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一、水文信息采集傳輸與通信組網(wǎng)設(shè)計
水文測驗的主要任務(wù)是測定江河湖庫降雨量、水位、流量等水文要素自然變化情況，它是一項基礎(chǔ)和前期工作，是防汛抗旱的耳目和參謀，其質(zhì)量和精度將直接影響水情信息的實時性和準確性，影響對防汛抗旱決策的科學性、加強報汛站測報基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強化水情信息采集、傳輸?shù)墓ぷ鳎岣咚闇y報質(zhì)量成為當務(wù)之急。
1、 總體功能要求
（1）水文分中心正確接收一次所屬全部遙測站的所有水文參數(shù)的時間不超過20分鐘，執(zhí)行一次區(qū)域遙測站數(shù)據(jù)采集并完成數(shù)據(jù)傳輸、處理、入庫的時間不超過20分鐘。
（2）工作方式：自報方式、應(yīng)答方式和自報--應(yīng)答方式，三種工作模式在系統(tǒng)中可同時混合進行。
（3）自動采集水位、降水數(shù)據(jù)，定時、適時地傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可長期在站存儲。
（4）各項設(shè)備要符合結(jié)構(gòu)簡單、可靠、低功耗的原則；所有遙測站都能在無人值守的條件下工作。
（5）能長期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下可靠地工作應(yīng)避免因分中心站出現(xiàn)故障而丟失水文數(shù)據(jù)。
（6）系統(tǒng)定時發(fā)送時鐘同步信號，全系統(tǒng)時鐘同步。
（7）非法數(shù)據(jù)告警及設(shè)備故障告警。
（8）通信暢通率應(yīng)＞98％，系統(tǒng)誤碼率小于6 X 10ˉ5。
（9）能與其它有關(guān)的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信。
（10）系統(tǒng)MTBF＞20000小時。
（11）具有可靠的防雷措施。
（12）采用有線程控電話單站數(shù)據(jù)采集時間應(yīng)小于40秒。
2、水文信息采集方式
由于傳統(tǒng)的水位、雨量數(shù)據(jù)采集設(shè)備無法滿足遙測系統(tǒng)的需要，必須進行更新或改造，實現(xiàn)水文信息的數(shù)字化、自動采集、長期自動存貯以適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字通訊和計算機的應(yīng)用要求。
水文遙測系統(tǒng)的建設(shè)；確定三種信息采集方式：雨量采集方式、水位采集方式、流量采集方式。
3、系統(tǒng)通信組網(wǎng)設(shè)計
�。�1）、現(xiàn)有通信資源情況
轄區(qū)范圍內(nèi)可利用的通信資源有：
1、程控電話交換網(wǎng) PSTN資源。PSTN（Public Switching Telephone Network）是一種具有適用范圍廣、設(shè)備簡單、高可靠性、組網(wǎng)靈活、成本低、維護方便等優(yōu)勢的新型通信傳輸手段，是國家防汛指揮系統(tǒng)推薦通信信道之一。其缺點是：需要系統(tǒng)運行通話費用，運行本較高，若增加發(fā)送數(shù)據(jù)間隔時間，則又不能及時實時地反映站點的水雨情數(shù)據(jù)。目前各報汛站均有安裝程控電話的條件。
2、無線移動通信(GPRS和手機GMS短信）資源。無線移動通信網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定可靠、覆蓋面較廣、網(wǎng)絡(luò)能力強、通信費用低、不受地域限制的優(yōu)點，其最大的好處是設(shè)備體積��；安裝在室內(nèi)，沒有引雷部件，不需要作防雷處理。具體包括：①先進性，隨著移動通訊技的發(fā)展，如今已經(jīng)實現(xiàn)基于分組的GPRS通訊；并且繼續(xù)向3G方向發(fā)展。③可靠性，作為商用的電信運營網(wǎng)絡(luò)，其可靠性相當高，信息發(fā)送和接收安全可靠，不會丟失。③實用性，GSM作為一個成熟實用的網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)能滿足用戶需求，實現(xiàn)資源共享，信息交流。④經(jīng)濟性，首先，采用移動通訊方式在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上不需要投入，也不用租用通信線路；其次，通訊費用低，GPRS只有產(chǎn)生通信流量時才計費；GMS短消息發(fā)送一條信息的費用為0。1元，接收者不收費。因此它在水文數(shù)據(jù)傳輸通信方面可以被認為是一種首選的通信方式。缺點是：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限。目前我市中央報汛站全部處于移動通信覆蓋區(qū)，地方報汛站在鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級及周邊一帶的也可利用移動通信。
