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長潭灌區(qū)通信系統(tǒng)的研究與建設論文
摘要：針對長潭灌區(qū)現有通信系統(tǒng)所存在的不足，以水利信息化發(fā)展為指導方向，通過對灌區(qū)信息數據研究與采集模式的了解，在分析灌區(qū)舊系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足的基礎上，根據灌區(qū)經驗，對灌區(qū)信息與各種通信方式進行比較與研究。通過無線信息傳輸與網絡信息傳輸兩種方式，對灌區(qū)通信系統(tǒng)進行改進。
關鍵詞：灌區(qū);通信;信息;傳輸;GSM
1長潭灌區(qū)通信系統(tǒng)發(fā)展現狀
1.1灌區(qū)信息化的概述通信網絡系統(tǒng)及計算機網絡系統(tǒng)是保證灌區(qū)水管理信息化高效運行的重要條件。自水利信息化開展以來，灌區(qū)通訊網絡初具規(guī)模，為灌區(qū)數據及視頻傳輸提供了可靠載體。灌區(qū)信息化主要是建設以雨情、水情等為內容的信息采集傳輸系統(tǒng)，它通過傳感元件將模擬信號轉化為數字信息，利用短波、有線、無線、衛(wèi)星通信等技術將采集的信息傳輸到網絡中心，實現動態(tài)、在線、實時、自動監(jiān)測目標，提高水利信息監(jiān)測的時效性，以期對防汛搶險、抗旱救災、水利調度、確保水庫安全運行起到重要作用。
水量監(jiān)測數據傳輸基本是隨著現代通訊技術的發(fā)展而進步的，從早期的有線電纜、短波、微波開始，逐步發(fā)展到自建通訊網、公共電話網、無線移動通訊網，建立了灌區(qū)信息中心—監(jiān)控站—采集點網絡結構，及時傳輸雨情、水情、工情、農情、災情信息，主要建筑物動態(tài)監(jiān)控信息，以及工程調度運行數據、語言、視頻信息。同時，還建立起計算機網絡系統(tǒng)，為各類信息采集、數據庫應用、用水優(yōu)化調度、運行監(jiān)控管理等應用提供了服務平臺。
目前，灌區(qū)通信系統(tǒng)應用效果顯著。隨著傳輸電路和區(qū)域通信網絡的建設，有效解決了信息密集時代對通信業(yè)務所需求的各種信息傳輸問題，形成了專用通信中樞脈絡，促進了灌區(qū)信息化的發(fā)展。
1.2灌區(qū)信息化存在的問題
1.2.1通信設備落后灌區(qū)目前采用的是以無線為主、有線為輔的通信手段，即以調度中心為中心，采用點對點的無線接力通信組成干線網(一級網)，在重要的分中心建立集群通信系統(tǒng)移動通信中心，組成覆蓋周圍的管理所、段的區(qū)域尋呼網(二級網)，而在二級網覆蓋不到的地區(qū)，采用的是有線通信方式。但是，由于大多數設備超年限使用，造成性能不齊全、噪音大，而且十分笨重，不僅給使用者帶來諸多不便，增加了工作難度，而且會因各種信息無法準確及時地傳遞出去而延誤工作。
1.2.2專業(yè)人員缺乏灌區(qū)內從事通信的工作人員絕大部分是非正規(guī)專業(yè)人員，不僅缺乏對通信知識的系統(tǒng)了解，而且不能從思想上高度重視通信的重要作用，從而造成一些不必要的通信不暢和設備損壞。隨著電信事業(yè)的發(fā)展，電子技術發(fā)生著日新月異的變化，大規(guī)模集成電路的使用對環(huán)境和管理提出了越來越高的要求。非專業(yè)工作人員難以適應形勢發(fā)展的需要，無法使通信的價值得以實現。
