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長潭灌區通信系統的研究與建設論文
摘要：針對長潭灌區現有通信系統所存在的不足，以水利信息化發展為指導方向，通過對灌區信息數據研究與采集模式的了解，在分析灌區舊系統的優勢與不足的基礎上，根據灌區經驗，對灌區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，對灌區通信系統進行改進。
關鍵詞：灌區;通信;信息;傳輸;GSM
1長潭灌區通信系統發展現狀
1.1灌區信息化的概述通信網絡系統及計算機網絡系統是保證灌區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，灌區通訊網絡初具規模，為灌區數據及視頻傳輸提供了可靠載體。灌區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，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、衛星通信等技術將采集的信息傳輸到網絡中心，實現動態、在線、實時、自動監測目標，提高水利信息監測的時效性，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。
水量監測數據傳輸基本是隨著現代通訊技術的發展而進步的，從早期的有線電纜、短波、微波開始，逐步發展到自建通訊網、公共電話網、無線移動通訊網，建立了灌區信息中心—監控站—采集點網絡結構，及時傳輸雨情、水情、工情、農情、災情信息，主要建筑物動態監控信息，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，為各類信息采集、數據庫應用、用水優化調度、運行監控管理等應用提供了服務平臺。
目前，灌區通信系統應用效果顯著。隨著傳輸電路和區域通信網絡的建設，有效解決了信息密集時代對通信業務所需求的各種信息傳輸問題，形成了專用通信中樞脈絡，促進了灌區信息化的發展。
1.2灌區信息化存在的問題
1.2.1通信設備落后灌區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移動通信中心，組成覆蓋周圍的管理所、段的區域尋呼網(二級網)，而在二級網覆蓋不到的地區，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專業人員缺乏灌區內從事通信的工作人員絕大部分是非正規專業人員，不僅缺乏對通信知識的系統了解，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。隨著電信事業的發展，電子技術發生著日新月異的變化，大規模集成電路的使用對環境和管理提出了越來越高的要求。非專業工作人員難以適應形勢發展的需要，無法使通信的價值得以實現。
1.2.3系統重硬輕軟灌區往往注重辦公計算機網絡、視頻會議系統、遠程監控、監視系統等看得見、摸得著的硬件系統建設，而忽視業務軟件建設，使現有系統無法達到預期效果。隨著灌區信息化工程的相繼實施，對通信系統軟件運行管理與維護的要求越來越高，任務越來越重，而目前灌區運行維護保障機制尚不健全，已建項目難以充分發揮作用和效益，這在一定程度上制約了灌區信息化成果的持續利用。
1.2.4灌區環境問題灌區業務管轄范圍內的管理所、段分散于集鎮、鄉村、山區、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村、集鎮，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使用率逐漸降低，難以保證灌區調度的正常運行與數據傳輸的需要，同時，通信系統可靠性和穩定性也容易下降。通信設施一旦造成創傷后，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，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境，故障就會頻發，導致維護成本劇增。
2灌區信息研究
2.1信息來源信息來源主要包括來源于灌區業務系統的內部信息和來源于其他行業的外部信息。內部信息主要包括歷史文獻、技術檔案、實時或定期監測信息、灌區業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計信息、地理空間基礎信息、國土資源信息以及其他與灌區業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，根據灌區信息化發展水平的實際需要，在不同的行政管理層次，分別通過協議方式與相關業務部門建立信息交換關系。
2.2信息分類
灌區信息根據應用范圍分為公用類信息和專用類信息。公用類信息是灌區業務的基本資料，可以廣泛地為各種業務應用提供服務。專用信息通常是指某個或某類特定業務應用的信息。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業務信息、水文以及工程信息等;專用類信息包括灌區水資源以及灌溉調度信息等。
灌區信息的分布特征表現為信息的分布式采集與存儲。灌區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信息失去使用價值。
2.3采集模式
灌區內部信息由系統自動化采集，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，應建立滿足各種業務需求的灌區信息綜合采集系統。
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。在灌區的所有業務中，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測周期。
2)定期及不定期調查。大部分灌區信息通過定期、不定期采集或調查方式獲得。對于需要定期采集的信息，不同業務對信息采集周期的要求極為懸殊。
此外，灌區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。灌區業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。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境因素影響較大，在山區易受到阻擋，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，比較適合灌區特別是平原灌區使用。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，克服了傳統的專網通信系統投資成本大、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短消息系統進行無線通信，還具有雙向數據傳輸功能，性能穩定，運行費用低，為遠程監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的通信網絡，理論上可以全球通。在手機能夠到達的地區，是水位雨量遙測系統使用較多的通信方式。水位雨量遙測系統的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數方式，優點是遙測站的通信機平時關機，只在通信時開機，大大節省了電源。缺點是沒用的信息也要定時發送。2)查詢式的好處是系統比較自由，需要信息時向遙測站撥號，平時不發送信息，節省了信息費。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長潭灌區通信系統建設計劃
長潭灌區的具體條件是手機通信條件很好，電源供應比較理想。建議長潭灌區的實時水位雨量遙測系統采用GSM短消息通信，同時，由于長潭灌區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的投資成本，但可以節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，為各類應用系統提供可靠的基礎數據傳輸保證。
2)中期：隨著業務需求的發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信息自動化的實際傳輸需求。
4灌區網絡建設
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、具有可靠穩定服務質量保證的信息化綜合網絡。基于這個平臺，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，為今后新業務的發展和迅速推出相應的新業務打下良好的基礎。
根據應用系統的要求確定方案結構，從系統功能和信息需求出發，擬建的網絡結構必須能夠滿足系統的傳輸能力要求、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
早期的企業網主要是共用內部系統主機資源，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、無業務增值能力等方面的問題。現在企業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、應用和發展的重要基礎。針對長潭灌區網絡前期規劃和設計要求，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)根據工程監控和視頻監控的需要，完善廣域網建設;3)根據數據采集系統建設，完善通信網建設。
5結論
長潭灌區通信系統設計與建設包括無線信息傳輸與網絡信息傳輸兩大部分，在分析灌區舊系統的優勢與不足的基礎上，根據灌區經驗，通過對灌區信息與各種通信方式加以比較與研究，對灌區通信系統進行改造。
信息傳輸是灌區信息化平臺的重要組成部分，是構造平臺各子系統之間的橋梁，因此，如何對信息通信方式進行優化與建設，是灌區信息化平臺不可缺少的組成部分。在今后研究中，需要繼續對通信系統進行改進，以滿足日益發展的水利信息化需求。
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