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衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)對水文工作的應(yīng)用論文
摘要：2012年，水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)在黃委建設(shè)的50處衛(wèi)星小站建成投運(yùn)以來，在水情報(bào)汛和日常水文業(yè)務(wù)中發(fā)揮了備用信道作用，確保了黃河重要水情信息的傳遞，產(chǎn)生了很好的防洪減災(zāi)效益。介紹了水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)在黃河水文工作中的應(yīng)用情況，就應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的通話延遲、設(shè)備維修費(fèi)用及與水利專網(wǎng)的互聯(lián)互通問題提出了合理建議，以期為推廣和應(yīng)用新一代水利衛(wèi)星通信平臺(tái)，提高抗災(zāi)救災(zāi)能力提供幫助。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；水文；黃河
1概況
2000年以來，隨著國家加大水利基礎(chǔ)設(shè)施投入，黃河水文通信取得了長足發(fā)展，固話、手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)在基層報(bào)汛站逐步得到了普及和發(fā)展。目前，黃委水文局已建成了與所轄上游水文水資源局、寧蒙水文水資源局等6個(gè)水文水資源局相連的廣域網(wǎng)絡(luò)，通過GSM短信、北斗衛(wèi)星以及公用網(wǎng)絡(luò)取代了以往短波電臺(tái)和電話的報(bào)汛方式，構(gòu)建了覆蓋全流域的水情報(bào)汛通信體系[1]。黃委所屬雨量站和水位站全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)報(bào)汛，報(bào)汛工作的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和自動(dòng)化水平得到了很大提高，職工勞動(dòng)強(qiáng)度大為降低。為進(jìn)一步提高水利通信保障水平，2012年，水利部在水利衛(wèi)星平臺(tái)基礎(chǔ)上，建成了水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)，在全國七大流域機(jī)構(gòu)建設(shè)了180個(gè)衛(wèi)星小站，從而形成了水利專網(wǎng)、地面公網(wǎng)和空中衛(wèi)星的有效結(jié)合、互為補(bǔ)充的立體通信格局。其中，黃委共建設(shè)50個(gè)衛(wèi)星小站，包括15個(gè)水情分中心站和35個(gè)報(bào)汛站。水利衛(wèi)星信道不但可以進(jìn)行常規(guī)的數(shù)據(jù)傳輸，還可以進(jìn)行語音、圖像等防汛綜合信息的雙向?qū)崟r(shí)傳輸，進(jìn)一步提升了黃河汛情信息采集和傳輸。
2水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)概況
2010年水利部建成并投入運(yùn)行水利衛(wèi)星通信平臺(tái),2012年，水利部在水利衛(wèi)星通信平臺(tái)基礎(chǔ)上建設(shè)了水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng),解決流域的水文報(bào)汛、應(yīng)急搶險(xiǎn)機(jī)動(dòng)通信、工程視頻監(jiān)視、互聯(lián)網(wǎng)接入等綜合業(yè)務(wù)需求。水利衛(wèi)星通信平臺(tái)使用了亞洲5號(hào)和亞太6號(hào)通信衛(wèi)星，擁有27.2MHz衛(wèi)星資源，采用兩種波段組合傳輸方案（Ku+C）。Ku波段使用亞洲5號(hào)衛(wèi)星，帶寬22.2MHz；C波段使用亞太6號(hào)衛(wèi)星，帶寬5MHz。水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)主要由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和衛(wèi)星通信地球站組成，其中衛(wèi)星通信地球站根據(jù)功能又分為衛(wèi)星主站、衛(wèi)星小站兩類。水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)組成見圖1。
2.1衛(wèi)星主站
水利衛(wèi)星通信主站設(shè)在水利部，采用主流的DVB-S2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、TDM/TDMA體制和Ku＋C波段組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星信號(hào)接收、發(fā)送和語音軟交換、IP數(shù)據(jù)廣播、互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻服務(wù)等功能。
2.2衛(wèi)星小站
