摘 要：通過對(duì)GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)在水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用分析，準(zhǔn)確掌握GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)的優(yōu)勢，為水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)通信技術(shù)選型提供最佳方案，確保水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)；GPRS；VHF；GSM；延時(shí)；數(shù)據(jù)碰撞

中圖分類號(hào)：TN929.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）32-0329-02

1 緒 論

湖南地處東經(jīng)108°47′～114°15′，屬于長江中游地區(qū)，全省湘、資、沅、澧水系發(fā)達(dá)，每年洪災(zāi)頻發(fā)。水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)采用現(xiàn)代科技對(duì)水文信息進(jìn)行實(shí)時(shí)遙測、傳輸和處理的專門技術(shù)，是有效解決江河流域及水庫洪水預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度及水資源合理利用的先進(jìn)手段。

水情數(shù)據(jù)傳輸作為水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，通信技術(shù)選型成了確保水情數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的關(guān)鍵因素。目前湖南沅水流域水庫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)調(diào)度，沅水流域水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中主要采用GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)，通過對(duì)比分析三種通信手段在實(shí)際應(yīng)用中的效果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)沅水流域水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)通信技術(shù)優(yōu)化選型，提高流域水情數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性，確保沅水流域洪水預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度及水資源合理利用。

2 VHF通信技術(shù)分析

國家無線電管理委員會(huì)指定230MHZ（VHF頻段）的某些頻點(diǎn)劃歸水文專業(yè)專用通信頻率。該頻段的無線電波具有一定的繞射能力和抗干擾能力，適用于山區(qū)較遠(yuǎn)距離的水情數(shù)據(jù)傳送，對(duì)于非近距離的障礙物不會(huì)形成嚴(yán)重的通信阻隔。對(duì)于阻隔較嚴(yán)重的多山地區(qū)，它可以選擇通過設(shè)置適當(dāng)?shù)闹欣^站來實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的山區(qū)通信。以白市水電站水情測報(bào)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。

白市水電站水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采取兩級(jí)中繼模式，工作體制采取自報(bào)式體制。自報(bào)式系統(tǒng)的信道是單向的，遙測站采集到數(shù)據(jù)后，自動(dòng)向中心站（或經(jīng)中繼站）發(fā)送，中心站被動(dòng)接收水情數(shù)據(jù)而不發(fā)送信令信號(hào)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功耗小，安裝、維護(hù)簡便，經(jīng)濟(jì)可靠。但從結(jié)構(gòu)上分析，該系統(tǒng)為“多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)通信”，信號(hào)發(fā)送是隨機(jī)的，在較大的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中容易產(chǎn)生同頻信號(hào)碰撞，出現(xiàn)掉數(shù)現(xiàn)象。

3 GSM短信通信技術(shù)分析

利用GSM短信技術(shù)組網(wǎng)可以克服測報(bào)范圍和測報(bào)地區(qū)地形地貌的限制。GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡稱，采用時(shí)分多址技術(shù)，是一個(gè)由3GPP開發(fā)的開放標(biāo)準(zhǔn)。GSM短信通信技術(shù)采取存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式，短信被發(fā)送出去之后，不是直接地發(fā)送給接收方，而是先存儲(chǔ)在短消息服務(wù)中心SMSC，然后再由SMSC將其轉(zhuǎn)發(fā)給接收方。如果接收方一時(shí)無法接收信息，SMSC會(huì)自動(dòng)保存該短消息，排隊(duì)并嘗試再次發(fā)送給接收方，一直確保接收方接收到數(shù)據(jù)為止，這樣確保了數(shù)據(jù)的完整性。在實(shí)際運(yùn)行中，GSM短信遙測站點(diǎn)也存在一些問題，其中最大的問題就是數(shù)據(jù)延時(shí)。數(shù)據(jù)延時(shí)太長將導(dǎo)致數(shù)據(jù)失去時(shí)效，失去時(shí)效的數(shù)據(jù)是無用數(shù)據(jù)，甚至?xí)?dǎo)致預(yù)報(bào)錯(cuò)誤，引發(fā)擴(kuò)大性防汛事故。以三板溪水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)文峰塔GSM雨量站為例分析，該站在2016年4月6日～4月7日凌晨之間發(fā)生了兩萬多秒的延時(shí)。

通過分析得出，導(dǎo)致GSM短信通信延時(shí)的原因主要有以下3種：

（1）GSM通信存在正常延時(shí)。從遙測站到中心站接收、處理，這一系列流程需要時(shí)間，正常的延時(shí)只有100～300多秒，屬正常范圍。

（2）遙測站、當(dāng)?shù)匾苿?dòng)基站、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、中心站移動(dòng)基站、中心站是GSM短信信息傳輸?shù)囊粋€(gè)完整鏈路。其中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，就將導(dǎo)致數(shù)據(jù)延時(shí)現(xiàn)象明顯。比如暴雨期間，如果中心站移動(dòng)基站出現(xiàn)異常，或者中心站移動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)定，強(qiáng)度不夠，將導(dǎo)致GSM短信遙測站數(shù)據(jù)大面積延時(shí)。

