超短波通信在防汛抗旱工作中的地位和发展

'超短波通信在防汛抗旱工作中的地位和发展刘水泉（山西省水文水资源勘测局，山西太原030001）摘要：阐述了超短波通信在山西防汛抗旱工作中的重要地位，指出了超短波通信在水情自动测报系统设计时应注意中继站的选择、避雷等问题，从频率稳定度、抗干扰能力等超短波通信技术的提高，论述了水情测报系统在不断完善和发展。关键词：超短波通信防汛抗旱地位发展中图分类号：TP271文献标识码：B超短波通信具有信号传播稳定、通信质量高、受外界干扰小，且设备简单、投资少、运行维护费用低等优点，在全球各个领域通信史上占有重要地位。就我国乃至世界的水利事业，超短波通信发挥了非常重大的作用，并将不断完善和发展。1超短波通信在山西防汛抗旱工作中的应用山西地处我国西北黄土高原东缘，位于黄河中游地区，分属黄、海两大流域；流域面积超过4000km2的河流有8条。省境四周山环水绕，地形复杂，由于特定的气候、地理因素造成了山西涝旱灾害十分频繁，素有“十年九旱，旱中有涝，涝中有旱、旱涝交错”的特点，成为山西国民经济发展的重大制约因素。要做好防汛抗旱工作，最大限度地减轻水旱灾害，为国民经济的发展提供一个良好的水利环境，首要的基础工作就是必须解决水情信息(降水量、水位、洪峰、径流量等)的快捷、准确测报与传递问题。山西防汛抗旱8 无线通信系统始建于1977年，形成省、市、县和重点防汛单位的三级防汛通信网，共有130个超短波分台，30个短波分台；1989年开始分期分批建成山西水情报汛无线通信网，共有7个超短波分中心，7个短波分中心；30个超短波分台（测站），30个短波分台（测站）。多年来，该防汛抗旱、报汛通信网为山西省防汛抗旱工作作出了巨大贡献，其中超短波通信具有举足轻重的地位。1987年汾河水库建成了山西第一处应答式水情自动测报系统，1992年漳泽水库建成自报式水情自动测报系统，1997年汾河水库水情自动测报系统进行了改造，扩充了遥测站点，并改为自报式，1999年建成了册田水库、关河水库、后湾水库水情自动测报系统。2008年前，山西省汾河、漳泽、关河、后湾、册田、汾河二库和文峪河水库先后建成了水情自动测报系统，这些水情自动测报系统全部采用超短波通信制式，超短波水情自动测报系统流程见图1。超短波信道传感器2传感器1遥测终端机VHF/UHF电台中心控制仪VHF/UHF电台计算机遥测站中心站图1超短波水情自动测报系统流程图张峰水库是一座以城市生活和工业供水、农村人畜饮水为主，兼顾防洪、发电等综合利用的黄河流域沁河干流上第一座大（Ⅱ）型水利枢纽工程。水库对于改善晋城市城市生活和工业用水的供水条件，缓解该地区水资源缺乏和地下水严重超采的局面，都具有十分重要的8 意义。张峰水库工程于2004年11月17日开工奠基，2005年6月主体工程拦河大坝开工，2008年3月22日通过了水利部主持的蓄水验收，开始发挥效益。张峰水库水文水情自动测报系统3个中心，25个遥测站点已于2008年10月基本建成，开始服务水库工程。该系统遥测站采用双信道向中心站传输数据，以GSM为主信道，PSTN为备用信道，但遥测水位站在河流断面采用雷达水位计自动采集水位数据后，实时水位数据到遥测终端机RTU的自动传送是利用超短波通信技术实现的。2004年开始设计建设的《山西省防汛抗旱指挥系统》，共有84个水情报汛站，19个工情采集点，63个旱情信息采集点，6个水情分中心，6个工情分中心，4座水库信息采集；水情中心，工情中心及省防汛决策支持系统等。2005年设计2007年立项的《山西水情自动报汛系统》，由省中心和9个水情分中心及其所属269个报汛站组成。《山西省防汛抗旱指挥系统》和《山西水情自动报汛系统》部分站点虽然采用了公网、卫星通信，但由于超短波通信技术的提高、设备的成熟和供电系统的稳定，大部分站点仍利用超短波通信技术实现的。可见超短波通信在山西防汛抗旱工作中的地位不可取代。2超短波通信技术的提高，促进水情自动测报系统不断完善和发展1930年发现超短波，开始用超短波实现无线通信。20世纪70年代后期，超短波通信设备逐渐成熟，各个领域开始应用，山西防汛抗旱指挥部建成了无线防汛抗旱通信系统，省水文水资源勘测局先后建成了水情报汛无线通信网。随着超短波通信技术不断提高，山西各个水旱情自动测报系统也在不断完善和发展。8 2.1频率稳定度的提高超短波通信采用低功耗宽频段的频率合成技术，进一步展宽频段，采用温补晶体使超短波电台的频率稳定度明显提高。大量使用系统的收发模块，超短波电台的频率稳定度已达到（5～7）×10-6，解决了防汛通信系统以往工作中频漂的问题，提高了防汛抗旱工作质量。2.2电台接收机灵敏度的提高超短波通信采用集成化、模块化器件，使超短波电台体积小、重量轻、耗电省、便于维修和提高可靠性，超短波电台接收机的灵敏度较早期的提高了3～5db，对水情自动测报系统组网设计降低了难度，增加了防汛抗旱系统电路余量，对测报系统信道质量改善和可靠度提高有了技术支持，使得系统畅通率明显增加，可达98%以上。2.3超短波传输速率的提高早期的水情自动测报系统数传都取300bit/s以下速率，是因为以往的电台系统传输频响不理想，最佳响应一般都在800Hz左右，3db带宽不足1kHz。数字化的普及，超短波调制方式由模拟调制发展为数字调制，目前国内外很多品种超短波电台频响已接近有线的300～3400Hz带宽，这就给提高超短波通信速率提供了条件，使得采用FSK（移频键控）或MSK（快速移频键控）调制体制传输速率达到1200bit/s或2400bit/s。同时，频响的改善，可采用其他提高速率的调制方式。