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一、水文信息采集傳輸與通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)
水文測(cè)驗(yàn)的主要任務(wù)是測(cè)定江河湖庫(kù)降雨量、水位、流量等水文要素自然變化情況，它是一項(xiàng)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(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，影響對(duì)防汛抗旱決策的科學(xué)性、加強(qiáng)報(bào)汛站測(cè)報(bào)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強(qiáng)化水情信息采集、傳輸?shù)墓ぷ�，提高水情測(cè)報(bào)質(zhì)量成為當(dāng)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(cè)站的所有水文參數(shù)的時(shí)間不超過(guò)20分鐘，執(zhí)行一次區(qū)域遙測(cè)站數(shù)據(jù)采集并完成數(shù)據(jù)傳輸、處理、入庫(kù)的時(shí)間不超過(guò)20分鐘。
（2）工作方式：自報(bào)方式、應(yīng)答方式和自報(bào)--應(yīng)答方式，三種工作模式在系統(tǒng)中可同時(shí)混合進(jìn)行。
（3）自動(dòng)采集水位、降水?dāng)?shù)據(jù)，定時(shí)、適時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期在站存儲(chǔ)。
（4）各項(xiàng)設(shè)備要符合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、低功耗的原則；所有遙測(cè)站都能在無(wú)人值守的條件下工作。
（5）能長(zhǎng)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(shí)發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)，全系統(tǒng)時(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
（10）系統(tǒng)MTBF＞20000小時(shí)。
（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(shí)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(wú)法滿足遙測(cè)系統(tǒng)的需要，必須進(jìn)行更新或改造，實(shí)現(xiàn)水文信息的數(shù)字化、自動(dòng)采集、長(zhǎng)期自動(dòng)存貯以適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字通訊和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用要求。
水文遙測(cè)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(jì)
（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(jiǎn)單、高可靠性、組網(wǎng)靈活、成本低、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)的新型通信傳輸手段，是國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)推薦通信信道之一。其缺點(diǎn)是：需要系統(tǒng)運(yùn)行通話費(fèi)用，運(yùn)行本較高，若增加發(fā)送數(shù)據(jù)間隔時(shí)間，則又不能及時(shí)實(shí)時(shí)地反映站點(diǎn)的水雨情數(shù)據(jù)。目前各報(bào)汛站均有安裝程控電話的條件。
2、無(wú)線移動(dòng)通信(GPRS和手機(jī)GMS短信）資源。無(wú)線移動(dòng)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(qiáng)、通信費(fèi)用低、不受地域限制的優(yōu)點(diǎn)，其最大的好處是設(shè)備體積�。话惭b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(jìn)性，隨著移動(dòng)通訊技的發(fā)展，如今已經(jīng)實(shí)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(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，其可靠性相當(dāng)高，信息發(fā)送和接收安全可靠，不會(huì)丟失。③實(shí)用性，GSM作為一個(gè)成熟實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)能滿足用戶需求，實(shí)現(xiàn)資源共享，信息交流。④經(jīng)濟(jì)性，首先，采用移動(dòng)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(fèi)用低，GPRS只有產(chǎn)生通信流量時(shí)才計(jì)費(fèi)；GMS短消息發(fā)送一條信息的費(fèi)用為0。1元，接收者不收費(fèi)。因此它在水文數(shù)據(jù)傳輸通信方面可以被認(rèn)為是一種首選的通信方式。缺點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限。目前我市中央報(bào)汛站全部處于移動(dòng)通信覆蓋區(qū)，地方報(bào)汛站在鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)及周邊一帶的也可利用移動(dòng)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(jí)數(shù)較少的水又測(cè)報(bào)系統(tǒng)。該通信方式具有通信質(zhì)量較好 設(shè)備簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。但是若在長(zhǎng)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(dǎo)致設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)的增加，系統(tǒng)可靠性下降，中繼站站址交通條件差還會(huì)給建設(shè)、安裝、維護(hù)帶來(lái)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(yuǎn)，通信頻帶寬，傳輸容量大；組網(wǎng)機(jī)動(dòng)靈活，不受地理?xiàng)l件的限制，建站成本及通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是：建站成本及通信使用費(fèi)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(cè)報(bào)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(shí)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(jì)
