响洪甸水库水情无线双信道通信的管理与应用

周权

摘要：1998～2016年，安徽省响洪甸水库水情自动测报系统采用的是超短波无线通信方式，投运几年后，由于局部测报区域超短波通信环境发生了较大改变，使得部分遥测站与中心站的通信故障明显增加，对水情数据传输造成了很大影响。为保障通信的可靠性，从2016年开始，在原有超短波通信的基础上，新增加了GPRS通信方式，形成“超短+GPRS”双信道通信同时运行的工作模式，提高了系统无线通信的可靠性。基于此，本文主要研究双信道通信的原因、产品类型、功能特点、优缺点比较、管理和应用，以及运用过程中的经验和结果，以供参考。

关键词：双信道通信；数据传输；GPRS

水情无线数据通信是水情数据传输的重要手段之一。从无线信号传输的角度看，通信系统的重要内容是有效性（在给定的信道内能够传输更多的信息内容）和可靠性（在给定的信道内接收到信息的准确程度更高）。响洪甸水库水情自动测报系统1998年建成，投运十几年后，原来的超短波通信的可靠性，有明显的下降趋势。因此提高无线数据传输的可靠性，迫在眉睫。2016年，开始应用“超短波+GPRS”双信道通信方式，很好地解决了无线数据传输可靠性下降问题，取得的结果可为水利系统相关单位提高水情无线数据传输可靠性，并提供应用经验和管理经验。

一、概况

响洪甸水库位于淮河支流淠河西源上，在安徽省金寨县境内。流域面积1400平方千米，占淠河6000平方千米总面积的23.3%。1992年，响洪甸水电站委托南京水利水文自动化研究做了“响洪甸水电站水情自动测报系统”的总体设计。1997年11月，完成土建工程。1997年12月，完成调试工作。1999年，正式投入运行。系统的通信方式为超短波遥测通信，频点为231.775MHz和224.775MHz。

2006年，响洪甸水电站水情自动测报系统划归为安徽省响洪甸水库管理处管理，并更名为“安徽省响洪甸水库管理处水情自动测报系统”（以下简称“系统”）。

二、双信道建设背景

系统建成投运后，超短波通信存在的短板和问题没有及时显现。随着生态环境改善、社会科技进步和现代化建设推进，库区上游有部分遥测站通信环境发生了较大变化。系统在库区的超短波通信受到了不同程度干扰，影响了超短波通信的可靠性。例如，张冲雨量遥测站和抱儿山中继站之间，新架设了两条50万伏超高压直流输电线路，对超短波通信信号传输有较明显的阻隔作用；张冲雨量遥测站站房周围生长出大量浓密毛竹林；油店、张畈雨量遥测站与抱儿山中继站之间的山顶，近年来生长的树木、竹林特别高大茂盛等，都增加了超短波信号传输损耗。这都会影响系统的超短波信号传输，导致张冲、油店、张畈等遥测站与抱儿山中继站之间通信数据月平均通畅率明显下降，不能更好地确保整体系统的可靠性，导致遥测站经常因为通信中断出现故障，也相应增加了系统维护成本。

为了保障系统通信有较高的可靠性，提高通信数据收集的月平均通畅率，2016年，系统的通信改造升级为“超短波+GPRS”双信道通信方式，即用两个互相独立的通信信道，同时发送测得的同一雨量、水位信号到响洪甸中心站。

三、超短波（VHF）和GPRS通信优缺点

超短波、GPRS通信各自优缺点如表1所示。

从表1中的优缺点对比可以看出，同时采用两种通信方式，可优势互补。通常超短波的缺点较难克服，而GPRS的不足容易克服并忽略。例如，租赁费较低、每个遥测站点的移动通信信号都较稳定、响洪甸中心站的互联网络也较稳定等。对于山区地形复杂的上游库区，采用双信道通信方式，可有效解决超短波通信存在的问题，提高整个系统通信的可靠性。

四、系统通信组网规模

（一）通信组网规模

2012年开始，系统的超短波通信规模为1：1：9，即1个中心站、1个中继站、8个雨量遥测站、1个遥测双水位站。2016年，系统超短波通信的频点由2个改为1个，为224.875MHZ，即所有雨量站、水位站和中继站和中心站都使用1个频点通信。2016年，新增GPRS通信方式，组网规模为1：12，即1个中心站、9个雨量遥测站、3个遥测水位站。系统“超短波+GPRS”双信道通信组，如图1所示。

（二）双信道通信主要硬件配置、功能特点和应用

采用双信道通信后，系统的中继站、雨量站和水位站使用的RTU均为南京迅飞系统集成有限公司生产的YDH－1B型双信道遥测终端机。该机型采用新器件、新技术、新工艺设计研制的新一代多信道的自报式遥测终端机，能与翻斗式雨量计、遥测水位计、GPRS模块、超短波电台、天馈线、同轴避雷器、免维护蓄电池以及太阳能电源板等设备组成一个完整的双信道遥测站。它能自动完成对一个雨量参数和一个水位参数的采集、存储、显示和传输控制任务，具有人工置数功能，可以很方便地置入各类水文数据，通过超短波信道和GPRS信道发送到中心站。