（3）水情測報(bào)系統(tǒng)GSM通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)通信方式，中心站GSM接收模塊只能一條一條數(shù)據(jù)排隊(duì)處理。當(dāng)暴雨來臨，數(shù)據(jù)量陡增，中心站GSM接收模塊數(shù)據(jù)吞吐量有限，特別容易導(dǎo)致信道堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致GSM短信接收模塊死機(jī)，從而導(dǎo)致GSM遙測站數(shù)據(jù)大面積延時(shí)。

4 GPRS通信技術(shù)分析

GPRS與GSM短信技術(shù)均基于移動(dòng)技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展起來的技術(shù)，GPRS經(jīng)常被描述成“2.5G”，它突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，實(shí)現(xiàn)了分組交換，真正實(shí)現(xiàn)了“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信”，優(yōu)勢明顯。

（1）廣域覆蓋：GPRS在全國31個(gè)省240多個(gè)城市均有良好覆蓋，基本上在手機(jī)可以打電話的地方都可以通過GPRS無線上網(wǎng)，克服了距離遠(yuǎn)、阻隔多等地形地貌的局限，突破了組網(wǎng)的限制。

（2）永遠(yuǎn)在線：只要激活GPRS應(yīng)用后，將一直保持在線，類似于無線專線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（3）按量計(jì)費(fèi)：GPRS服務(wù)雖然保持一直在線，但按流量計(jì)費(fèi)，產(chǎn)生通信流量時(shí)才計(jì)費(fèi)，費(fèi)用很低。

（4）高速傳輸：目前GPRS可支持53.6Kbps的峰值傳輸速率，理論峰值傳輸可達(dá)100余Kbps。

（5）雙向傳輸：既可以傳輸批量數(shù)據(jù)，水情分中心又可以將命令、對(duì)遠(yuǎn)端遙測站的設(shè)置參數(shù)等透傳到遙測站點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取和遙測站工作參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置。這一個(gè)特點(diǎn)是超短波、GSM短信、PSTN以及衛(wèi)星通信所不能替代的。

GPRS通信技術(shù)優(yōu)勢明顯，但也存在一些問題。突出的問題是GPRS會(huì)發(fā)生包丟失現(xiàn)象。

5 優(yōu)化選型

湖南沅水流域水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)是由12個(gè)水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)組成的流域大網(wǎng)，各分水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用VHF和GSM短信混合組網(wǎng)，各遙測站點(diǎn)同時(shí)通過GPRS通信技術(shù)向總中心站發(fā)送數(shù)據(jù)，通過對(duì)比分析總中心站與各分中心站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以比較分析出三種通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

5.1 VHF與GPRS通信技術(shù)比較分析

采用VHF通信技術(shù)組網(wǎng)，檢修便利，無通信費(fèi)用，每年只須向國家無線電管理委員會(huì)繳納頻點(diǎn)占用費(fèi)。在測報(bào)范圍不大、地形不是極端復(fù)雜的情況下，采用VHF通信技術(shù)組網(wǎng)是行之有效的手段。但VHF通信技術(shù)導(dǎo)致的同頻信號(hào)碰撞也是該技術(shù)無法根除的問題，而GPRS通信技術(shù)采用分組交換，不存在信號(hào)碰撞現(xiàn)象。

5.2 GSM短信與GPRS通信技術(shù)比較分析

GSM短信與GPRS通信技術(shù)都是基于移動(dòng)技術(shù)而發(fā)展起來的，GSM短信按照報(bào)文條數(shù)計(jì)費(fèi)，而GPRS按照流量計(jì)費(fèi)，GPRS費(fèi)用優(yōu)勢明顯。GSM短信延時(shí)問題因技術(shù)和環(huán)境因素的影響，不可根除，而GPRS通信因采用分組交換技術(shù)，報(bào)文在實(shí)際應(yīng)用中的時(shí)延只有幾秒至幾十秒，實(shí)時(shí)效果明顯。同時(shí)GSM短信與GPRS通信技術(shù)為同種技術(shù)，采用GPRS技術(shù)時(shí)沒有必要再采用GSM短信技術(shù)。

6 結(jié) 論

通過對(duì)GPRS、VHF和GSM短信通信技術(shù)的比較分析，在水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該采取GPRS通信技術(shù)為主信道，VHF通信技術(shù)為備信道，退出GSM短信服務(wù)，充分發(fā)揮GPRS和VHF通信技術(shù)的優(yōu)勢，以安全、可靠、經(jīng)濟(jì)為系統(tǒng)建設(shè)原則，建立安全、可靠、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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[2]李曉斌，肖 舸.梯調(diào)水庫調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng).北京：中國水利水電出版社，2012.

收稿日期：2018-9-12

作者簡介：李德清（1971-），男，工程師，本科，主要從事電力檢修、電力工程等工作。