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長潭灌區(qū)通信系統(tǒng)的研究與建設(shè)論文
摘要：針對長潭灌區(qū)現(xiàn)有通信系統(tǒng)所存在的不足，以水利信息化發(fā)展為指導(dǎo)方向，通過對灌區(qū)信息數(shù)據(jù)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(chǔ)上，根據(jù)灌區(qū)經(jīng)驗，對灌區(qū)信息與各種通信方式進(jìn)行比較與研究。通過無線信息傳輸與網(wǎng)絡(luò)信息傳輸兩種方式，對灌區(qū)通信系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
關(guān)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(xiàn)狀
1.1灌區(qū)信息化的概述通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及計算機網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)初具規(guī)模，為灌區(qū)數(shù)據(jù)及視頻傳輸提供了可靠載體。灌區(qū)信息化主要是建設(shè)以雨情、水情等為內(nèi)容的信息采集傳輸系統(tǒng)，它通過傳感元件將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，利用短波、有線、無線、衛(wèi)星通信等技術(shù)將采集的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中心，實現(xiàn)動態(tài)、在線、實時、自動監(jiān)測目標(biāo)，提高水利信息監(jiān)測的時效性，以期對防汛搶險、抗旱救災(zāi)、水利調(diào)度、確保水庫安全運行起到重要作用。
水量監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸基本是隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)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(wǎng)、公共電話網(wǎng)、無線移動通訊網(wǎng)，建立了灌區(qū)信息中心—監(jiān)控站—采集點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，及時傳輸雨情、水情、工情、農(nóng)情、災(zāi)情信息，主要建筑物動態(tài)監(jiān)控信息，以及工程調(diào)度運行數(shù)據(jù)、語言、視頻信息。同時，還建立起計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為各類信息采集、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、用水優(yōu)化調(diào)度、運行監(jiān)控管理等應(yīng)用提供了服務(wù)平臺。
目前，灌區(qū)通信系統(tǒng)應(yīng)用效果顯著。隨著傳輸電路和區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，有效解決了信息密集時代對通信業(yè)務(wù)所需求的各種信息傳輸問題，形成了專用通信中樞脈絡(luò)，促進(jìn)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(shè)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(diào)度中心為中心，采用點對點的無線接力通信組成干線網(wǎng)(一級網(wǎng))，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?qū)ず艟W(wǎng)(二級網(wǎng))，而在二級網(wǎng)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(shù)設(shè)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(zhǔn)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(nèi)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(shè)備損壞。隨著電信事業(yè)的發(fā)展，電子技術(shù)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(yīng)形勢發(fā)展的需要，無法使通信的價值得以實現(xiàn)。
1.2.3系統(tǒng)重硬輕軟灌區(qū)往往注重辦公計算機網(wǎng)絡(luò)、視頻會議系統(tǒng)、遠(yuǎn)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(shè)，而忽視業(yè)務(wù)軟件建設(shè)，使現(xiàn)有系統(tǒng)無法達(dá)到預(yù)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(wù)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(wù)管轄范圍內(nèi)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(fù)雜，給通信帶來諸多不便。在復(fù)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(shè)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(zhì)量和設(shè)備的使用壽命。
上述問題會導(dǎo)致通信系統(tǒng)使用率逐漸降低，難以保證灌區(qū)調(diào)度的正常運行與數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，同時，通信系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性也容易下降。通信設(shè)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(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(shè)備必要的安全工作環(huán)境，故障就會頻發(fā)，導(dǎo)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(wù)系統(tǒng)的內(nèi)部信息和來源于其他行業(yè)的外部信息。內(nèi)部信息主要包括歷史文獻(xiàn)、技術(shù)檔案、實時或定期監(jiān)測信息、灌區(qū)業(yè)務(wù)信息和各種層次的再生信息等，根據(jù)其不同的分類屬性和應(yīng)用需求，分別采用遙測、遙感、長期自記和人機交互技術(shù)手段實施數(shù)字化。外部信息包括社會經(jīng)濟統(tǒng)計信息、地理空間基礎(chǔ)信息、國土資源信息以及其他與灌區(qū)業(yè)務(wù)有關(guān)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(jù)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(guān)業(yè)務(wù)部門建立信息交換關(guān)系。
2.2信息分類
灌區(qū)信息根據(jù)應(yīng)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(wù)的基本資料，可以廣泛地為各種業(yè)務(wù)應(yīng)用提供服務(wù)。專用信息通常是指某個或某類特定業(yè)務(wù)應(yīng)用的信息。無論是內(nèi)部信息還是外部信息，均分屬公用類或?qū)Ｓ妙�。公用類信息包括灌區(qū)業(yè)務(wù)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(diào)度信息等。
灌區(qū)信息的分布特征表現(xiàn)為信息的分布式采集與存儲。灌區(qū)信息絕大多數(shù)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(dǎo)致灌區(qū)信息失去使用價值。
2.3采集模式
灌區(qū)內(nèi)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(yīng)建立滿足各種業(yè)務(wù)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(xiàn)：1)實時采集。在灌區(qū)的所有業(yè)務(wù)中，實時水位、雨量數(shù)據(jù)對信息采集的時效性要求最高。為了準(zhǔn)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(diào)查。大部分灌區(qū)信息通過定期、不定期采集或調(diào)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(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(wù)所需要的信息除了內(nèi)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(shù)研究
