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长潭灌区通信系统的研究与建设论文
摘要：针对长潭灌区现有通信系统所存在的不足，以水利信息化发展为指导方向，通过对灌区信息数据研究与采集模式的了解，在分析灌区旧系统的优势与不足的基础上，根据灌区经验，对灌区信息与各种通信方式进行比较与研究。通过无线信息传输与网络信息传输两种方式，对灌区通信系统进行改进。
关键词：灌区;通信;信息;传输;GSM
1长潭灌区通信系统发展现状
1.1灌区信息化的概述通信网络系统及计算机网络系统是保证灌区水管理信息化高效运行的重要条件。自水利信息化开展以来，灌区通讯网络初具规模，为灌区数据及视频传输提供了可靠载体。灌区信息化主要是建设以雨情、水情等为内容的信息采集传输系统，它通过传感元件将模拟信号转化为数字信息，利用短波、有线、无线、卫星通信等技术将采集的信息传输到网络中心，实现动态、在线、实时、自动监测目标，提高水利信息监测的时效性，以期对防汛抢险、抗旱救灾、水利调度、确保水库安全运行起到重要作用。
水量监测数据传输基本是随着现代通讯技术的发展而进步的，从早期的有线电缆、短波、微波开始，逐步发展到自建通讯网、公共电话网、无线移动通讯网，建立了灌区信息中心—监控站—采集点网络结构，及时传输雨情、水情、工情、农情、灾情信息，主要建筑物动态监控信息，以及工程调度运行数据、语言、视频信息。同时，还建立起计算机网络系统，为各类信息采集、数据库应用、用水优化调度、运行监控管理等应用提供了服务平台。
目前，灌区通信系统应用效果显著。随着传输电路和区域通信网络的建设，有效解决了信息密集时代对通信业务所需求的各种信息传输问题，形成了专用通信中枢脉络，促进了灌区信息化的发展。
1.2灌区信息化存在的问题
1.2.1通信设备落后灌区目前采用的是以无线为主、有线为辅的通信手段，即以调度中心为中心，采用点对点的无线接力通信组成干线网(一级网)，在重要的分中心建立集群通信系统移动通信中心，组成覆盖周围的管理所、段的区域寻呼网(二级网)，而在二级网覆盖不到的地区，采用的是有线通信方式。但是，由于大多数设备超年限使用，造成性能不齐全、噪音大，而且十分笨重，不仅给使用者带来诸多不便，增加了工作难度，而且会因各种信息无法准确及时地传递出去而延误工作。
1.2.2专业人员缺乏灌区内从事通信的工作人员绝大部分是非正规专业人员，不仅缺乏对通信知识的系统了解，而且不能从思想上高度重视通信的重要作用，从而造成一些不必要的通信不畅和设备损坏。随着电信事业的发展，电子技术发生着日新月异的变化，大规模集成电路的使用对环境和管理提出了越来越高的要求。非专业工作人员难以适应形势发展的需要，无法使通信的价值得以实现。
1.2.3系统重硬轻软灌区往往注重办公计算机网络、视频会议系统、远程监控、监视系统等看得见、摸得着的硬件系统建设，而忽视业务软件建设，使现有系统无法达到预期效果。随着灌区信息化工程的相继实施，对通信系统软件运行管理与维护的要求越来越高，任务越来越重，而目前灌区运行维护保障机制尚不健全，已建项目难以充分发挥作用和效益，这在一定程度上制约了灌区信息化成果的持续利用。
1.2.4灌区环境问题灌区业务管辖范围内的管理所、段分散于集镇、乡村、山区、丘陵，点多面广，地形复杂，给通信带来诸多不便。在复杂的地形和恶劣的天气下采用有线磁卡通信方式，容易造成通信中断。电源是通信设备的中心，但在地处荒山野外的乡村、集镇，停电或电压的波动是无法避免的，这将大大影响通信的质量和设备的使用寿命。
上述问题会导致通信系统使用率逐渐降低，难以保证灌区调度的正常运行与数据传输的需要，同时，通信系统可靠性和稳定性也容易下降。通信设施一旦造成创伤后，必会造成“时通时不通”的状况，由此带来的维护成本会急剧升高，因为信息通信是技术密集型行业，技术含量和集成度高，如果不加强维护，不给予设备必要的安全工作环境，故障就会频发，导致维护成本剧增。
2灌区信息研究