当遥测站产生一个雨量或水位信号，通过双信道通信，中心站同时接收同一时标两条报文文本字符串完全相同的超短波和GPRS报文，软件系统通过队列缓存方式，将收到的报文写入缓存队列，报文解析线程读取报文队列中的报文文本并分析，在解析过程中发现有两条内容相同的报文时，系统可通过报文接收信道、报文接收时间等条件判断，当判断结果表明两条报文为同一报文通过不同的信道到达中心站时，系统则丢弃最后收到的报文，并将最先收到的报文解析完成后写入水情原始数据库。

YDH－1B型双信道遥测终端机里的GPRS DTU采用深圳市宏电技术股份有限公司生产的H7210 GPRS/DTU，截至2022年5月已全部更换为该系列的H7710 GPRS/DTU。

H7710 工业级通用无线数据传输终端是基于5G、4G数据通信网络，采用工业级端子排接口，产品设计符合工业级标准，内嵌PPP、TCP/IP、DDP等多种协议，可实现用户设备到数据中心远程透明数据通信，接受定制化开发需求，实现大规模组网。主要功能有：

支持RTU与DSC透明数据传输；

支持宏电DDP传输协议，配合DDP协议开发包简化开发难度；

通过宏电DDP协议可实现数据传输、远程参数配置、重启动控制；

支持串口AT协议，可在运行过程中切换到AT状态，进行参数配置、重启控制式；

支持TCP/UDP/短信三种通信方式；

短信支持7bit、8bit、UCS2编码，可以进行中文短信收发；

短信号码支持国际区号及本地号码；

持移动运营商的APN专网；

DSC寻址方式支持固定IP地址和域名；

支持获取移动专网的指定IP；

设备故障告警，提升偏远地区设备在线率；

支持SIM卡管理，无需固定IP，提升规模化管理能力；

运程升级，故障自恢复，确保传输管道通畅；

多重加密技术，确保通信链路数据安全；

设备远程管理、维护，降低运维成本，提升效率；

支持网管功能，流量可控、可管，降低运维成本；

自动生成业务统计报表，为运营决策提供有力依据；

支持TTL/RS－232/RS－422/RS－485任意一种；

采用工业级设计，通过EMC四级测试，确保传输稳定性。

新升级的H7710 GPRS/DTU模块采用更低的功耗设计，适合户外太阳能蓄电池系统供电，可长效续航。

五、双信道通信的管理维护

（一）超短波通信

严格按照《水文自动测报系统技术规范》《水文情报预报规范》《响洪甸水库管理处水情自动测报系统运行管理规程》《响洪甸水库管理处防汛检查、维护制度》等每年进行汛前、汛后例行检查与检测，遭遇恶劣天气后巡查设备。在通信方面，重点检查天馈线外观完好，无开裂、破损、接头密封胶带破损现象；用无源功率计对天馈系统进行检测，驻波比保持在1.5以下；遥测站与中继站、中继站与中心站话筒通话声音清晰洪亮；应定期测量校正遥测站房房顶的定向天线对抱儿山中继站的方位角，及时清理天线前方，保持开阔、无树木遮挡；应定期检查维护中心站、中继站的天馈系统，确保完好；做好各工作站的防雷击工作，防雷接地网接地电阻小于10Ω，设备工作接地小于4Ω。

（二）GPRS通信

系统GPRS通信使用的是中国移动SIM卡，以包月的形式计费，月租费用较低，如果有通信不正常的情况出现，首先应考虑是否SIM欠费；向运营商申请为“重保卡用户”，进一步提高通信可靠性；在每次汛前、汛后例行检查时，应检查GPRS天线接头是否松动、变形或歪倒，传感器的传输电缆等外观有无损伤，配套的紧固件、支架、接插件等是否齐全；关注GPRS/DTU模块生产厂家产品升级（投入使用六年来，系统由开始用的H7210 GPRS/DTU逐步升级替换为H7710 GPRS/DTU），及时更新为最新型号，并留足备品配件，及时更换故障零件。

六、结语

系统2016年6月～2022年6月通信可靠性指标，如表2所示。

综上所述，应用双信道通信后，系统的整体通信可靠性有了大幅提升，平均无故障工作时间MTPF已达5万h，数据收集与传输月平均通畅率近100%，系统维护成本也较之前有大幅下降。因此，对于地形复杂、局域住人稀少的山区，水情自动测报无线数据传输采用“超短波+GPRS”双信道通信方式，提高数据通信的可靠性，促使系统运行更可靠、经济和省心。

参考文献：

[1]GB/T 41368-2022 水文自动测报系统技术规范[S].国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会，2022.

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