一期水利衛(wèi)星小站主要設(shè)在全國流域機(jī)構(gòu)的水文、水庫站點(diǎn)，均使用亞洲5號(hào)衛(wèi)星Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器資源。其從功能上主要分為語音數(shù)據(jù)小站、綜合業(yè)務(wù)小站和應(yīng)急通信小站3類小站。3類小站由于功能定位不同，所使用的組網(wǎng)方式、解決方案與設(shè)備配置也有所差別，其中，語音數(shù)據(jù)小站具有語音數(shù)據(jù)通信、高速數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)功能，標(biāo)準(zhǔn)配置一般包括衛(wèi)星天線、室外單元（BUC）、低噪聲放大器(LNB）、室內(nèi)單元（IDU）、語音網(wǎng)關(guān)（IAD）、交換機(jī)、串口服務(wù)器以及電話機(jī)等。綜合業(yè)務(wù)小站主要在語音數(shù)據(jù)小站的基礎(chǔ)上增加了視頻監(jiān)控功能[2]，配置攝像機(jī)和硬盤錄像機(jī)或帶視頻存儲(chǔ)功能的視頻服務(wù)器，將采集到的圖像存儲(chǔ)于本地供日常監(jiān)控使用，也可將實(shí)時(shí)圖像通過衛(wèi)星信道傳送至中心站。應(yīng)急通信小站主要在綜合業(yè)務(wù)小站基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)對星模塊和單兵系統(tǒng)，可以服務(wù)于巡測、搶險(xiǎn)等外業(yè)或應(yīng)急通信；目前，衛(wèi)星小站中，黃委建設(shè)了47個(gè)語音數(shù)據(jù)站和3個(gè)綜合水文站（吳堡、黑石關(guān)、花園口站）。在二期建設(shè)中，黃委還將建設(shè)75個(gè)衛(wèi)星小站（含3個(gè)應(yīng)急便攜型衛(wèi)星小站）。
3水利衛(wèi)星在黃委應(yīng)用情況
3.1衛(wèi)星電話通信
衛(wèi)星小站語音通信功能是利用主站配置的軟交換（SoftSwitch）和相應(yīng)的中繼網(wǎng)關(guān)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。黃委衛(wèi)星小站可以通過衛(wèi)星鏈路經(jīng)主站軟交換直接與其他衛(wèi)星小站用戶互通，也可以通過衛(wèi)星鏈路經(jīng)主站軟交換、VOIP網(wǎng)關(guān)、SDH專網(wǎng)與黃委各級(jí)專網(wǎng)用戶互通。由于后一種通信鏈路實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星電話接入黃委內(nèi)線電話網(wǎng)，擴(kuò)大了衛(wèi)星電話通信對象，而且較前一種通信鏈路的衛(wèi)星電話通話延時(shí)短，通話質(zhì)量高，深受黃委衛(wèi)星小站用戶和內(nèi)線電話用戶歡迎，使用率較高。黃委水利衛(wèi)星小站電話號(hào)碼編碼主要按照《全國水利通信網(wǎng)自動(dòng)電話編號(hào)》標(biāo)準(zhǔn)（SL417-2007）編制。根據(jù)衛(wèi)星小站位置和所屬地區(qū)區(qū)號(hào)，黃委水利衛(wèi)星小站共分配了12個(gè)局向號(hào)，分別為：93719、99319、99719、94729、93549、99349、99389、93989、93919、93799、95319、95469。
3.2高速數(shù)據(jù)通信
為充分利用水利衛(wèi)星信道，黃委建立了與常規(guī)報(bào)汛信道并行，從報(bào)汛站到水情分中心再到黃委水情中心的水情傳輸衛(wèi)星備用信道，采用“實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)先到先入庫，同一數(shù)據(jù)不覆蓋”機(jī)制進(jìn)行水情數(shù)據(jù)傳輸。為黃委10個(gè)水情分中心的衛(wèi)星小站配置了應(yīng)用終端和路由器，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和所在辦公局域網(wǎng)連通，使各衛(wèi)星小站均能通過衛(wèi)星信道訪問水利專網(wǎng)，增強(qiáng)了報(bào)汛單位上下級(jí)間業(yè)務(wù)聯(lián)系。按照《水利信息網(wǎng)命名及IP地址分配規(guī)定》的標(biāo)準(zhǔn)(SL307—2004)，黃委50個(gè)衛(wèi)星小站水利內(nèi)網(wǎng)IP分配在10.253.28.X和10.253.29.X地址段。黃委水利衛(wèi)星系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。
3.3效益
水利衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)的投入應(yīng)用，為黃河水文增加了一條水情報(bào)汛備份傳輸通道，將水情分中心和報(bào)汛站與黃委內(nèi)線互通，實(shí)現(xiàn)了報(bào)汛站與上級(jí)單位利用衛(wèi)星系統(tǒng)的VOIP電話互通和網(wǎng)絡(luò)互通，增強(qiáng)了各級(jí)黃河水文間業(yè)務(wù)聯(lián)系，提高了黃河水文對黃河防汛安全、水庫調(diào)度運(yùn)用、水資源管理等治黃業(yè)務(wù)的技術(shù)支撐力度。在2013年和2014年汛期水文工作中，黃委利用公網(wǎng)信道和衛(wèi)星小站同時(shí)報(bào)送雨水情信息，解決了常規(guī)信道故障情況下無法及時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸和語音通信而影響正常報(bào)汛的問題，并在應(yīng)急處置方面發(fā)揮了衛(wèi)星通信的突出優(yōu)勢。
4水利衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用評(píng)價(jià)
4.1主要優(yōu)點(diǎn)