3、超短波資源、UHF／VHF頻段超短波是一種地面可視通信 它主要適用于平原丘陵地帶、且中繼站數(shù)目和中繼級數(shù)較少的水又測報系統(tǒng)。該通信方式具有通信質(zhì)量較好 設(shè)備簡單、建設(shè)周期短、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。但是若在長距離、多高山阻擋情況下使用此種通信方式傳輸水文數(shù)據(jù)，所需中繼站數(shù)目及中轉(zhuǎn)次數(shù)將明顯增加，從而導致設(shè)備費、土建費的增加，系統(tǒng)可靠性下降，中繼站站址交通條件差還會給建設(shè)、安裝、維護帶來一定的困難。
4、衛(wèi)星通信資源。衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠，通信頻帶寬，傳輸容量大；組網(wǎng)機動靈活，不受地理條件的限制，建站成本及通信費用與通信距離無關(guān)等特點。缺點是：建站成本及通信使用費較高。
隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，以上四種通信方式在水文測報系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)通信方式需根據(jù)地理環(huán)境條件和實際需求；在分析論證基礎(chǔ)上，因地制宜地確定。
�。�2）系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
A、信道設(shè)計
信道是指傳輸信號的媒質(zhì)，是構(gòu)成通信網(wǎng)的基本部分�？茖W地選擇信道，使信號有效、可靠地傳輸；是通信設(shè)計的一個基本問題。
根據(jù)目前轄區(qū)內(nèi)可利用的通信資源和現(xiàn)有的實際情況：有線程控電話可到達各報汛站，中央報汛站和鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地及周邊的地方報汛站均處在移動通信的覆蓋區(qū) 考慮充分利用現(xiàn)有資源和當今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢，同時考慮到系統(tǒng)建成后便于運行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實用，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)的可靠性，在本次建設(shè)中，主要利用INTERNET公網(wǎng)作為通信信道。總體設(shè)計方案：采用無線移動通信（GPRS和GMS短信）作為主信道、有線通信（PSTN）作為備用信道進行混合組網(wǎng)，配備“雙信道”，互為備份、預(yù)先設(shè)置通信的優(yōu)先級別，當主信道出故障時，自動切換到備用信道；主信道恢復(fù)正常時，即返回主信道傳輸數(shù)據(jù)、具體方案為：對處在移動通信的覆蓋區(qū)和有線程控電話可到達的各報汛站報，以無線通信（GPRS和手機GSM短信）為主信道PSTN 為備份信道進行數(shù)據(jù)傳輸；對只有線程控電話的報汛站，以有線通信PSTN為主信道進行數(shù)據(jù)傳輸，徹底解決各報汛站人工報汛的方式。利用INTERNET公網(wǎng)信道組網(wǎng)的優(yōu)點是：從報本上避免了自建專用網(wǎng)的維護、管理工作；出現(xiàn)問題時由郵電系統(tǒng)維護，還避免了無線通信的同頻干擾問題，傳輸質(zhì)量高；設(shè)備簡單，不要專門配備電源；設(shè)備投資低于其它地面無線信道。所以，本組網(wǎng)方案是可行的，也是可靠的。
本市范圍廣、多高山阻擋，組建超短波同所需中繼站數(shù)目及中轉(zhuǎn)次數(shù)將明顯增加，從而導致設(shè)備費、土建費增加，系統(tǒng)可靠性下降。因此，本次設(shè)計不組建超短波網(wǎng)。衛(wèi)星信道由于投資大，設(shè)計中也不予采用。
B、系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
