雷紅富,姚孟迪,彭 濤

(1.中國三峽建工(集團)有限公司,四川 成都 610000;2.四川省地震局,四川 成都 610041)

0 引言

信息時代的到來改變了人們的生產(chǎn)方式和生活習慣,也提高了工作的便捷性以及效率。 我國水利水電工程作為公共基礎(chǔ)建設(shè)的重要一環(huán),當前已通過先進的科學技術(shù),實現(xiàn)了自動化運行的可靠集成系統(tǒng)管理模式,能夠自動對電能計量、費用報價、安全防護、水情測報、視頻監(jiān)控進行全方位的控制,并結(jié)合科學的系統(tǒng)工作流程,有效地保障了水利水電工程的整體安全性。

1 現(xiàn)代水利水電工程中常用的通信方式

1.1 光纖通信

光纖通信是一種新型的通信技術(shù),也是當前國家現(xiàn)代通信系統(tǒng)研究和開發(fā)的主要對象之一。 其中,光纖是指一種超細的光導纖維體,其結(jié)構(gòu)有兩層,由纖芯以及外裹塑料材質(zhì)護體組成,在水利水電工程的實際應(yīng)用中有著容量較大、穩(wěn)定性較高、傳輸速率較快的優(yōu)勢。 當前光纖通信的主要傳輸形式有架空地線復合光纜、全介質(zhì)自承式光纜、地線纏繞式光纜。

1.2 移動通信

移動通信技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主流形式,其優(yōu)勢在于能夠在海、陸、空等環(huán)境中進行無線傳輸,并且在穩(wěn)定狀態(tài)環(huán)境中的傳輸速率很快,傳輸?shù)姆秶草^廣。 移動通信在現(xiàn)代水利水電工程中通常用于廠內(nèi)的語音程控交換互補業(yè)務(wù),也可以作為通信備用通道。 移動通信的缺點在于其通信質(zhì)量很容易受到外界因素的影響,因此在建設(shè)的初期通常要花大量的時間進行現(xiàn)場環(huán)境的處理與維護。

1.3 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要運作原理是利用微波信號結(jié)合衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)信息的傳輸與交換,其覆蓋的范圍要比一般的移動通信系統(tǒng)廣,并且在建設(shè)時也較為方便。由于衛(wèi)星通信受外界因素干擾的情況較少,因此在現(xiàn)代水利水電工程中也被廣泛應(yīng)用。 在實際應(yīng)用的過程中,水利水電工程的第一通信通道通常會使用光纖通信輸送至各個水利水電工程站點,而衛(wèi)星通信則作為第二通道進行綜合自動化的轉(zhuǎn)換。

1.4 超短波通信

超短波通信也是現(xiàn)代水利水電工程無線通信技術(shù)之一,由于所使用的超短波波長通常在1～10 m,因此也被稱為米波通信。 超短波通信技術(shù)的波頻通常在30～300 MHz,具有較強的繞射能力,在現(xiàn)代水利水電工程中通常應(yīng)用于水情自動測報系統(tǒng)[1]。

1.5 電力線通信

電力線通信是一種有線的通信方式,其主要的運作原理是利用電力線進行數(shù)據(jù)信號的傳輸與交換。 相對于其他通信技術(shù)和系統(tǒng)而言,電力線通信投資較少,并且可靠性較高。 在進行少量的工程作業(yè)時,電力線通信技術(shù)能夠幫助環(huán)境實現(xiàn)高效運作,如傳輸調(diào)度電話、調(diào)度自動化、線路保護以及安全信息自動化備用通道等。

2 現(xiàn)代水利水電工程通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建

水利水電工程通信系統(tǒng)是一個龐大的結(jié)構(gòu)體系(見圖1),覆蓋于工程運轉(zhuǎn)作業(yè)的全過程,系統(tǒng)的構(gòu)建主要分為兩大部分:一是軟件部分;二是硬件部分。 硬件部分除要符合工程標準要求之外,還要與外界環(huán)境相適應(yīng),而軟件部分則對開發(fā)的要求較高,要根據(jù)不同的水利水電工程進行不同的編程。 系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于數(shù)據(jù)的采集和組成,只有將基礎(chǔ)工作做好,才能為后期的通信系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)的支持。

圖1 現(xiàn)代水利水電通信系統(tǒng)基本框架

2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建主要是以計算機以及互聯(lián)網(wǎng)作為媒介,也是通信系統(tǒng)重要的組成部分,主要負責基礎(chǔ)工程的采集工作,例如:水流量、蒸發(fā)量、分流量等,二者之間只有互相處理好結(jié)構(gòu)關(guān)系,配合緊密,才能保證整個通信系統(tǒng)的信號與數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定與質(zhì)量,才能充分發(fā)揮通信系統(tǒng)在水利水電工程中的重要作用[2]。

