第4章-水文信息传输与自动测报系统

第4章

水文信息传输与自动测报系统WUHEE4.1水文信息的传输方式水文信息遥感原理水文信息的计算机网络短波水文自动测报系统卫星数据采集与传输系统雷达测雨及雷达—水情自动测报综合系统6.7牡丹江水文局水文自动测报系统简介水文信息的采集与传输：上世纪70年代以前基本是人工、有线电话和电报；进入80年代以后，随着遥测技术和网络、卫星等现代通讯技术的飞速发展，水文信息的采集与传输开始进入全新的现代化时代。本章将扼要介绍信息、遥测和计算机网络的基本原理和组成，以及水文自动测报系统的发展趋势。WUHEE第一节水文信息的传输方式WUHEE流域或地区的水文信息量是很大，并且会越来越大，因此，必须采用先进的通讯手段和依靠庞大的通信网络来实现。一、通信系统的组成通信系统是指传递信息所需要的一切技术设备的总称。通信系统的一般模型如下图示.WUHEE（一）信息源和收信者信息源根据输出信号的性质不同分为：

模拟信源：电话机电视摄象机等—输出连续幅度信号；离散信源：计数器、电传机等—输出离散的符号序列或文字。信息可分为：语言、数据、视频、图象、多媒体（多种信息的集合）。模拟（语音、视频） 数字。WUHEE（二）发送设备发送设备的基本功能：是将信息源和传媒介匹配起来，将信息源产生的信息信号变换成为便于发送的信号形式。送往传媒介。变换方式可以是各种形式的。目前多采用数字通信系统。其发送设备通常又分为信道编码和信源编码两部分。如下图4-1-2所示。WUHEEWUHEE信息编码：把连续的信息变换为数字信号；

信道编码：是使数字信号与传输媒介相匹配。发送设备还包括某些特殊要求的各种处理，

如多路复用、保密处理、纠错编码等。WUHEE（三）传输媒介传输媒介：发送设备地接收设备之间信号传递经过的媒介。可以是有线的，如有线电缆、光纤；也可是无线的，如微波、卫星、蜂窝或红外光等。干扰：热噪声脉冲干扰、衰减等。传输媒介可能不止一处。（更远距离传输）WUHEE（四）接受设备接受设备的基本功能是完成发送设备的反变换就，即解调、译码解密等。以上是单向通信系统，多数情况下是要求双向通信。以及必要的交换系统，组成完整的通信系统或通信网络。WUHEE二、传输媒体的类型WUHEE传输媒体：是信息传输必须利用的某种形式。传输媒体可分为以下两大类：1、有线媒体:物理媒体（金属或玻璃导体）、受约束媒体、导向媒体、传导系统。2、无线媒体：以无线电波形式传输。无导向系统、不受约束系统、无线电波系统。无线电波的频率范围在3kHz~300kHz，划分为若干频段（波段），见下表。表4-1-1WUHEE无线电波的分类及传播特性波段波长频率传播方式长波10000~1000m30~300kHz地波中波1000~100m300~3000kHz地波短波100~10m3~30MHz天波超短波10~1m30~300MHz近似直线传播微波分米波10~1dm300~3000MHz直线传播厘米波10~1cm3~30kMHz直线传播毫米波10~1mm30~300MHz直线传播无线电波的波速为3×108/m/s（同光速）计算公式：C=λfWUHEEΛ—波长；f——频率。水文信息传输多采用超短波、微米波，因此，必须采用中继站方式。三、有线传输系统WUHEEPair记做UTP

）（一）铜双绞线：电话线

1、无屏蔽双绞线（Unshielded

TwistedP如下图4-1-3所示。一般来说，无屏蔽双绞线不再用于长途传输系统，多用于本地环路和室内线及室内电缆。WUHEE2、屏蔽双绞线（Shielzded

Twisted

Pair 记做STP）与无屏蔽双绞线（UTP）区别在于它的线周围包裹`有金属屏蔽层或栅格层，如下图4-1-4。屏蔽双绞线附加的成本而限制了它的应用。通常用于传送高频信号和存在临时线对干扰的地方。WUHEEWUHEE（二）同轴电缆同轴电缆是非常坚韧的屏蔽铜线，它由两条导线组成，即中心导体和外屏蔽层。如图1-1-5所示。主要应用于大宽带的数据连接。如主机到主机、机箱到机箱、主机到外设以及局域网和有线电视网中。WUHEEWUHEE（三）光纤传输系统光纤传输系统是由光源、光缆和光探测器组成。如图4-1-6所示。光纤就是由玻璃纤维的芯和包层两部分组成。又称为裸光纤，其外层增加一层外套增加强度并能保护光纤构成光缆。又有单芯和多芯光缆之分。见图4-1-7所示。WUHEEWUHEEWUHEE四、无线传输系统WUHEE（一）短波通信上世纪70年代初，国家水利部在部分地区建立了用于报汛的短波水情通讯网。短波通信信号是通过电离层的反射来传播的。见图4-1-8所示。短波通信的优点是通信距离远。机动灵活、成本低。缺点是短波信道衰减严重，而需要经常改变其工作频率。WUHEE（二）流星余迹通信流星余迹通信又称流星猝发通信（MBC），是利用地面以上100km左右的高空大气中的流星通过大气燃烧，形成很长的电离粒子束，即所谓的流星余迹。流星余迹通信见下图4-1-9所示。WUHEEWUHEE系统工作方式：主站发射一个探测脉冲，