報汛網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，就是采用什么樣的形式把每個報汛站點與分中心連接起來。**水情分中心所轄站點地形復(fù)雜。上游河流眾多；站點分布范圍廣；呈扇形分布；通信組網(wǎng)有一定困難。為了完成能在20分鐘內(nèi)將下屬報汛站的水情信息全部傳送到分中心的目標，保證系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)本地的實際情況，將報汛通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計成單一星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個網(wǎng)絡(luò)測站數(shù)據(jù)均由移動通信（GPRS和GMS短信）和PSTN信道直接傳送到**中心站。優(yōu)點：減少了集合轉(zhuǎn)發(fā)站所需的設(shè)備投資；可以避免當集合轉(zhuǎn)發(fā)站出現(xiàn)通信故障時其收集的上游各站信息傳輸產(chǎn)生中斷現(xiàn)象。缺點：由于報汛站數(shù)量較多，全部向分中心直接傳送，致使通信時間延長，須采取延時措施；有預(yù)報任務(wù)的各站無法直接獲取所需的水情信息。須通過分中心轉(zhuǎn)送、解決方法是：因報汛站較多，為保證在20分鐘內(nèi)收齊各站信息 采用多路接收電話線，通過計算機軟件設(shè)置將各站數(shù)據(jù)傳送按一定時序逐站順序召測，這樣從時間上講最經(jīng)濟，耗時少 從根本上避免了眾多報汛站同時向分中心通信傳輸?shù)膿頂D、碰撞問題。對有預(yù)報任務(wù)的各站分中心開發(fā)應(yīng)用軟件將所收到的水情信息存放于服務(wù)器，及時向各站發(fā)送或由各報汛站主動索取調(diào)用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
此主題相關(guān)圖片如下：
�。�4）、系統(tǒng)工作體制
A、報汛站工作體制
系統(tǒng)工作體制對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)有重要的影響，當前國外自動測報系統(tǒng)通常采用自報式、查詢應(yīng)答式、自報／應(yīng)答兼容式三種工作方式，幾種工作方式的工作過程及特點是：
1、自報式：
這是一種不受分中心指令控制的工作方式，當報汛站的測量參數(shù)（水位或雨量）發(fā)生一個計量單位變化時，主動將信息向分中心發(fā)送。其特點是功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、實時性強；能很好反映參數(shù)變化全過程。
2、查詢應(yīng)答式：
在查詢應(yīng)答工作方式下，報汛站自身能對水文參數(shù)的變化自動采集和存儲，但不主動傳送給分中心。只有當分中心發(fā)出查詢指令時，才將數(shù)據(jù)送出。其特點是控制性好，分中心隨時可向測站索取數(shù)據(jù)。
3、自報／應(yīng)答兼容式
具有上述兩種方式的特點，既能實時反映參數(shù)變化全過程，又能響應(yīng)分中心的查詢。
為考慮山區(qū)局部降暴雨時系統(tǒng)能及時收集雨情信息，系統(tǒng)的有線組網(wǎng)應(yīng)采用查詢應(yīng)答與自報兼容的方式。其中報汛站的自報功能設(shè)置和暴雨自報標準的設(shè)置由分中心遙測控制；以便使運行費用降至最低。
B、通信方式
對于報汛通信網(wǎng)，分中心從測站取得各類水情信息，這是最基本、最主要的；對有預(yù)報任務(wù)的測站而言，需要其上游的信息，這些站點的需求基本要從分中心取得，故通信網(wǎng)內(nèi)信息傳輸方向應(yīng)該是雙向、穩(wěn)定、可靠的。根據(jù)本分中心信道設(shè)計，采用GPRS和SGMS短信為主（采用深圳倚天的GSM/GPRS設(shè)備），以有線PSTN信道為備份（通用Modem）。故將報汛網(wǎng)的通信方式設(shè)計成雙向應(yīng)答方式。
C、數(shù)據(jù)傳輸方式
報汛通信網(wǎng)內(nèi)測站至分中心之間的一次數(shù)據(jù)傳輸為單一信道，決定了用比特形式表示的信息流是以串行方式，每次比特依次在一條信道上傳輸，即數(shù)據(jù)流傳輸采用異步串行的通訊方式。
（1）對GPRS通信，其主要傳輸特性為：
調(diào)制方式：由以大網(wǎng)決定
傳輸速率：接收速率可達86.20Kbps, 發(fā)送速率可達 21.5Kbps。
傳遞格式：異步串行。一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位。
（2）對GMS通信 其主要傳輸特性為：
工作頻段：GSM900：TX：880-915MH; RX: 925-960MHZ
DCS1800：TX：1710一1785MHZ；RX：1805一1880MHZ
接收靈敏度：－104dbm
傳輸速率：接收速率可達85.6kbps，發(fā)送速率可達21.4kbpS
信息量：限制為 140個八位組（7 比特編碼，140個字符）
（3）對有線（PSTN信道）通信，其主要傳輸特性為：
調(diào)制方式：FSK
傳輸速率：1200bps
傳遞格式：異步串行，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停上位。
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