灌區(qū)主要通訊手段與技術(shù)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(dǎo)電、不產(chǎn)生感應(yīng)，適于傳輸圖形、圖像視頻等多媒體表現(xiàn)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)。
專線通信速度快、數(shù)據(jù)容量大、可靠性高，但需專門架設(shè)電線或光纜，設(shè)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(shè)，只要增設(shè)通信連接和轉(zhuǎn)換設(shè)備即可構(gòu)成通信系統(tǒng)。但公共電話網(wǎng)帶寬小，一般只能滿足話音和低帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>
電話通信可以利用郵電系統(tǒng)的條件，設(shè)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(shù)據(jù)容量大、可靠性高，但在數(shù)據(jù)點附近要有電話線可以利用，數(shù)據(jù)傳輸前需要撥號，數(shù)據(jù)實時性不夠理想。隨著GSM短消息通信的出現(xiàn)，電話數(shù)據(jù)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(shù)，工作頻率高，能運載極大數(shù)量的信息，但需要間隔一定距離設(shè)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(zhì)量受環(huán)境因素影響較大，在山區(qū)易受到阻擋，需要建設(shè)相當(dāng)數(shù)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(shè)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(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，因此為多媒體通信奠定了基礎(chǔ)。衛(wèi)星通信組網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)能力強的特點，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大、維護費用高、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的弊端，同時，利用GSM短消息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信，還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，運行費用低，為遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)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(wǎng)絡(luò)，理論上可以全球通。在手機能夠到達(dá)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(shù)方式，優(yōu)點是遙測站的通信機平時關(guān)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(yīng)。3)混合式是在查詢式的基礎(chǔ)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(xiàn)代通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，為水利信息化建設(shè)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(yīng)根據(jù)具體需求，因地制宜地選擇不同的傳輸技術(shù)和手段。
3.7長潭灌區(qū)通信系統(tǒng)建設(shè)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(yīng)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(xiàn)有基礎(chǔ)上對灌區(qū)管理信息傳輸需求進(jìn)行完善分析，同時，進(jìn)一步完善覆蓋灌區(qū)的骨干網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步加大帶寬，更新網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)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(yīng)用系統(tǒng)提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸保證。
2)中期：隨著業(yè)務(wù)需求的發(fā)展和信息采集設(shè)施的完善，需要擴充網(wǎng)絡(luò)覆蓋面和傳輸能力，以適應(yīng)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(yuǎn)期：隨著技術(shù)的進(jìn)步，不斷擴充網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)建設(shè)
4.1總體要求計算機網(wǎng)絡(luò)的總體要求是建設(shè)一個集數(shù)據(jù)、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(wù)質(zhì)量保證的信息化綜合網(wǎng)絡(luò)。基于這個平臺，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的安全高速數(shù)據(jù)共享，盡可能簡化辦公流程、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(yīng)的新業(yè)務(wù)打下良好的基礎(chǔ)。
根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求確定方案結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)功能和信息需求出發(fā)，擬建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(yīng)用了目前的主流技術(shù)，即采用簡潔高效的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1。
4.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
早期的企業(yè)網(wǎng)主要是共用內(nèi)部系統(tǒng)主機資源，共享簡單數(shù)據(jù)庫，多以二層交換為主，很少有三層應(yīng)用，存在安全、可管理性較差、無業(yè)務(wù)增值能力等方面的問題�，F(xiàn)在企業(yè)網(wǎng)要實現(xiàn)內(nèi)部全方位的數(shù)據(jù)共享，應(yīng)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。為了配合實際情況，必須遵循“總體規(guī)劃，分期實施”的思想，保護網(wǎng)絡(luò)的投資和設(shè)備、功能的平滑升級。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是確保網(wǎng)絡(luò)假設(shè)、應(yīng)用和發(fā)展的重要基礎(chǔ)。針對長潭灌區(qū)網(wǎng)絡(luò)前期規(guī)劃和設(shè)計要求，設(shè)計方案主要堅持以下原則：實用性與先進(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(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際需要，完善各類網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，建成滿足各類通信需求的網(wǎng)絡(luò)與通信體系。建設(shè)內(nèi)容包括：1)結(jié)合主機房建設(shè)，改善局域網(wǎng)建設(shè);2)根據(jù)工程監(jiān)控和視頻監(jiān)控的需要，完善廣域網(wǎng)建設(shè);3)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)，完善通信網(wǎng)建設(shè)。
5結(jié)論
長潭灌區(qū)通信系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)包括無線信息傳輸與網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上，根據(jù)灌區(qū)經(jīng)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(jìn)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(gòu)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(jìn)行優(yōu)化與建設(shè)，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(jìn)行改進(jìn)，以滿足日益發(fā)展的水利信息化需求。
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