yīng)無(wú)人值守環(huán)境；

利用北斗授時(shí)功能，保持整個(gè)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的時(shí)鐘同步；

一次可傳送多達(dá)120個(gè)漢字的短報(bào)文通信信息，滿足汛期實(shí)時(shí)報(bào)訊要求；

北斗民用運(yùn)營(yíng)中心提供信道和數(shù)據(jù)備份，安全可靠。

北斗系統(tǒng)具有“抗雨衰、容量大、時(shí)效強(qiáng)、功耗低、通信快捷、并發(fā)能力強(qiáng)”的特點(diǎn)，能很好地滿足水情整點(diǎn)報(bào)訊和汛期實(shí)時(shí)報(bào)訊的要求。

三、系統(tǒng)方案

水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由水利指揮總站和野外水利監(jiān)測(cè)站組成。中心水利指揮總站通過(guò)北斗指揮型用戶機(jī)，接收所有野外水利測(cè)試站通過(guò)北斗通信型用戶機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，對(duì)所有水情監(jiān)測(cè)站水情數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、分析。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

水利監(jiān)測(cè)站裝備水位計(jì)、雨量計(jì)等傳感器，采集各種水文變化數(shù)據(jù)，將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)送給信息集成器，信息集成器對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、存儲(chǔ)、自動(dòng)編碼打包，通過(guò)北斗通信型用戶機(jī)發(fā)送給中心指揮站。同時(shí)各水利監(jiān)測(cè)站可通過(guò)北斗用戶機(jī)實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)站的精確定位，并將定位信息同時(shí)發(fā)送到中心指揮站。

四、中心站設(shè)計(jì)方案

中心水利指揮總站對(duì)所有水情監(jiān)測(cè)站水情數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、分析，主要包括兩部分：北斗指揮型用戶機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析服務(wù)器（包含相關(guān)軟件）。

4.1雙服務(wù)器備份中心

水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)圍繞著數(shù)據(jù)服務(wù)為中心的信息化服務(wù)系統(tǒng)，中心水利指揮總站除了實(shí)時(shí)對(duì)所有水情監(jiān)測(cè)站水情數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、分析外，信息數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)同樣至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)方案采用了雙服務(wù)器備份中心方案，雙服務(wù)器備份中心由北斗指揮機(jī)、主服務(wù)器、從服務(wù)器三個(gè)主要部分組成。

該方案的特點(diǎn)如下：

4.1.1系統(tǒng)備份

通過(guò)北斗指揮型用戶機(jī)的雙串口連接雙服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)程序及所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的備份功能，保證了系統(tǒng)的健壯性以及數(shù)據(jù)的完整性、安全性。

4.1.2數(shù)據(jù)恢復(fù)與同步

通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)文件的備份與導(dǎo)入，完成對(duì)備份數(shù)據(jù)的恢復(fù)與同步功能。本雙服務(wù)器備份采用一臺(tái)指揮機(jī)通過(guò)雙串口連接兩臺(tái)服務(wù)器的方式組網(wǎng)。由于本系統(tǒng)的指揮機(jī)只接收下轄北斗通信型用戶機(jī)的數(shù)據(jù)，所以并不需要考慮多控制指令造成的重復(fù)指令過(guò)濾問(wèn)題。主服務(wù)器和從服務(wù)器均裝有水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，各自獨(dú)立、自成系統(tǒng)。主從服務(wù)器分別接收并存儲(chǔ)水情信息，達(dá)到數(shù)據(jù)雙機(jī)備份的目的，保障了數(shù)據(jù)的完整性和完全性。由于主從服務(wù)器的獨(dú)立性，當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障后，從服務(wù)器的數(shù)據(jù)保留完整，可以由從服務(wù)器將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，再導(dǎo)入到主服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

4.2北斗指揮平臺(tái)

指揮型用戶機(jī)主要完成系統(tǒng)內(nèi)野外測(cè)量站通過(guò)通信型用戶機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息接收功能。同時(shí)，指揮型用戶機(jī)還可以主動(dòng)控制野外測(cè)量站進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)。這些都通過(guò)北斗指揮平臺(tái)完成。

北斗指揮平臺(tái)是擁有一定用戶數(shù)的集團(tuán)管理部門使用的平臺(tái)，同時(shí)能監(jiān)收下轄用戶機(jī)的定位和通信信息，并可以向下轄用戶機(jī)發(fā)送通播信息。其具體功能有：