2.3 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

數(shù)據(jù)庫是通信系統(tǒng)自動化運行和制定相關(guān)決策的重要參考依據(jù),數(shù)據(jù)庫綜合了當前系統(tǒng)涉及和覆蓋的所有項目內(nèi)容,并會進行相關(guān)原始運行數(shù)據(jù)的存儲,最終通過信息處理系統(tǒng)的構(gòu)建與完善,生成有效指令。 信息處理系統(tǒng)是在綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎(chǔ)之上開展的,主要起到輔助工作人員決策的功能,并可加大實時數(shù)據(jù)與既往數(shù)據(jù)的比對和分析,從而得出科學的決策依據(jù),進一步提高工作人員的作業(yè)效率。

3 通信系統(tǒng)對現(xiàn)代水利水電工程的作用

3.1 系統(tǒng)作用

通信系統(tǒng)在現(xiàn)代水利水電工程中主要起到了輔助工程自動化和遠動化的作用,并且其質(zhì)量、性能與水利水電工程整體的布局、規(guī)模息息相關(guān),而不同的工程標準對通信系統(tǒng)的需求也不同,其基本作用及構(gòu)造要求如下:(1)系統(tǒng)調(diào)度自動化信息的信息通道,具有傳輸?shù)墓δ懿⑶抑饕糜陔娔芰坑嬞M的輸送方面,連接了各個水電站之間的語音通信通道,從而進一步滿足了水電站到系統(tǒng)中心對遠動信息的需求,并采用直采直送的方式進行有效傳輸。 在一般情況之下傳輸?shù)乃俾室坏陀?4 kB/s,為保證系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定性,備用通道的傳輸速率要維持在600～1 200 B/s。 (2)信息保障系統(tǒng)。 信息保障系統(tǒng)主要結(jié)合了相關(guān)硬件設(shè)施,為信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性提供了保障,當前主要采用兩種傳輸線路:一是220 kV 線路;二是500 kV 線路。 其中220 kV 線路的保護通道采用光纖通道或者電力線載波通道,當使用光纖通道時要注意使用專用保護纖芯,而使用電力線載波通道時則要使用專用收發(fā)信機。 500 kV 則要使用兩路光纖通道或者采用一路光纖通道與一路電力線載波通道相結(jié)合的方式搭建,相對應(yīng)的載波機則也要使用通信復用式或者專用保護收發(fā)電機。

3.2 電話作用

系統(tǒng)電話起到了交換信息、加強工作人員之間的溝通與交流的作用,其中包含了調(diào)度交換組網(wǎng)、調(diào)度電話、會議電話以及生產(chǎn)管理電話4 個方面。 為保證調(diào)度系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定性能,在進行調(diào)度交換組網(wǎng)時,則要采用中繼線進行傳輸,其傳輸?shù)乃俾蕬?yīng)為n×64 kbit/s 或者2 Mbit/s。 電力調(diào)度電話和水利調(diào)度電話均要根據(jù)工程需求和技術(shù)標準實施,并且各級的調(diào)度中心控制室、發(fā)電廠的直接調(diào)度平臺、重要變電所間均要不低于2 個獨立通信道。 會議電話主要起到了綜合統(tǒng)籌相關(guān)業(yè)務(wù)、協(xié)調(diào)發(fā)展和穩(wěn)固工程作業(yè)的作用,能夠保障各部門與各工程點之間的管理工作形成有效銜接,并保證在開展相關(guān)安全生產(chǎn)管理會議時,能夠輔助組織機構(gòu)完成相關(guān)安全生產(chǎn)工作與指揮的作用,保證了通信的流暢性與實效性,其中傳輸?shù)乃俾室揪S持在64 kbit/s 水平,才能保證相關(guān)作業(yè)布置通信的穩(wěn)定。 生產(chǎn)管理電話主要應(yīng)用于水利水電工程各級部門的日常工作與生產(chǎn)管理,在通信信息交換的過程中,生產(chǎn)管理電話的自動交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮了重要作用,而為了保證日常工作流程和生產(chǎn)的銜接性,中繼網(wǎng)的傳輸速率應(yīng)維持在2 Mbit/s[3]。

3.3 數(shù)據(jù)作用

在現(xiàn)代水利水電工程中,數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)主要包含3個方面:一是管理數(shù)據(jù)信息系統(tǒng);二是辦公自動化信息系統(tǒng);三是水電市場數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。 管理數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)主要負責各項業(yè)務(wù)之間往來信息的收集、存儲以及處理,屬于系統(tǒng)的核心,存儲的信息數(shù)據(jù)也較為敏感,為能夠保證工程整體的安全穩(wěn)定性,應(yīng)通過結(jié)合現(xiàn)代安全防護加密設(shè)施,保證數(shù)據(jù)的完整性,并避免遭受外部因素的侵害。 辦公自動化信息與管理系統(tǒng)信息相輔相成,管理人員可以通過相關(guān)移動終端或者PC 界面對工程相關(guān)作業(yè)進行有效操控,并可利用大數(shù)據(jù)技術(shù),對工程作業(yè)所產(chǎn)生的相關(guān)系統(tǒng)文件進行存儲和分類,便于工作人員的摘取和調(diào)用,也提高了作業(yè)整體的信息共享性,是現(xiàn)代通信系統(tǒng)智能化的表現(xiàn)之一。 水電市場數(shù)據(jù)主要負責市場交易業(yè)務(wù)的信息交換、查詢以及發(fā)布,業(yè)務(wù)內(nèi)容主要包括:期貨交易數(shù)據(jù)、現(xiàn)貨交易數(shù)據(jù)、水量計量數(shù)據(jù)、電能計量數(shù)據(jù)。 水電市場數(shù)據(jù)由于所涉及的業(yè)務(wù)范圍較廣,所存儲的信息量也較大,并且對相關(guān)硬件設(shè)施的要求極高,傳輸?shù)乃俾蕬?yīng)維持在64 kbit/s 左右,傳輸延時性要較低,其傳輸誤碼率不得高于10,可用性能應(yīng)保持在99%以上。