2.1信息来源信息来源主要包括来源于灌区业务系统的内部信息和来源于其他行业的外部信息。内部信息主要包括历史文献、技术档案、实时或定期监测信息、灌区业务信息和各种层次的再生信息等，根据其不同的分类属性和应用需求，分别采用遥测、遥感、长期自记和人机交互技术手段实施数字化。外部信息包括社会经济统计信息、地理空间基础信息、国土资源信息以及其他与灌区业务有关的非水利部门采集的信息，主要通过国家信息化综合体系获取。在国家信息化综合体系还不健全时，根据灌区信息化发展水平的实际需要，在不同的行政管理层次，分别通过协议方式与相关业务部门建立信息交换关系。
2.2信息分类
灌区信息根据应用范围分为公用类信息和专用类信息。公用类信息是灌区业务的基本资料，可以广泛地为各种业务应用提供服务。专用信息通常是指某个或某类特定业务应用的信息。无论是内部信息还是外部信息，均分属公用类或专用类。公用类信息包括灌区业务信息、水文以及工程信息等;专用类信息包括灌区水资源以及灌溉调度信息等。
灌区信息的分布特征表现为信息的分布式采集与存储。灌区信息绝大多数同时具有时间和空间属性，在时间维上离散，分布在三维空间中。时空属性的任何欠缺将导致灌区信息失去使用价值。
2.3采集模式
灌区内部信息由系统自动化采集，并按使用频度和时效性要求分成实时、定期和不定期采集3类。为充分利用各种信息采集资源，便于信息交流与整合，降低信息采集成本，应建立满足各种业务需求的灌区信息综合采集系统。
外部信息的获得主要通过信息交换的方式实现：1)实时采集。在灌区的所有业务中，实时水位、雨量数据对信息采集的时效性要求最高。为了准确捕捉到实时水位、雨量的变化过程，一般要求以分钟或小时为监测周期。
2)定期及不定期调查。大部分灌区信息通过定期、不定期采集或调查方式获得。对于需要定期采集的信息，不同业务对信息采集周期的要求极为悬殊。
此外，灌区信息在时效性上的差异，决定其更新频度也有所不同。
3)信息交换。灌区业务所需要的信息除了内部信息外，其余大量信息是其他行业和部门采集的，这些信息通过信息交换与共享方式获得。行业间的信息交换与共享由国家信息化综合体系提供保障。
3信息传输技术研究
灌区主要通讯手段与技术包括光纤通信、公共电话通信、微波通信、无线超短波通信、无线扩频通信、卫星通信和移动通信等。
3.1光纤通信
光纤通信传输带宽大、稳定、可靠、不导电、不产生感应，适于传输图形、图像视频等多媒体表现形式的信息，但投资较大、施工困难、维护成本高，一般用于骨干通信网络。
专线通信速度快、数据容量大、可靠性高，但需专门架设电线或光缆，设备投资大，在本系统中不建议采用。
3.2公共电话通信
公共电话通信作为话音传输媒体已广泛使用，且分布范围广，不需要重新建设，只要增设通信连接和转换设备即可构成通信系统。但公共电话网带宽小，一般只能满足话音和低带宽数据传输的需要。
电话通信可以利用邮电系统的条件，设备投资小，通信距离几乎不受限制，电话接通后通信速度快、数据容量大、可靠性高，但在数据点附近要有电话线可以利用，数据传输前需要拨号，数据实时性不够理想。随着GSM短消息通信的出现，电话数据通信已很少有人使用。
3.3微波通信
微波通信是一种无线通信技术，工作频率高，能运载极大数量的信息，但需要间隔一定距离设立一个中继站，且中继站之间的距离与微波塔高度的平方成正比。其主要缺点是传输质量受环境因素影响较大，在山区易受到阻挡，需要建设相当数量的子站，造价较高。
3.4无线超短波通信
无线超短波通信的特点是投资较小，无中继通信半径50 km，比较适合灌区特别是平原灌区使用。其缺点是在恶劣气候或有同频、近频信号存在时干扰较大，通信距离超过50 km或有高大自然物、建筑物遮挡时，要增设中继站。
3.5无线扩频通信
无线扩频通信具有无线超短波通信的特点，并可对音频和视频数据进行打包处理，因此为多媒体通信奠定了基础。卫星通信组网方式灵活、地域范围广、独立性强、移动性好、不受地域限制，主要缺点是传输延迟较大。
3.6 GSM通信
GSM通信具有覆盖范围广、网络能力强的特点，克服了传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高、网络覆盖范围和用户数量有限的弊端，同时，利用GSM短消息系统进行无线通信，还具有双向数据传输功能，性能稳定，运行费用低，为远程监控设备通信提供了强大支持平台。