1.2.3系統(tǒng)重硬輕軟灌區(qū)往往注重辦公計算機網絡、視頻會議系統(tǒng)、遠程監(jiān)控、監(jiān)視系統(tǒng)等看得見、摸得著的硬件系統(tǒng)建設，而忽視業(yè)務軟件建設，使現有系統(tǒng)無法達到預期效果。隨著灌區(qū)信息化工程的相繼實施，對通信系統(tǒng)軟件運行管理與維護的要求越來越高，任務越來越重，而目前灌區(qū)運行維護保障機制尚不健全，已建項目難以充分發(fā)揮作用和效益，這在一定程度上制約了灌區(qū)信息化成果的持續(xù)利用。
1.2.4灌區(qū)環(huán)境問題灌區(qū)業(yè)務管轄范圍內的管理所、段分散于集鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、山區(qū)、丘陵，點多面廣，地形復雜，給通信帶來諸多不便。在復雜的地形和惡劣的天氣下采用有線磁卡通信方式，容易造成通信中斷。電源是通信設備的中心，但在地處荒山野外的鄉(xiāng)村、集鎮(zhèn)，停電或電壓的波動是無法避免的，這將大大影響通信的質量和設備的使用壽命。
上述問題會導致通信系統(tǒng)使用率逐漸降低，難以保證灌區(qū)調度的正常運行與數據傳輸的需要，同時，通信系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性也容易下降。通信設施一旦造成創(chuàng)傷后，必會造成“時通時不通”的狀況，由此帶來的維護成本會急劇升高，因為信息通信是技術密集型行業(yè)，技術含量和集成度高，如果不加強維護，不給予設備必要的安全工作環(huán)境，故障就會頻發(fā)，導致維護成本劇增。
2灌區(qū)信息研究
2.1信息來源信息來源主要包括來源于灌區(qū)業(yè)務系統(tǒng)的內部信息和來源于其他行業(yè)的外部信息。內部信息主要包括歷史文獻、技術檔案、實時或定期監(jiān)測信息、灌區(qū)業(yè)務信息和各種層次的再生信息等，根據其不同的分類屬性和應用需求，分別采用遙測、遙感、長期自記和人機交互技術手段實施數字化。外部信息包括社會經濟統(tǒng)計信息、地理空間基礎信息、國土資源信息以及其他與灌區(qū)業(yè)務有關的非水利部門采集的信息，主要通過國家信息化綜合體系獲取。在國家信息化綜合體系還不健全時，根據灌區(qū)信息化發(fā)展水平的實際需要，在不同的行政管理層次，分別通過協(xié)議方式與相關業(yè)務部門建立信息交換關系。
2.2信息分類
灌區(qū)信息根據應用范圍分為公用類信息和專用類信息。公用類信息是灌區(qū)業(yè)務的基本資料，可以廣泛地為各種業(yè)務應用提供服務。專用信息通常是指某個或某類特定業(yè)務應用的信息。無論是內部信息還是外部信息，均分屬公用類或專用類。公用類信息包括灌區(qū)業(yè)務信息、水文以及工程信息等;專用類信息包括灌區(qū)水資源以及灌溉調度信息等。
灌區(qū)信息的分布特征表現為信息的分布式采集與存儲。灌區(qū)信息絕大多數同時具有時間和空間屬性，在時間維上離散，分布在三維空間中。時空屬性的任何欠缺將導致灌區(qū)信息失去使用價值。
2.3采集模式
灌區(qū)內部信息由系統(tǒng)自動化采集，并按使用頻度和時效性要求分成實時、定期和不定期采集3類。為充分利用各種信息采集資源，便于信息交流與整合，降低信息采集成本，應建立滿足各種業(yè)務需求的灌區(qū)信息綜合采集系統(tǒng)。
外部信息的獲得主要通過信息交換的方式實現：1)實時采集。在灌區(qū)的所有業(yè)務中，實時水位、雨量數據對信息采集的時效性要求最高。為了準確捕捉到實時水位、雨量的變化過程，一般要求以分鐘或小時為監(jiān)測周期。
2)定期及不定期調查。大部分灌區(qū)信息通過定期、不定期采集或調查方式獲得。對于需要定期采集的信息，不同業(yè)務對信息采集周期的要求極為懸殊。
此外，灌區(qū)信息在時效性上的差異，決定其更新頻度也有所不同。
