伊春地区水文自动测报信道的使用与分析

李金楠 孙侃

摘 要：介绍了伊春地区的地理环境，气候特点，对MOSCAD数据采集和监控系统以及通讯方式做了必要的阐述，主要说明了超短波、GPRS、北斗卫星技术作为信息传输主、备信道再伊春市山区的应用情况。实际运行表明，以GPRS为主信道，北斗卫星为备用信道的组网方式是可行的，具有较高的实时性和可靠性。

关键词：水文自动测报系统；信道；GPRS；超短波；卫星

1 MOSCAD系统通信方式的概述

MOSCAD-M系列水文信息采集传输系统是由美国摩托罗拉公司生产的，设备的检验、检测都是由美国军方完成的，具有较高的可靠性。

基于该产品在水情自动测报系统中支持各种通信组网方式，有线组网方式包括PSTN、光纤、专线等，无线组网方式包括超短波、短波、集群通信系统、GSM、、卫星通信等，并支持各种通信方式混合组网和主备信道自动切换。在系统的先进的远程数据通信协议的支持下，系统能够支持主、备信道切换，使其能够根据不同需要配置成遥测站、中继站、集合转发站，中心站等。

系统支持各种交直流供电方式，并满足水文自动测报系统技术规范的低功耗要求，支持休眠唤醒和可编程的供电控制功能。通常水情遥测站多采用独立式的直流供电系统主要是靠蓄电池供电，太阳能电池板主要给蓄电池补充电量，这样的话可以使水情遥测终端续航能力大大加强，更可实现无人值守，适于交通不便，供电无保证的偏僻山区。

2 遥测站硬件设备

水文信息采集传输系统采用模块化设计中心站、遥测站、中继站硬件配置基本相同，并可实现互换，仅需下载不同的应用程序。

水文信息采集传输系统遥测终端硬件由以下设备组成：（1）CMOSCAD-M（F4570A）；（2）RADIO（日经886）；（3）DDU（置数器）；（4）太阳能充电控制器；（5）电台；（6）手机模块（GMS）；（7）固态继电器（JGX-52FA030）；（8）开关（C45N 1P 10A）；（9）零流控制器；（10）PSTN（拨号MODEM）。

此系统是一种低功耗的RTU设备，支持现场修改程序，可以通过通信网络远距离下载运行程序和判断系统故障，电台、GSM手机模块及北斗卫星完全受到RTU的控制，可以根据需要对其进行加电和掉电，并且可以通过通信端口对其进行通信控制和收发数据操作。

3 数据发送与接收

水情分中心以超短波为传输信道的遥测信息接收任务是由中心站FIU承担的，中心站终端只不过程序与遥测站不同，任务也不相同。中心站终端接收所有遥测站通过超短波信道上报的遥测信息，对其处理后保存在数据库中。由于超短波通信使用了MDLC无线通信协议，属于双向信道，FlU在接收到遥测信息并校验后，还要发送“确认”码到遥测站，以通知遥测站接收数据成功。同时， 中心站服务器遥测监控软件负责把FlU接收到的遥测数据及时下载到服务器数据库中，这样就完成了超短波信息的接收。

水情分中心站服务器接收软件通过服务器接收遥测站发送到移动公司服务器上的遥测数据，GPRS信道在接收到遥测信息并校验后，同时要回复“确认”码到遥测站，以告知遥测站信息接收成功。中心站服务器接收信息软件负责接收上报的遥测数据，数据接收到以后下载到本地数据库中，对其进行处理，即完成整个遥测信息的接收。

水情分中心服务器接收软件接收到遥测站发送到北斗卫星小站上的数据，北斗卫星小站在接收遥测站发送的信息以后经过“确认”回复遥测站信息，以告知遥测站信息接收成功。但经过试验伊春地区的北斗卫星系统回复“确认”信息较差。

4 地形地貌对信道的影响

伊春市地处小兴安岭低山山区，整个地势西低东高，北低南高，小兴安岭主脉在中部偏北地区经过，整个地区山地结构复杂，区域内的断裂带、断层线、节理、裂隙等构造线都在这发育和展布的，山体平均海拔在1000米以上，山中植被茂密。