3.4 遠程作用

遠程系統(tǒng)主要包含3 個方面的性能:一是會議電視視頻信息;二是視頻監(jiān)控系統(tǒng);三是水情自動測報系統(tǒng)。 會議電視視頻信息系統(tǒng)主要負責各級部門進行會議畫面的連接,并且要求低延時性,當前在水利水電工程中應(yīng)用較多的是H.320 系統(tǒng),時分復用數(shù)字傳輸體系發(fā)揮了重要的作用,其主要的連接方式有:終端設(shè)備2 Mbit/s 或者n×64 kbit/s(n=1～31)與MCU 連接、MCU 之間銜接。 視頻監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代水利水電工程系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),由于對相關(guān)業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)直觀化的傳輸方式,使得工作人員能夠掌握當前工程的狀態(tài)。 另外,在作業(yè)過程中,無論是各方資源的調(diào)度、應(yīng)對措施、灌溉作業(yè)以及發(fā)電供水都需要依靠視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行相關(guān)決策,因此在建設(shè)中注重硬件設(shè)施選用的同時,更要注重網(wǎng)絡(luò)搭建的質(zhì)量,從而保證各部門能夠通過掌握實時現(xiàn)場信息的方式,提升工程的整體質(zhì)量。 水情自動測報系統(tǒng)運用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),能夠?qū)こ谈鲄^(qū)域的狀態(tài)和相關(guān)信息進行數(shù)據(jù)的有效采集,可以遙測雨量站值以及水文站傳輸?shù)膶崟r信息,結(jié)合計算機的高速運算,能夠為管理人員提供可靠的洪水預報數(shù)據(jù),保證水庫防洪的安全性。 當前水情自動測報系統(tǒng)的設(shè)置其標準要滿足誤碼率為Pe＜1×10-4,系統(tǒng)的傳輸速率應(yīng)保持在300 bit/s,使用超短波通信的方式進行有效傳輸。

3.5 通信作用

實際的水利水電工程通信工作主要涉及兩方面的通信內(nèi)容:(1)對外通信技術(shù);(2)施工期間的通信技術(shù)。 對外通信技術(shù)即將現(xiàn)有的區(qū)域網(wǎng)通過與外部電話的公網(wǎng)進行連接,從而保證了工程內(nèi)部通信系統(tǒng)能與外部有效銜接,保證了內(nèi)外界信息的暢通性,其傳輸?shù)乃俾室灿邢鄳?yīng)的要求及標準,應(yīng)維持在2 Mbit/s。 在施工期間,內(nèi)部組織的通信也十分重要,這關(guān)系到工程的整體質(zhì)量與安全防護措施是否到位,在建設(shè)時不僅要根據(jù)工期的長短需求進行設(shè)置,而且要考慮是否能與永久通信相結(jié)合。

3.6 其他作用

現(xiàn)代水利水電工程龐大的通信系統(tǒng)不僅能夠滿足工程的基本業(yè)務(wù)需求,而且可以實現(xiàn)智能化、集約化、一體化服務(wù),例如:信息檢索,通過大數(shù)據(jù)技術(shù)、利用計算機強大的搜索引擎、采用關(guān)鍵詞或全名稱輸入的方式,管理人員可通過系統(tǒng)辨識到自己想要的信息,進一步體現(xiàn)了人工智能的優(yōu)越性。 整個信息通信系統(tǒng)還具備共享信息的優(yōu)勢,可以通過電子郵件等形式,加強內(nèi)部人員之間的交流,提高系統(tǒng)信息的利用率和實效性。另外,通信系統(tǒng)信息共享平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)視頻以及文字的傳輸,還可以通過圖文結(jié)合的方式發(fā)送信息,使得系統(tǒng)更加具備服務(wù)性,并且網(wǎng)絡(luò)整體的傳輸延時性和可靠性能也得到了改善。

4 結(jié)語

綜上所述,通信系統(tǒng)在現(xiàn)代水利水電工程中起到了重要的作用,能夠減輕工作人員的工作負擔,提高管理人員的決策質(zhì)量,通過系統(tǒng)功能可以實現(xiàn)有效調(diào)度和指揮,從而保證了水利水電工程整體的運作效率,結(jié)合遠程監(jiān)控系統(tǒng)的使用可以進一步把控工程的整體質(zhì)量,促進了我國現(xiàn)代化基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展。 因此,有關(guān)單位要加強通信系統(tǒng)的建設(shè),以保證水利水電工程安全穩(wěn)定地開展。