GSM短消息通信借助电信系统的通信网络，理论上可以全球通。在手机能够到达的地区，是水位雨量遥测系统使用较多的通信方式。水位雨量遥测系统的GSM短消息通信有自报式、查询式和混合式3种方式：1)自报式遥测站采用定时发数方式，优点是遥测站的通信机平时关机，只在通信时开机，大大节省了电源。缺点是没用的信息也要定时发送。2)查询式的好处是系统比较自由，需要信息时向遥测站拨号，平时不发送信息，节省了信息费。缺点是遥测站的通信机必须始终开机，需要较大电源供应。3)混合式是在查询式的基础上增加自报功能，但有了查询功能后自报功能就显得多余了，故很少有人用混合方式。
现代通讯技术的迅速发展，为水利信息化建设提供了丰富的传输途径和灵活的传输方式。由于每一种通信方式都有其特定的适用范围和条件，因此，在实践中应根据具体需求，因地制宜地选择不同的传输技术和手段。
3.7长潭灌区通信系统建设计划
长潭灌区的具体条件是手机通信条件很好，电源供应比较理想。建议长潭灌区的实时水位雨量遥测系统采用GSM短消息通信，同时，由于长潭灌区的供电及维护条件较好，建议通信方式采用查询式。虽然查询式增加了电源系统的投资成本，但可以节省短消息的资费成本，综合比较比较划得来，同时查询通信方式也比较自由。
1)近期：在现有基础上对灌区管理信息传输需求进行完善分析，同时，进一步完善覆盖灌区的骨干网络，进一步加大带宽，更新网络传输设备，建成符合实际需要的、高效的、实时的信息传输通道，为各类应用系统提供可靠的基础数据传输保证。
2)中期：随着业务需求的发展和信息采集设施的完善，需要扩充网络覆盖面和传输能力，以适应大容量高速率的信息传输要求，特别是多媒体信息的传输要求。
3)远期：随着技术的进步，不断扩充网络覆盖面，优化网络结构，提升网络传输能力及可靠性、安全性，使其能够全面满足灌区信息自动化的实际传输需求。
4灌区网络建设
4.1总体要求计算机网络的总体要求是建设一个集数据、语音、视频、图像于一体的、具备较大容量和高速传输能力的、具有可靠稳定服务质量保证的信息化综合网络。基于这个平台，可以实现数据之间的安全高速数据共享，尽可能简化办公流程、提高办公效率，为今后新业务的发展和迅速推出相应的新业务打下良好的基础。
根据应用系统的要求确定方案结构，从系统功能和信息需求出发，拟建的网络结构必须能够满足系统的传输能力要求、信息安全要求、人机交互能力要求和信息处理要求，最终应用了目前的主流技术，即采用简洁高效的网络分层结构设计。网络拓扑图见图1。
4.2网络设计
早期的企业网主要是共用内部系统主机资源，共享简单数据库，多以二层交换为主，很少有三层应用，存在安全、可管理性较差、无业务增值能力等方面的问题。现在企业网要实现内部全方位的数据共享，应用三层交换，提供全面的QoS保障服务，使网络安全可靠，因此网络必须具备高性能、高安全性、高可靠性，可管理、可增值特性，以及开放性、兼容性、可扩展性。
网络采用分期施工方案。为了配合实际情况，必须遵循“总体规划，分期实施”的思想，保护网络的投资和设备、功能的平滑升级。
网络设计是确保网络假设、应用和发展的重要基础。针对长潭灌区网络前期规划和设计要求，设计方案主要坚持以下原则：实用性与先进性兼顾原则;整体优化原则;集成性与可扩展性原则;安全性与容错性原则;可管理性原则和安全保密性原则。
4.3网络与通信体系
在现有网络的基础上，根据实际需要，完善各类网络建设，建成满足各类通信需求的网络与通信体系。建设内容包括：1)结合主机房建设，改善局域网建设;2)根据工程监控和视频监控的需要，完善广域网建设;3)根据数据采集系统建设，完善通信网建设。
5结论
长潭灌区通信系统设计与建设包括无线信息传输与网络信息传输两大部分，在分析灌区旧系统的优势与不足的基础上，根据灌区经验，通过对灌区信息与各种通信方式加以比较与研究，对灌区通信系统进行改造。
信息传输是灌区信息化平台的重要组成部分，是构造平台各子系统之间的桥梁，因此，如何对信息通信方式进行优化与建设，是灌区信息化平台不可缺少的组成部分。在今后研究中，需要继续对通信系统进行改进，以满足日益发展的水利信息化需求。
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