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長(cháng)潭灌區通信系統的研究與建設論文
摘要：針對長(cháng)潭灌區現有通信系統所存在的不足，以水利信息化發(fā)展為指導方向，通過(guò)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(yōu)勢與不足的基礎上，根據灌區經(jīng)驗，對灌區信息與各種通信方式進(jìn)行比較與研究。通過(guò)無(wú)線(xiàn)信息傳輸與網(wǎng)絡(luò )信息傳輸兩種方式，對灌區通信系統進(jìn)行改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：灌區;通信;信息;傳輸;GSM
1長(cháng)潭灌區通信系統發(fā)展現狀
1.1灌區信息化的概述通信網(wǎng)絡(luò )系統及計算機網(wǎng)絡(luò )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(kāi)展以來(lái)，灌區通訊網(wǎng)絡(luò )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(guò)傳感元件將模擬信號轉化為數字信息，利用短波、有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、衛星通信等技術(shù)將采集的信息傳輸到網(wǎng)絡(luò )中心，實(shí)現動(dòng)態(tài)、在線(xiàn)、實(shí)時(shí)、自動(dòng)監測目標，提高水利信息監測的時(shí)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(zhù)現代通訊技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步的，從早期的有線(xiàn)電纜、短波、微波開(kāi)始，逐步發(fā)展到自建通訊網(wǎng)、公共電話(huà)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通訊網(wǎng)，建立了灌區信息中心—監控站—采集點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )結構，及時(shí)傳輸雨情、水情、工情、農情、災情信息，主要建筑物動(dòng)態(tài)監控信息，以及工程調度運行數據、語(yǔ)言、視頻信息。同時(shí)，還建立起計算機網(wǎng)絡(luò )系統，為各類(lèi)信息采集、數據庫應用、用水優(yōu)化調度、運行監控管理等應用提供了服務(wù)平臺。
目前，灌區通信系統應用效果顯著(zhù)。隨著(zhù)傳輸電路和區域通信網(wǎng)絡(luò )的建設，有效解決了信息密集時(shí)代對通信業(yè)務(wù)所需求的各種信息傳輸問(wèn)題，形成了專(zhuān)用通信中樞脈絡(luò )，促進(jìn)了灌區信息化的發(fā)展。
1.2灌區信息化存在的問(wèn)題
1.2.1通信設備落后灌區目前采用的是以無(wú)線(xiàn)為主、有線(xiàn)為輔的通信手段，即以調度中心為中心，采用點(diǎn)對點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)接力通信組成干線(xiàn)網(wǎng)(一級網(wǎng))，在重要的分中心建立集群通信系統移動(dòng)通信中心，組成覆蓋周?chē)墓芾硭�、段的區域尋呼網(wǎng)(二級網(wǎng))，而在二級網(wǎng)覆蓋不到的地區，采用的是有線(xiàn)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(lái)諸多不便，增加了工作難度，而且會(huì )因各種信息無(wú)法準確及時(shí)地傳遞出去而延誤工作。
1.2.2專(zhuān)業(yè)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(zhuān)業(yè)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(zhù)電信事業(yè)的發(fā)展，電子技術(shù)發(fā)生著(zhù)日新月異的變化，大規模集成電路的使用對環(huán)境和管理提出了越來(lái)越高的要求。非專(zhuān)業(yè)工作人員難以適應形勢發(fā)展的需要，無(wú)法使通信的價(jià)值得以實(shí)現。
1.2.3系統重硬輕軟灌區往往注重辦公計算機網(wǎng)絡(luò )、視頻會(huì )議系統、遠程監控、監視系統等看得見(jiàn)、摸得著(zhù)的硬件系統建設，而忽視業(yè)務(wù)軟件建設，使現有系統無(wú)法達到預期效果。隨著(zhù)灌區信息化工程的相繼實(shí)施，對通信系統軟件運行管理與維護的要求越來(lái)越高，任務(wù)越來(lái)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(fā)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(huán)境問(wèn)題灌區業(yè)務(wù)管轄范圍內的管理所、段分散于集鎮、鄉村、山區、丘陵，點(diǎn)多面廣，地形復雜，給通信帶來(lái)諸多不便。在復雜的地形和惡劣的天氣下采用有線(xiàn)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(dòng)是無(wú)法避免的，這將大大影響通信的質(zhì)量和設備的使用壽命。
上述問(wèn)題會(huì )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(shí)，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(chuàng )傷后，必會(huì )造成“時(shí)通時(shí)不通”的狀況，由此帶來(lái)的維護成本會(huì )急劇升高，因為信息通信是技術(shù)密集型行業(yè)，技術(shù)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(huì )頻發(fā)，導致維護成本劇增。
2灌區信息研究