（1）衛(wèi)星通信不受地形影響，不需建中繼站，通信距離遠(yuǎn)、信道穩(wěn)定[3]、不受水毀、地震等突發(fā)災(zāi)情影響，特別適合于點(diǎn)多，面廣、地理位置偏僻、公網(wǎng)通信線路不發(fā)達(dá)地區(qū)，而通信時(shí)效性、保障性要求高的報(bào)汛測站。水利衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)為各級(jí)報(bào)汛單位增加了一條與傳統(tǒng)公眾通信系統(tǒng)并行的衛(wèi)星備份傳輸通道，可有效增強(qiáng)防汛通信保障能力，一定程度解決雨水情測報(bào)、預(yù)警和重點(diǎn)河段的工程視頻監(jiān)控等通信需求。（2）通信功能全。水利衛(wèi)星通信與北斗衛(wèi)星通信相比，增加了語音通信，數(shù)據(jù)廣播、高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等功能，非常適合基層防汛通信應(yīng)用。（3）基層用戶單位運(yùn)行維護(hù)成本低。水利部在建設(shè)新一代水利衛(wèi)星通信平臺(tái)時(shí)，一次性購買了水利衛(wèi)星信道15年使用權(quán)，對于各使用單位則采取免收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源頻率占用費(fèi)、入網(wǎng)費(fèi)、通信費(fèi)，極大程度降低了衛(wèi)星通信小站的運(yùn)行成本。
4.2存在的不足
�。�1）水利衛(wèi)星電話間的通話存在明顯延遲，部分衛(wèi)星小站通信不穩(wěn)定。由于地面站到衛(wèi)星中轉(zhuǎn)站的距離遠(yuǎn)，根據(jù)使用感受，延遲接近1S，和普通電話相比，交流不夠流暢。另外，可能由于存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象等原因[4]，部分小站的語音通信不穩(wěn)定，有少部分衛(wèi)星小站電話存在時(shí)通時(shí)不通的情況，尤其在雷雨天氣效果不佳。（2）基層單位普遍缺乏衛(wèi)星系統(tǒng)備品備件和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)費(fèi)，設(shè)備維護(hù)困難。另外，衛(wèi)星系設(shè)備技術(shù)復(fù)雜，需要經(jīng)過專門培訓(xùn)的技術(shù)人員運(yùn)行維護(hù)[5]。（3）由于一期項(xiàng)目缺乏配套的路由設(shè)備和應(yīng)用終端，黃委還未能全面實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和水利專網(wǎng)的互聯(lián)互通，個(gè)別衛(wèi)星小站還不能使用衛(wèi)星信道的數(shù)據(jù)通信功能。
5工作建議
目前，水利通信的應(yīng)用發(fā)展具有傳輸帶寬越來越大、傳輸質(zhì)量越來越高、技術(shù)手段更新越來越快的特點(diǎn)，在水利業(yè)務(wù)的應(yīng)用上出現(xiàn)了精細(xì)化、動(dòng)態(tài)管理的趨勢[6]。2014年水利部已啟動(dòng)了流域偏遠(yuǎn)水文站信息傳輸衛(wèi)星通信小站建設(shè)，項(xiàng)目將于2016年全面實(shí)施，項(xiàng)目實(shí)施后，黃委將形成擁有125個(gè)衛(wèi)星小站的衛(wèi)星報(bào)汛網(wǎng)，基本實(shí)現(xiàn)黃委所屬干支流水文站的衛(wèi)星通信全覆蓋，將大大增強(qiáng)黃委水情報(bào)汛的保障能力。為進(jìn)一步促進(jìn)水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)推廣應(yīng)用，提出如下建議：（1）加強(qiáng)二期項(xiàng)目通信平臺(tái)優(yōu)化和完善，加強(qiáng)設(shè)備選型，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；開展技術(shù)研究，提高水利衛(wèi)星語音、數(shù)據(jù)及視頻監(jiān)控的傳輸質(zhì)量。（2）為衛(wèi)星小站配置一定數(shù)量的備品備件和專用維修工具，滿足流域機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)維修工作需要。（3）各級(jí)水利衛(wèi)星應(yīng)用部門應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備配套和運(yùn)行維護(hù)工作，認(rèn)真總結(jié)一期系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。
6結(jié)語
新一代水利衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)從設(shè)施、設(shè)備軟、硬件到技術(shù)特點(diǎn)上都非常適合防汛基層業(yè)務(wù)工作。投入運(yùn)用以來，在2013和2014年黃河水情報(bào)汛工作中發(fā)揮了顯著作用。隨著水利信息化建設(shè)的不斷深入，水利系統(tǒng)對信息傳輸?shù)囊笤絹碓礁�，衛(wèi)星通信作為專網(wǎng)和公網(wǎng)的重要補(bǔ)充將繼續(xù)發(fā)揮不可替代作用。在各級(jí)防汛部門推廣和應(yīng)用新一代水利衛(wèi)星通信平臺(tái)以進(jìn)一步提高抗災(zāi)救災(zāi)能力，效益顯著，很有意義。
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