超短波通讯方式在伊春地区分布比较广，在多年的使用过程中由于地形地貌影响，出现通讯差，延迟高，受其他波段影响大，有时造成个别遥测站不间断发送信息收不到“确认”回值，占用信道资源，并造成蓄电池供电不足。中继站一般在山的最高点，需架设铁塔，且山中无路，每次维护都需要工作人员背着设备上山，维护十分困难，超短波遥测站搬迁由于需要架设5米以上的定向天线，还要建设混凝土基础，费时费力费用高。

GSM手机模块通信质量高，移动、联通等公司的中继站经过这几年的大力发展以基本覆盖伊春全市及周边各林场，伊春所有遥测站基本都可以通过GPRS信道或短信发送信息，而且不受山高等因素的影响，数据接收发送延迟低，实时准确性高。遥测站易搬迁等优点。

北斗卫星通讯范围广，不受野外地形限制，数据接收发送及时准确，系统运行比较稳定，但由于北斗系统还未完全建成，有时会出现数据回复“确认”较慢，通讯不畅等现象。

5 三种通信方式的优势

伊春地区遥测站使用的通信方式有三种：超短波通信电台、GSM手机模块、北斗通讯卫星。文章选用M0T0R0LA公司生产的GM950电台作为本水情自动测报系统的超短波通信电台。GSM手机模块选用的是天诚航宇（1206B）型的，卫星选用神州天鸿的YTT-1-01（B）型。GSM手机模块和卫星通讯都有GPRS Modem的功能，目前可以选用的GPRS Modem有两种，一种是智能型的GPRS Modem，它本身含有一个处理器，处理与GPRS相关的操作，提供给用户一个透明的GPRS传输通道，用户可以直接传输数据，而不必关心内部复杂的技术操作；另一种是支持标准AT指令的GPRS Modem，它本身不具备智能处理功能，用户可以使用其提供的丰富的AT命令控制其操作，操作灵活性更大， 功能更丰富。本系统选用智能型的GPRS Modem通信模块，这种模块不用进行繁杂的控制操作，直接传输数据，稳定性好不易出现问题。

伊春地区每个遥测站都有两种通信方式，都受系统的FIU控制，进行统一调度，相互配合完成信息的传输。信息传输优先使用超短波信道，只有当超短波传输失败才启用GPRS信道，如果超短波传输成功，则不启用备用信道，这两种信道不能同时使用。相应的卫星信道和GPRS及超短波传输组成的双信道也是一个道理。在中心站，水情数据的接收相应的也就有三种设备：超短波、GPRS信道接收以及卫星接收小站。由于这三种信道都是双向信道，，并且系统采用了“确认”机制的自报式工作模式，也就是说当中心接收到了一条数据中心计算机同时会给遥测站返回一条确认接收信息，信息到达中心站都是实时的，所以中心站通过这三种信道就可以接收到所有遥测站完整的水情数据，保证了遥测信息的实时性和完整性，以下是伊春地区三种信道使用情况对比，可以很清楚的看出超短波在伊春地区使用过程中的劣势，并且故障率频繁。

6 结束语

伊春地区构建的水情自动测报系统，应当优先选用以GMS手机模块为主信道，以北斗卫星为备用信道水情自动测报系统，兼有了这两种通信方式的优点，具有信息传输实时性好，可靠性高等特点。实际运行表明，以GMS手机模块为主信道，以北斗卫星为备用信道的组网方式是可行的。

近些年由于伊春地区进行棚户区改造，很多林场所陆续搬迁到林业局，很多遥测站原址要进行移动，超短波站要重新进行电测，并且搬迁距离不宜很远，并新建基础设施投资很大。系统中继站维护难度过大，中继站均处于高山上，春季要在系统恢复运行前，首先开通中继站，春季山上积雪还没融化，交通条件极差，何时开通受天气影响。所以伊春地区不建议使用超短波为主信道的遥测雨量站及水文、水位站。

参考文献

[1]姚永熙.水文仪器与水利水文自动化[M].南京：河海大学出版社，2001.

作者简介：李金楠（1982-），男，工程师。

孙侃（1983-），男，工程师。