信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的媒質(zhì)，是構(gòu)成通信網(wǎng)的基本部分�？茖W(xué)地選擇信道，使信號(hào)有效、可靠地傳輸；是通信設(shè)計(jì)的一個(gè)基本問(wèn)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(shí)際情況：有線程控電話可到達(dá)各報(bào)汛站，中央報(bào)汛站和鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地及周邊的地方報(bào)汛站均處在移動(dòng)通信的覆蓋區(qū) 考慮充分利用現(xiàn)有資源和當(dāng)今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)考慮到系統(tǒng)建成后便于運(yùn)行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實(shí)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�？傮w設(shè)計(jì)方案：采用無(wú)線移動(dòng)通信（GPRS和GMS短信）作為主信道、有線通信（PSTN）作為備用信道進(jìn)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(jí)別，當(dāng)主信道出故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用信道；主信道恢復(fù)正常時(shí)，即返回主信道傳輸數(shù)據(jù)、具體方案為：對(duì)處在移動(dòng)通信的覆蓋區(qū)和有線程控電話可到達(dá)的各報(bào)汛站報(bào)，以無(wú)線通信（GPRS和手機(jī)GSM短信）為主信道PSTN 為備份信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)只有線程控電話的報(bào)汛站，以有線通信PSTN為主信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，徹底解決各報(bào)汛站人工報(bào)汛的方式。利用INTERNET公網(wǎng)信道組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：從報(bào)本上避免了自建專用網(wǎng)的維護(hù)、管理工作；出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)由郵電系統(tǒng)維護(hù)，還避免了無(wú)線通信的同頻干擾問(wèn)題，傳輸質(zhì)量高；設(shè)備簡(jiǎn)單，不要專門配備電源；設(shè)備投資低于其它地面無(wú)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(dǎo)致設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)增加，系統(tǒng)可靠性下降。因此，本次設(shè)計(jì)不組建超短波網(wǎng)。衛(wèi)星信道由于投資大，設(shè)計(jì)中也不予采用。
B、系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
報(bào)汛網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是采用什么樣的形式把每個(gè)報(bào)汛站點(diǎn)與分中心連接起來(lái)。**水情分中心所轄站點(diǎn)地形復(fù)雜。上游河流眾多；站點(diǎn)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(bào)汛站的水情信息全部傳送到分中心的目標(biāo)，保證系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)本地的實(shí)際情況，將報(bào)汛通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成單一星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)測(cè)站數(shù)據(jù)均由移動(dòng)通信（GPRS和GMS短信）和PSTN信道直接傳送到**中心站。優(yōu)點(diǎn)：減少了集合轉(zhuǎn)發(fā)站所需的設(shè)備投資；可以避免當(dāng)集合轉(zhuǎn)發(fā)站出現(xiàn)通信故障時(shí)其收集的上游各站信息傳輸產(chǎn)生中斷現(xiàn)象。缺點(diǎn)：由于報(bào)汛站數(shù)量較多，全部向分中心直接傳送，致使通信時(shí)間延長(zhǎng)，須采取延時(shí)措施；有預(yù)報(bào)任務(wù)的各站無(wú)法直接獲取所需的水情信息。須通過(guò)分中心轉(zhuǎn)送、解決方法是：因報(bào)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(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)置將各站數(shù)據(jù)傳送按一定時(shí)序逐站順序召測(cè)，這樣從時(shí)間上講最經(jīng)濟(jì)，耗時(shí)少 從根本上避免了眾多報(bào)汛站同時(shí)向分中心通信傳輸?shù)膿頂D、碰撞問(wèn)題。對(duì)有預(yù)報(bào)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(shí)向各站發(fā)送或由各報(bào)汛站主動(dòng)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(bào)汛站工作體制
系統(tǒng)工作體制對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)有重要的影響，當(dāng)前國(guó)外自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)通常采用自報(bào)式、查詢應(yīng)答式、自報(bào)／應(yīng)答兼容式三種工作方式，幾種工作方式的工作過(guò)程及特點(diǎn)是：
1、自報(bào)式：
這是一種不受分中心指令控制的工作方式，當(dāng)報(bào)汛站的測(cè)量參數(shù)（水位或雨量）發(fā)生一個(gè)計(jì)量單位變化時(shí)，主動(dòng)將信息向分中心發(fā)送。其特點(diǎn)是功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)；能很好反映參數(shù)變化全過(guò)程。
2、查詢應(yīng)答式：
在查詢應(yīng)答工作方式下，報(bào)汛站自身能對(duì)水文參數(shù)的變化自動(dòng)采集和存儲(chǔ)，但不主動(dòng)傳送給分中心。只有當(dāng)分中心發(fā)出查詢指令時(shí)，才將數(shù)據(jù)送出。其特點(diǎn)是控制性好，分中心隨時(shí)可向測(cè)站索取數(shù)據(jù)。
3、自報(bào)／應(yīng)答兼容式
具有上述兩種方式的特點(diǎn)，既能實(shí)時(shí)反映參數(shù)變化全過(guò)程，又能響應(yīng)分中心的查詢。
為考慮山區(qū)局部降暴雨時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)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(bào)兼容的方式。其中報(bào)汛站的自報(bào)功能設(shè)置和暴雨自報(bào)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置由分中心遙測(cè)控制；以便使運(yùn)行費(fèi)用降至最低。
B、通信方式
對(duì)于報(bào)汛通信網(wǎng)，分中心從測(cè)站取得各類水情信息，這是最基本、最主要的；對(duì)有預(yù)報(bào)任務(wù)的測(cè)站而言，需要其上游的信息，這些站點(diǎn)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(jì)，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(bào)汛網(wǎng)的通信方式設(shè)計(jì)成雙向應(yīng)答方式。
C、數(shù)據(jù)傳輸方式
報(bào)汛通信網(wǎng)內(nèi)測(cè)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(duì)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(dá)86.20Kbps, 發(fā)送速率可達(dá) 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(duì)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(dá)85.6kbps，發(fā)送速率可達(dá)21.4kbpS
信息量：限制為 140個(gè)八位組（7 比特編碼，140個(gè)字符）
（3）對(duì)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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