3)信息交換。灌區(qū)業(yè)務所需要的信息除了內部信息外，其余大量信息是其他行業(yè)和部門采集的，這些信息通過信息交換與共享方式獲得。行業(yè)間的信息交換與共享由國家信息化綜合體系提供保障。
3信息傳輸技術研究
灌區(qū)主要通訊手段與技術包括光纖通信、公共電話通信、微波通信、無線超短波通信、無線擴頻通信、衛(wèi)星通信和移動通信等。
3.1光纖通信
光纖通信傳輸帶寬大、穩(wěn)定、可靠、不導電、不產生感應，適于傳輸圖形、圖像視頻等多媒體表現形式的信息，但投資較大、施工困難、維護成本高，一般用于骨干通信網絡。
專線通信速度快、數據容量大、可靠性高，但需專門架設電線或光纜，設備投資大，在本系統(tǒng)中不建議采用。
3.2公共電話通信
公共電話通信作為話音傳輸媒體已廣泛使用，且分布范圍廣，不需要重新建設，只要增設通信連接和轉換設備即可構成通信系統(tǒng)。但公共電話網帶寬小，一般只能滿足話音和低帶寬數據傳輸的需要。
電話通信可以利用郵電系統(tǒng)的條件，設備投資小，通信距離幾乎不受限制，電話接通后通信速度快、數據容量大、可靠性高，但在數據點附近要有電話線可以利用，數據傳輸前需要撥號，數據實時性不夠理想。隨著GSM短消息通信的出現，電話數據通信已很少有人使用。
3.3微波通信
微波通信是一種無線通信技術，工作頻率高，能運載極大數量的信息，但需要間隔一定距離設立一個中繼站，且中繼站之間的距離與微波塔高度的平方成正比。其主要缺點是傳輸質量受環(huán)境因素影響較大，在山區(qū)易受到阻擋，需要建設相當數量的子站，造價較高。
3.4無線超短波通信
無線超短波通信的特點是投資較小，無中繼通信半徑50 km，比較適合灌區(qū)特別是平原灌區(qū)使用。其缺點是在惡劣氣候或有同頻、近頻信號存在時干擾較大，通信距離超過50 km或有高大自然物、建筑物遮擋時，要增設中繼站。
3.5無線擴頻通信
無線擴頻通信具有無線超短波通信的特點，并可對音頻和視頻數據進行打包處理，因此為多媒體通信奠定了基礎。衛(wèi)星通信組網方式靈活、地域范圍廣、獨立性強、移動性好、不受地域限制，主要缺點是傳輸延遲較大。
3.6 GSM通信
GSM通信具有覆蓋范圍廣、網絡能力強的特點，克服了傳統(tǒng)的專網通信系統(tǒng)投資成本大、維護費用高、網絡覆蓋范圍和用戶數量有限的弊端，同時，利用GSM短消息系統(tǒng)進行無線通信，還具有雙向數據傳輸功能，性能穩(wěn)定，運行費用低，為遠程監(jiān)控設備通信提供了強大支持平臺。
GSM短消息通信借助電信系統(tǒng)的通信網絡，理論上可以全球通。在手機能夠到達的地區(qū)，是水位雨量遙測系統(tǒng)使用較多的通信方式。水位雨量遙測系統(tǒng)的GSM短消息通信有自報式、查詢式和混合式3種方式：1)自報式遙測站采用定時發(fā)數方式，優(yōu)點是遙測站的通信機平時關機，只在通信時開機，大大節(jié)省了電源。缺點是沒用的信息也要定時發(fā)送。2)查詢式的好處是系統(tǒng)比較自由，需要信息時向遙測站撥號，平時不發(fā)送信息，節(jié)省了信息費。缺點是遙測站的通信機必須始終開機，需要較大電源供應。3)混合式是在查詢式的基礎上增加自報功能，但有了查詢功能后自報功能就顯得多余了，故很少有人用混合方式。
現代通訊技術的迅速發(fā)展，為水利信息化建設提供了豐富的傳輸途徑和靈活的傳輸方式。由于每一種通信方式都有其特定的適用范圍和條件，因此，在實踐中應根據具體需求，因地制宜地選擇不同的傳輸技術和手段。
3.7長潭灌區(qū)通信系統(tǒng)建設計劃