通過(guò)IC卡注冊(cè)下轄用戶；

監(jiān)收下級(jí)用戶機(jī)的定位和通信信息；

數(shù)字地圖功能，可顯示、查詢下轄用戶的地理位置；

對(duì)所轄用戶機(jī)發(fā)送通播信息，統(tǒng)一下發(fā)命令或其他信息；

存儲(chǔ)、調(diào)用下轄用戶機(jī)的相關(guān)信息。

北斗系統(tǒng)的這種分組、分級(jí)通信方式有利于下端水電信息的集中收集和指揮信息群發(fā)。

五、遠(yuǎn)端站方案

野外水利監(jiān)測(cè)站由太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、北斗通信型用戶機(jī)、RTU、采集儀器等組成。野外水利監(jiān)測(cè)站具備水利信息采集和上報(bào)功能。

5.1信息采集上報(bào)過(guò)程

水文信息采集是水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它是對(duì)水文信息系統(tǒng)進(jìn)行融合、分析的必要前提。野外測(cè)站水文信息采集和上報(bào)的過(guò)程如圖2所示。

1）信息采集。通過(guò)傳感裝置，可以獲取水電站的水情、濕度和雨量等水文信息。

2）信息處理。上述收集的水文信息通過(guò)數(shù)據(jù)接口接入數(shù)據(jù)采集模塊后，為了滿足北斗傳輸格式的要求，還需要添加編碼器對(duì)信息量加以編碼和組幀的功能，在特定情況下，可能還需要將數(shù)據(jù)信息加以分包操作。

3）信息組裝。經(jīng)過(guò)處理的信息交由北斗通信終端發(fā)送，一般站點(diǎn)采用單個(gè)通信終端。為保證信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，在重要野外站點(diǎn)可采用北斗通信終端陣列的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。終端陣列為雙機(jī)熱備份，可以保障在極度惡劣環(huán)境下衛(wèi)星通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性；由于兩終端為獨(dú)立工作狀態(tài)，及時(shí)一個(gè)終端出現(xiàn)故障，另一個(gè)終端也可以保障系統(tǒng)繼續(xù)工作。

4）衛(wèi)星傳輸。水文信息經(jīng)過(guò)北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至中心水利指揮站，中心站通過(guò)服務(wù)器平臺(tái)軟件進(jìn)行文字信息融合與分析，進(jìn)行相應(yīng)的信息處理。

5.2雨量信息采集方式

雨量信息的采集由雨量計(jì)和終端遙測(cè)機(jī)（RTU）完成。雨量信息采集有常規(guī)和暴雨兩種模式。

常規(guī)模式下，RTU使用的數(shù)據(jù)發(fā)送方式為巡檢方式，每5分鐘巡檢1次，這種方式不能滿足暴雨天氣下水文監(jiān)測(cè)的需求。

暴雨天氣下，監(jiān)測(cè)中心可通過(guò)指揮型用戶機(jī)發(fā)送相關(guān)命令控制野外測(cè)站進(jìn)入暴雨模式。RTU的數(shù)據(jù)采集方式更改為雨量每上升1毫米采集一次數(shù)據(jù)。

5.3測(cè)站通信用戶機(jī)軟件功能

野外測(cè)站通信型用戶機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）RTU采集數(shù)據(jù)的收集、處理和存儲(chǔ)；2）正常情況下，按正常頻度發(fā)送數(shù)據(jù)到中心站，查詢中心站是否接收到數(shù)據(jù)，如未接收到數(shù)據(jù)，需重新傳輸數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和完整性；3）暴雨情況下，壓縮打包數(shù)據(jù)，按照1分鐘1次的頻度一次發(fā)送到中心站。

六、總結(jié)

綜上所述，基于北斗一代衛(wèi)星的水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠保障水文信息安全可靠的采集、因地制宜的傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，其可在各地水利局水情和防汛測(cè)報(bào)方面起到關(guān)鍵作用，可以廣泛推廣。

通信地址：安徽省合肥市濉溪路439號(hào)中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十六研究所，郵政編碼：230043，收件人：朱明輝，聯(lián)系方式：18005511226。

作者簡(jiǎn)介：朱明輝，1974年12月生，性別：男，民族：漢族，籍貫：安徽省合肥市，學(xué)歷：碩士研究生，職稱：高級(jí)工程師，從事市場(chǎng)調(diào)研與策劃工作。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 《衛(wèi)星導(dǎo)航定位與北斗系統(tǒng)應(yīng)用》，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)編， 2012

[2] 《衛(wèi)星導(dǎo)航定位與北斗系統(tǒng)應(yīng)用-應(yīng)用北斗 光彩中國(guó)2013》，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)編， 測(cè)繪出版社 2013

[3] 曹沖 陳?ài)?李東航 《北斗伴咱走天下》 中國(guó)宇航出版社 2011