近年来，19200bit/s传输速率的数传电台开始使用，国产设备提供的带宽为30Hz～10k8 Hz，带宽内起伏不超过1db，与速率提高相应的是电台在收发转换响应速度上有很大提高。普通电台发射建立时间和接收建立时间大体为50ms，而中高速数传电台的响应时间已达到5ms水平。因此，水情自动测报系统选用中高速超短波数据传输，实现各分中心在20min内准确地收集其所属报汛站的水雨情信息，在30min内传输到省水文信息中心、国家防总、各级防汛指挥机关和对外公布的目标，已成为现实，提高了水雨情信息的时效性。2.4提高了抗干扰能力超短波通信采用扩频技术，提高了抗干扰能力，采用了DSP技术，自适应均衡，超短波数传中，改进数据帧的编码格式，合理选择前向纠错和循环校验以避免同频干扰，采用载波侦听、反馈重发、路由选择等技术，减少了数据碰撞拥堵现象，改进了数传的可靠性。这样，可有效提高水情自动测报系统通信畅通率和平均无故障工作时间（MTBF），而早期超短波电台抗干扰能力较差。如，上世纪90年代，由于广泛的寻呼台和一些不良电台存在，山西水情报汛无线通信网，超短波电台同频和倍频干扰十分严重，经常是分台接受中心信号良好，而中心接听不到分台信号，时常导致通讯瘫痪。2.5自动化程度的提高超短波通信采用微处理技术，提高调谐、检测、遥控等功能的自动化程度，InSite网管软件简化了维护的工作，减少了管理费用，可在不中断数据传输的情况下，监测维护电台网络。随着超短波通信技术的不断提高，计算机及网络等相关技术的飞速发展，水情自动测报系统已进入了网络化阶段。3超短波通信在水情自动测报系统设计时应注意的问题8 超短波电台是工作波长为10～1m(频率为30～300MHz)的无线电通信设备,超短波传播机理是视距传播与有限绕射传播。它在传播时主要受对流层大气的影响，同时也受地势、地物的影响。工作原理见图2。信源信源换能器调制器发射机信道换能器用户用户换能器解调器接收机信道换能器信道图2超短波通信工作原理框图3.1采用超短波通信时，要重视中继站的选择。超短波视距传播损耗小，接受信号稳定，但传播距离短，需要中继站。中继站的选址是组网的一个关键环节，在进行设计时应先在地形图上进行分析，结合对系统所在地情况的了解，看系统内是否有可以利用的高山防火塔、电视差转台、微波站等来做系统的中继站，以降低系统造价，如果没有可供借用的高山站，确定中继站时应尽可能选择交通方便、便于系统建设和维护的地点。中继站挂靠在电视、电信部门的差转台时，应特别注意可能出现的同频、倍频干扰问题，应预为考虑并设计好解决方案，中继站级数一般不宜超过三级。3.2超短波绕射传播。超短波绕射传播分为两种：一种是沿球形地面绕射传播，传播损耗随频率及路径的增加而增加；另一种是山峰绕射传播，传播8 损耗与山峰的高低、多少、阻隔的大小、山峰距发射点和接收点的距离、工作频率的高低等有密切的关系。因此，水情自动测报系统组网设计时要注意选择合适的站址，巧妙地避开阻挡，尤其是避开近区阻挡，或电波路径上尽可能地减少阻挡次数和降低障碍物的相对高度等，这样可减少线路附加损耗，从而改善信道质量，提高系统的畅通率。3.3避雷问题由于超短波视距传播信号理想，为了增加视距，中心和分台（测站）的天线尽量加高，中继站又往往地处高山，这都是极易引雷的装置，另外超短波通信一般采用交流电供电，交流供电容易引雷。由于强雷电危及设备和人身安全，影响系统工作的现象比较突出，超短波中继站遭雷击使系统局部瘫痪的情况时有发生，到目前为止，系统避雷仍是要重点解决的问题。4结语在社会发展的今天，为适应现代化、信息化要求，对防汛抗旱工作提出了更高的要求，计算机、网络化技术高速发展的时代特点水情自动测报系统进入了网络化阶段，超短波通信在水情自动测报系统中仍然占有重要地位，虽然仍有些问题需要解决，但随着通信技术的提高，超短波通信在防汛抗旱工作中也必将有新的发展。作者简介：刘水泉，男，1963年生，1986年毕业于太原工业大学，高级工程师，主要从事水情水资源工作。[收稿日期：2008-12-26修回日期：2009-01-08]8 Situationanddevelopmentofultra-shortwavecommunicationintheFloodpreventionanddrought-resistantLIUShui-quanAbstract:Inthispapertheauthorexpoundstheimportanceoftheultra-shortwavecommunicationintheworkoffloodcontrolanddroughtreliefinShanxiProvince,pointsoutthattheultra-shortwavecommunicationinwaterregimeautomaticforecastingsystemdesignshouldpayattentiontothechoiceofcommunicationrelaystations,lightningprotectionandotherissues,andbytheimprovementoftheultra-shortwavecommunicationtechnologyinthefrequencystabilityandanti-jammingandotherrespects,statesthatthehydrologymonitoringsystemiscontinuouslyimprovedandondeveloping.Keywords:Ultra-shortwavecommunicationFloodcontrolanddrought-reliefSituationDevelopment8'