長潭灌區(qū)的具體條件是手機通信條件很好，電源供應比較理想。建議長潭灌區(qū)的實時水位雨量遙測系統(tǒng)采用GSM短消息通信，同時，由于長潭灌區(qū)的供電及維護條件較好，建議通信方式采用查詢式。雖然查詢式增加了電源系統(tǒng)的投資成本，但可以節(jié)省短消息的資費成本，綜合比較比較劃得來，同時查詢通信方式也比較自由。
1)近期：在現有基礎上對灌區(qū)管理信息傳輸需求進行完善分析，同時，進一步完善覆蓋灌區(qū)的骨干網絡，進一步加大帶寬，更新網絡傳輸設備，建成符合實際需要的、高效的、實時的信息傳輸通道，為各類應用系統(tǒng)提供可靠的基礎數據傳輸保證。
2)中期：隨著業(yè)務需求的發(fā)展和信息采集設施的完善，需要擴充網絡覆蓋面和傳輸能力，以適應大容量高速率的信息傳輸要求，特別是多媒體信息的傳輸要求。
3)遠期：隨著技術的進步，不斷擴充網絡覆蓋面，優(yōu)化網絡結構，提升網絡傳輸能力及可靠性、安全性，使其能夠全面滿足灌區(qū)信息自動化的實際傳輸需求。
4灌區(qū)網絡建設
4.1總體要求計算機網絡的總體要求是建設一個集數據、語音、視頻、圖像于一體的、具備較大容量和高速傳輸能力的、具有可靠穩(wěn)定服務質量保證的信息化綜合網絡�；谶@個平臺，可以實現數據之間的安全高速數據共享，盡可能簡化辦公流程、提高辦公效率，為今后新業(yè)務的發(fā)展和迅速推出相應的新業(yè)務打下良好的基礎。
根據應用系統(tǒng)的要求確定方案結構，從系統(tǒng)功能和信息需求出發(fā)，擬建的網絡結構必須能夠滿足系統(tǒng)的傳輸能力要求、信息安全要求、人機交互能力要求和信息處理要求，最終應用了目前的主流技術，即采用簡潔高效的網絡分層結構設計。網絡拓撲圖見圖1。
4.2網絡設計
早期的企業(yè)網主要是共用內部系統(tǒng)主機資源，共享簡單數據庫，多以二層交換為主，很少有三層應用，存在安全、可管理性較差、無業(yè)務增值能力等方面的問題�，F在企業(yè)網要實現內部全方位的數據共享，應用三層交換，提供全面的QoS保障服務，使網絡安全可靠，因此網絡必須具備高性能、高安全性、高可靠性，可管理、可增值特性，以及開放性、兼容性、可擴展性。
網絡采用分期施工方案。為了配合實際情況，必須遵循“總體規(guī)劃，分期實施”的思想，保護網絡的投資和設備、功能的平滑升級。
網絡設計是確保網絡假設、應用和發(fā)展的重要基礎。針對長潭灌區(qū)網絡前期規(guī)劃和設計要求，設計方案主要堅持以下原則：實用性與先進性兼顧原則;整體優(yōu)化原則;集成性與可擴展性原則;安全性與容錯性原則;可管理性原則和安全保密性原則。
4.3網絡與通信體系
在現有網絡的基礎上，根據實際需要，完善各類網絡建設，建成滿足各類通信需求的網絡與通信體系。建設內容包括：1)結合主機房建設，改善局域網建設;2)根據工程監(jiān)控和視頻監(jiān)控的需要，完善廣域網建設;3)根據數據采集系統(tǒng)建設，完善通信網建設。
5結論
長潭灌區(qū)通信系統(tǒng)設計與建設包括無線信息傳輸與網絡信息傳輸兩大部分，在分析灌區(qū)舊系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足的基礎上，根據灌區(qū)經驗，通過對灌區(qū)信息與各種通信方式加以比較與研究，對灌區(qū)通信系統(tǒng)進行改造。
信息傳輸是灌區(qū)信息化平臺的重要組成部分，是構造平臺各子系統(tǒng)之間的橋梁，因此，如何對信息通信方式進行優(yōu)化與建設，是灌區(qū)信息化平臺不可缺少的組成部分。在今后研究中，需要繼續(xù)對通信系統(tǒng)進行改進，以滿足日益發(fā)展的水利信息化需求。
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