卫星通信在水情自动测报系统中的应用

1、卫星通信在水情自动测报系统中的应用刘阳（三峡水利枢纽梯级调度通信中心湖北 宜昌 443133）摘要：本文介绍了水情自动测报系统和海事卫星系统的特点，针对水情测报系统传统通信方式存在的问题，介绍了海事卫星水情测报系统的结构、设计、实现方法、应用实例，着重分析了海事卫星在三峡水情自动测报系统中的应用现状。与传统的水情测报方式比较，海事卫星在三峡水情自动测报系统中的应用，证明海事卫星水情测报系统对实时监测水雨情信息、提前预报洪峰到来的时间和流量及保护生命和财产安全提供了有利的保障，充分说明海事卫星是水情测报系统的一种可靠数据传输方式。关键词：卫星通信；水情自动测报；系统1概述水情自动测报系统是应用遥

2、测、通信、计算机及计算机网络等技术，完成某一特定区域内的降水量、水位、风向、风速等水文气象要素的采集、传输和处理的信息系统1。一个最基本的水情自动测报系统，一般有若干个遥测站和一个中心站组成。如使用超短波进行数据通信，则还需要中继站转发，因此通信系统中还需要设置超短波中继站2。在系统中，遥测站采集水雨情数据，信息经信道传输给中心站，由中心站完成水情预报和防洪调度等各项任务。水情自动测报系统的工作流程决定了其对通信的高度依赖性，系统正常工作的前提是通信可靠，整个信息传输的链路保持畅通。但由于系统中各遥测站点分布广、数量多、工作环境条件恶劣，因此，高可靠性、低投入、低运行费用、易维护的通信方案设计

3、是水情自动测报系统设计的重要部分。水情自动测报系统中采用的通信方式主要有：超短波、短波和PSTN等通信方式。超短波通信的特点是信号传播稳定通信质量较高，具有技术较成熟设备较简单投资较少等优点，在水情自动测报系统中应用最多。但由于地形条件的限制和自身的特点，对于远距离复杂高山地区，所需中继站数目及中转次数将明显增多，并会带来以下问题：a、中继站数目的增加导致设备费、土建费用增加；b、中继级数的增加导致系统可靠性下降；c、中继站交通条件差，给安装维护带来困难；d、高山中继站存在雷击和人为破坏的威胁。短波通信主要是以电离层的反射进行通信，对于地形复杂、测站距离较远的测报系统，可直接跨越，不需设中继站

4、。短波通信的优点是传输距离远，受地形限制少，建设较快，抗破坏能力强，总体造价便宜；其缺点是：由于短波信道是一种“变参”信道，受电离层的影响较大，电路质量和稳定性都较差，需采用一定的技术措施才能使用。同时，在遥测站数目较多时，系统的响应时间难以满足水情自动测报系统的要求。PSTN即公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network），是遍及全球的基于电路交换的有线网络。PSTN是一种技术成熟、基于电路交换的有线网络。当用在水情自动测报系统时，PSTN信道具有适用地域广、设备简单便宜、可靠性较高等优点。但有线组网方式也有它的不足之处：a、运行费用高。通过有线电话网

5、传输数据，每收集一次单点的数据，就相当于一个长途电话，费用较超短波、短波高得多。b、数据收集周期长。由于每一个站的应答查询均必须通过拨号、接通、传输、挂机等阶段，时间较长。c、有线组网的最致命弱点是防雷能力差。由于水情自动测报系统的站点大都是地处偏僻的农村、山区，有线电话网一般采用架空走线，遭受雷击的概率大。d、有线组网的另一个弱点是抗自然灾害的能力差，特别是在恶劣天气条件(如暴风、暴雨等)下，有线线路容易遭破坏，往往是在最需要收集数据的时候而得不到数据。2卫星水情自动测报系统的构成2.1海事卫星系统介绍随着科学技术的进步，卫星通信应用越来越多。基于卫星通信的水情自动测报系统是遥测站通过卫星通

6、信终端，将水情信息发射到卫星，经卫星转发到地面网管中心，然后转发到地面接收平台。卫星通信具有传输距离远，通信频带宽，传输容量大，组网机动灵活，不受地理条件的限制，建站成本及通信费用与通信距离无关等特点。目前，国内应用于水情测报系统通信的卫星主要有：VSAT亚洲二号通信卫星、北斗卫星、海事卫星（Inmarsat-C）等。Inmarsat卫星通信系统是由Inmarsat(国际移动卫星组织)所提供的一种移动终端卫星通信系统。Inmarsat是一个提供全球范围内卫星移动通信的政府间合作机构，即国际移动卫星组织（原名国际海事卫星组织，英文简称Inmarsat）34。Inmarsat成立于1979年，同年

7、中国即为该组织成员国，迄今已有100多个成员国，初期旨在为海上用户提供卫星通信服务，现在已发展为世界上唯一能为海陆空用户提供公众通信和遇险安全通信业务的提供者，Inmarsat有几种不同的移动通信系统，通过一系列终端向用户提供不同的服务，其中包括ImarsatA、C、B/M、Aero、Mini-M系统。Inmarsat-C是一种高性能的短数据通信系统。标准的C系统可为国际、区域、国内公众及专用通讯网提供接入方式，可以和陆地信息及数据网（X.25等）以600bps进行数据交换和通信。具有存贮和转发双向数据、单向的位置报告和数据传输、定时传输、增强群呼、广播呼叫、电子邮件及车船管理等功能。由于海事