2.1信息來(lái)源信息來(lái)源主要包括來(lái)源于灌區業(yè)務(wù)系統的內部信息和來(lái)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(shù)檔案、實(shí)時(shí)或定期監測信息、灌區業(yè)務(wù)信息和各種層次的再生信息等，根據其不同的分類(lèi)屬性和應用需求，分別采用遙測、遙感、長(cháng)期自記和人機交互技術(shù)手段實(shí)施數字化。外部信息包括社會(huì )經(jīng)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(yè)務(wù)有關(guān)的非水利部門(mén)采集的信息，主要通過(guò)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(shí)，根據灌區信息化發(fā)展水平的實(shí)際需要，在不同的行政管理層次，分別通過(guò)協(xié)議方式與相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)建立信息交換關(guān)系。
2.2信息分類(lèi)
灌區信息根據應用范圍分為公用類(lèi)信息和專(zhuān)用類(lèi)信息。公用類(lèi)信息是灌區業(yè)務(wù)的基本資料，可以廣泛地為各種業(yè)務(wù)應用提供服務(wù)。專(zhuān)用信息通常是指某個(gè)或某類(lèi)特定業(yè)務(wù)應用的信息。無(wú)論是內部信息還是外部信息，均分屬公用類(lèi)或專(zhuān)用類(lèi)。公用類(lèi)信息包括灌區業(yè)務(wù)信息、水文以及工程信息等;專(zhuān)用類(lèi)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(shí)具有時(shí)間和空間屬性，在時(shí)間維上離散，分布在三維空間中。時(shí)空屬性的任何欠缺將導致灌區信息失去使用價(jià)值。
2.3采集模式
灌區內部信息由系統自動(dòng)化采集，并按使用頻度和時(shí)效性要求分成實(shí)時(shí)、定期和不定期采集3類(lèi)。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(mǎn)足各種業(yè)務(wù)需求的灌區信息綜合采集系統。
外部信息的獲得主要通過(guò)信息交換的方式實(shí)現：1)實(shí)時(shí)采集。在灌區的所有業(yè)務(wù)中，實(shí)時(shí)水位、雨量數據對信息采集的時(shí)效性要求最高。為了準確捕捉到實(shí)時(shí)水位、雨量的變化過(guò)程，一般要求以分鐘或小時(shí)為監測周期。
2)定期及不定期調查。大部分灌區信息通過(guò)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(wù)對信息采集周期的要求極為懸殊。
此外，灌區信息在時(shí)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(yè)務(wù)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(mén)采集的，這些信息通過(guò)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(shù)研究
灌區主要通訊手段與技術(shù)包括光纖通信、公共電話(huà)通信、微波通信、無(wú)線(xiàn)超短波通信、無(wú)線(xiàn)擴頻通信、衛星通信和移動(dòng)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(chǎn)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(wǎng)絡(luò )。
專(zhuān)線(xiàn)通信速度快、數據容量大、可靠性高，但需專(zhuān)門(mén)架設電線(xiàn)或光纜，設備投資大，在本系統中不建議采用。
3.2公共電話(huà)通信
公共電話(huà)通信作為話(huà)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(huà)網(wǎng)帶寬小，一般只能滿(mǎn)足話(huà)音和低帶寬數據傳輸的需要。
電話(huà)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(huà)接通后通信速度快、數據容量大、可靠性高，但在數據點(diǎn)附近要有電話(huà)線(xiàn)可以利用，數據傳輸前需要撥號，數據實(shí)時(shí)性不夠理想。隨著(zhù)GSM短消息通信的出現，電話(huà)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，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(gè)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(diǎn)是傳輸質(zhì)量受環(huán)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(jià)較高。
3.4無(wú)線(xiàn)超短波通信
無(wú)線(xiàn)超短波通信的特點(diǎn)是投資較小，無(wú)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(diǎn)是在惡劣氣候或有同頻、近頻信號存在時(shí)干擾較大，通信距離超過(guò)50 km或有高大自然物、建筑物遮擋時(shí)，要增設中繼站。
3.5無(wú)線(xiàn)擴頻通信
無(wú)線(xiàn)擴頻通信具有無(wú)線(xiàn)超短波通信的特點(diǎn)，并可對音頻和視頻數據進(jìn)行打包處理，因此為多媒體通信奠定了基礎。衛星通信組網(wǎng)方式靈活、地域范圍廣、獨立性強、移動(dòng)性好、不受地域限制，主要缺點(diǎn)是傳輸延遲較大。
3.6 GSM通信
GSM通信具有覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò )能力強的特點(diǎn)，克服了傳統的專(zhuān)網(wǎng)通信系統投資成本大、維護費用高、網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍和用戶(hù)數量有限的弊端，同時(shí)，利用GSM短消息系統進(jìn)行無(wú)線(xiàn)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(wǎng)絡(luò )，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(xún)式和混合式3種方式：1)自報式遙測站采用定時(shí)發(fā)數方式，優(yōu)點(diǎn)是遙測站的通信機平時(shí)關(guān)機，只在通信時(shí)開(kāi)機，大大節省了電源。缺點(diǎn)是沒(méi)用的信息也要定時(shí)發(fā)送。2)查詢(xún)式的好處是系統比較自由，需要信息時(shí)向遙測站撥號，平時(shí)不發(fā)送信息，節省了信息費。缺點(diǎn)是遙測站的通信機必須始終開(kāi)機，需要較大電源供應。3)混合式是在查詢(xún)式的基礎上增加自報功能，但有了查詢(xún)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(shù)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(shí)踐中應根據具體需求，因地制宜地選擇不同的傳輸技術(shù)和手段。
3.7長(cháng)潭灌區通信系統建設計劃
長(cháng)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(cháng)潭灌區的實(shí)時(shí)水位雨量遙測系統采用GSM短消息通信，同時(shí)，由于長(cháng)潭灌區的供電及維護條件較好，建議通信方式采用查詢(xún)式。雖然查詢(xún)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(lái)，同時(shí)查詢(xún)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(jìn)行完善分析，同時(shí)，進(jìn)一步完善覆蓋灌區的骨干網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)一步加大帶寬，更新網(wǎng)絡(luò )傳輸設備，建成符合實(shí)際需要的、高效的、實(shí)時(shí)的信息傳輸通道，為各類(lèi)應用系統提供可靠的基礎數據傳輸保證。
2)中期：隨著(zhù)業(yè)務(wù)需求的發(fā)展和信息采集設施的完善，需要擴充網(wǎng)絡(luò )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(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，不斷擴充網(wǎng)絡(luò )覆蓋面，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )結構，提升網(wǎng)絡(luò )傳輸能力及可靠性、安全性，使其能夠全面滿(mǎn)足灌區信息自動(dòng)化的實(shí)際傳輸需求。
4灌區網(wǎng)絡(luò )建設
4.1總體要求計算機網(wǎng)絡(luò )的總體要求是建設一個(gè)集數據、語(yǔ)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(wù)質(zhì)量保證的信息化綜合網(wǎng)絡(luò )�；谶@個(gè)平臺，可以實(shí)現數據之間的安全高速數據共享，盡可能簡(jiǎn)化辦公流程、提高辦公效率，為今后新業(yè)務(wù)的發(fā)展和迅速推出相應的新業(yè)務(wù)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(fā)，擬建的網(wǎng)絡(luò )結構必須能夠滿(mǎn)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(shù)，即采用簡(jiǎn)潔高效的網(wǎng)絡(luò )分層結構設計。網(wǎng)絡(luò )拓撲圖見(jiàn)圖1。
4.2網(wǎng)絡(luò )設計
早期的企業(yè)網(wǎng)主要是共用內部系統主機資源，共享簡(jiǎn)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(wú)業(yè)務(wù)增值能力等方面的問(wèn)題�，F在企業(yè)網(wǎng)要實(shí)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(wù)，使網(wǎng)絡(luò )安全可靠，因此網(wǎng)絡(luò )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(kāi)放性、兼容性、可擴展性。
網(wǎng)絡(luò )采用分期施工方案。為了配合實(shí)際情況，必須遵循“總體規劃，分期實(shí)施”的思想，保護網(wǎng)絡(luò )的投資和設備、功能的平滑升級。
網(wǎng)絡(luò )設計是確保網(wǎng)絡(luò )假設、應用和發(fā)展的重要基礎。針對長(cháng)潭灌區網(wǎng)絡(luò )前期規劃和設計要求，設計方案主要堅持以下原則：實(shí)用性與先進(jìn)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(wǎng)絡(luò )與通信體系
在現有網(wǎng)絡(luò )的基礎上，根據實(shí)際需要，完善各類(lèi)網(wǎng)絡(luò )建設，建成滿(mǎn)足各類(lèi)通信需求的網(wǎng)絡(luò )與通信體系。建設內容包括：1)結合主機房建設，改善局域網(wǎng)建設;2)根據工程監控和視頻監控的需要，完善廣域網(wǎng)建設;3)根據數據采集系統建設，完善通信網(wǎng)建設。
5結論
長(cháng)潭灌區通信系統設計與建設包括無(wú)線(xiàn)信息傳輸與網(wǎng)絡(luò )信息傳輸兩大部分，在分析灌區舊系統的優(yōu)勢與不足的基礎上，根據灌區經(jīng)驗，通過(guò)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(jìn)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(jìn)行優(yōu)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(jìn)行改進(jìn)，以滿(mǎn)足日益發(fā)展的水利信息化需求。
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