8、卫星系统是从遇险安全业务为主发展起来的，因此其技术体制、数据结构及数据格式都完全符合水情信息传输。系统由空间段、卫星地面站(LES)和移动终端(MES)三大部分组成。(1) 空间段：空间段包括卫星系统及有关的地面测控站和网络协调站。(2) 卫星地面站是移动终端与陆地通信网用户、移动终端与移动终端之间相互通信的中转站。目前全世界有30多个地面站，各地面站可提供不同的业务组合。这些地面站，大多数为签字国拥有，中国的地面站设在北京，北京海事卫星地面站自1991年正式运转至今已能提供所有的Inmarsat业务，包括覆盖全球4个洋区的Inmarsat-A/B/M站业务，以及覆盖太平洋、印度洋的Inmar

9、sat-C站的多种业务。(3) 移动终端属用户所有。目前按照Inmarsat制订的技术标准生产移动终端的厂商已达60多家，这些厂商生产的设备经过Inmarsat颁发类型认可后，便可把产品销售给用户。用户购得设备并办理入网登记后投入使用。Inmarsat-C移动终端(MES)有两种通信方式：信文方式和数据报告方式。传数速率为600bps。卫星与地面站之间的通信工作在C波段。2.2基于海事卫星的水情自动测报系统构成基于海事卫星的水情自动测报系统主要由遥测站、海事卫星电台和远程监控中心三部分组成。遥测站由数据采集器、模数(A/D)转换器、传感器等组成。3应用实例综合各种通信方式的特点及不同的地理位置

10、和不同的信道情况，中国长江电力股份公司三峡水利枢纽梯级调度通信中心在建设国内目前规模最大的水情自动测报系统三峡水情自动测报系统时，在遥测站和中心站之间的数据通信采用了Inmarsat-C（海事卫星）作为遥测站通信信道。实际应用中，三峡水利枢纽水情自动测报系统通过使用北京地面站，使用定位在印度洋上空的海事卫星，以数据报告方式传输水情数据。三峡水利枢纽梯级调度通信中心将三峡水利枢纽水情自动测报系统中通信信道为Inmarsat-C(海事卫星) 的遥测站和中心站编成一个数据网，申请一个数据网号(DNID)，网中所有站点拥有不同的成员号，中心站为主站，遥测站为从站。遥测站自动定时采集、存储水位及雨量数据

11、，按设定的时间及间隔通过通信信道向中心站发送数据。当三峡水情自动测报系统双信道遥测站定时发信时间到或检测到水位、雨量超阀值变化时，遥测站首先通过PSTN(公众电话网)向位于湖北省宜昌市三峡坝区的三峡水情自动测报系统中心站服务器拨号，在PSTN无法拨通三峡水情自动测报系统中心站服务器的情况下，遥测站自动切换到海事卫星信道，向三峡水利枢纽水情自动测报系统中心站服务器发送数据。根据2006年全年统计，在三峡水情自动测报系统中，当遥测站因PSTN信道故障而使用海事卫星信道后，双信道遥测站的畅通率可达98.76，大大提高三峡水情自动测报系统可靠性。4效益分析2006年，是三峡工程由围堰发电期向初期运行期

12、过渡的一年，也是关系到工程能否提前发挥防洪等综合效益的关键一年。根据工程建设安排， 6月6日用于三期工程施工的碾压混凝土围堰成功爆破拆除，三峡大坝开始全线档水；10月27日，三峡工程首次初期蓄水工作圆满结束，工程进入初期运行期，提前发挥三峡工程防洪等综合效益。2006年，三峡坝址出现了百年不遇的特枯水年，全年来水对发电极为不利，为了提高三峡和葛洲坝梯级电站的综合发电效益，运行人员“密切监视、精心分析、准确预报、优化调度”，用好每一方水，调好每一度电。在实时调度过程中，运行人员充分利用三峡水情自动测报系统，密切监视上游流域水雨情实况及未来降水情况，实施跟踪滚动预报，同时根据梯级电站运行状况，采取

13、了一系列节水增发措施，在长江来水对发电极为不利的情况下，中国长江电力股份公司所属总发电量约357.38亿kW·h5。通过在三峡水利枢纽水情自动测报系统中应用海事卫星Inmarsat-C，确保了该系统能准确、及时地采集、传输各类水雨情及天气信息，及时掌握流域内的水雨情变化，为三峡梯级水利枢纽的安全运行、防洪渡汛、水库调度、合理利用水能资源提供可靠的决策依据。5结语在水情自动测报系统中使用海事卫星Inmarsat-C作为数据传输信道不但可行而且效果令人满意。主要是因为海事卫星Inmarsat-C系统有以下特点，对于传输实时水情信息非常重要。a、海事卫星通信距离远、覆盖面积大，它可以在任何远程测报区间内不受地形、地理条件限制而构成通信信道，组成大区域通信网络。b、海事卫星通信费用按每次发送的包计费，不需申请专用信道，适合水情信息数据量小、信道利用率低的特点。c、海事卫星频率工作在1.5/1.6GHz频段，几乎完全不受暴雨雨衰引起的损耗和产生的噪声