探测信号流星余迹反射到各个遥测站，当遥测

站检测出主站探测信号，并经分析得到理想的同步和码信号后，遥测站立即把预先存贮的数据通过同一流星余迹发射到主站，主站收完数据后立即发一个认可信号传输到遥测站，该数据收集结束。WUHEE（三）超短波通信超短波是指频段在30~1000MHz的电磁波。我国已建设的大多数山区的中小流域的遥测网基本上工作在150~450MHz低端的超短波频段上。而高端频率的超声波则用于主干线的多路通信。山区超短波通信距离一般在50~100km。大流域则需要微波等其他方式配合。WUHEE（四）微波通信微波通信是我国应用较早的一种通信方式，水利部门已建有自己的专用微波线路。微波的重要特性是类似光波的直线传播，其直线距离不超过50km。必须建立相应的中继站。微波的通信质量、抗干扰能力、可靠性等方面高于其他形式。缺点是多个中继站，投资大，建设周期长，管理不方便。WUHEEWUHEE（五）卫星通信WUHEEWUHEE第二节

水文信息遥测原理一、遥测与遥控的基本概念遥测：是指对远距离被测对象的间接测量。是测量的一种延伸。遥测系统:完成遥测任务的所有设备的总合。一般包括输入设备、传输设备和终端设备。如下图4-2-1所示。WUHEE输入设备：包括传感器和信号调节器。传感器的作用是感受被测物理量（参数）并把它变换成便于传输、处理、显示和记录的电信号。信号调节器是将信号放大、调制、匹配和补偿，提高传感器的变换精度。WUHEE传输设备和终端设备传输设备的作用是把输入设备输出的信号传输到很远的终端设备。可以是有线的导线、电缆和光缆；无线的收发机、天线和传输媒介（信道）。终端设备的作用是对传输设备的输出信号进行处理、显示和记录。终端设备可能十分简单，也可能非常复杂。WUHEE遥控:遥控是对远距离的被测对象的间接控制。习惯上称为“遥控”。如下图4-2-2所示。此为比较简单的开环遥控系统。WUHEE在遥控系统上增加一个反馈系统，以便控制人员了解被控的结果是否满足要求。称为闭环遥控系统。如下图示。WUHEE闭环遥控系统的反馈系统，实际上是一个遥控系统，其中的监测设备相当于遥控系统的输入设备，指令产生设备相当于遥控系统的终端设备。遥测与遥控关系十分密切，通常把它们合起来称为“运动系统”或“二遥技术”。当前已经把遥测、遥控与通信、电视和跟踪系统等组合成一个多功能系统，达到减少设备、降低能耗和成本的目的。综合系统主要节省的是传输设备。即一套传输设备可完成多功能的传输任务。遥控、遥控中的信息传输系统是由发射站、传输媒介和接收站三部分组成。见下图。WUHEEWUHEE输入端的f（1）、f（2）……、f（n），即表示

n个被测物理量（信息）经过输入设备转换的遥测信号；各副载波调制器和相加器总称为多路设备、主载波和转换器为发射端（站），转换器（换能器）是发射机与传媒介之间的匹配部件；传媒介又称为信道。目前遥测系统中主要使用媒介有架空明线、同轴电缆、光缆、长波中的地波、短波中天波、超短波和微波等；接收站中的转换器是将电磁波转换为电信号；WUHEE二、信息与信号WUHEE信息是指遥测中的被测的物理量或参数，是原来不知而待知的消息，称为信息。

信号是信息的携带者，或是信息的表现方式。可以是某种物理量（光、电、声、热等）通常是采用电信号。传感器的功能就是获取信息，并将信息转换为便于传输系统传输的信号。传感器的定义是感受非电量并转换为电量的器件。传感器的主要是由敏感元件、传感元件、测量线路和辅助电源构成。如下图示。WUHEE敏感元件是用来感受被测的非电量，并将它转换成另一种形式的非电量。下图4-2-6是一种膜盒式压力传感器。当弹性膜盒（感应元件）内腔痛入被测物体，在其压力作用下，膜盒中心产生位移，使连杆运动，从而带动电位器（感应元件）的点刷滑动，将位移量变成电量（电压或电流）。WUHEEWUHEE三、调制与解调WUHEE调制是指把一种信号变换成另一种信号的过程。调制的目的是：1、为了有效地辐射电磁波，增加传输距离；2、保证多路传输的实现；3、提高传输系统的抗噪声性能；4、增加信息传输的保密性，提高系统对于各种人为干扰的抵抗能力；5、使信息信号搬移到给定的载波工作频段上，保证各种信息传输系统之间以及同其他类型的无线电系统之间，工作时不发生相互影响。载波调制：正弦波(幅度调制、频率调制和相位调制)；脉冲波（脉冲幅度调制、脉冲持续时间调制和脉冲位置调制）。模拟调制：脉冲编码调治、增量调制。解调：是指从已调载波信号中将原调制信号解调（解放）出来的过程，也称检波。由于调制和解调的方法不同，构成了不同的传输系统，也就构成不同的遥测、遥控系统：WUHEE（一）正弦载波WUHEE正弦波公式为Sc（t）=A0COS（

ω0t+θ0）

（4-2-1）式中：A0——正弦波的振幅；

ω0——正弦波的角频率；θ0——正弦波的初始相位。有以下两种调制方式：第一种是幅度调制。即正弦波的振幅A0——随着信号f（t）的大小而变化，故称为幅度调制简称调幅，（AM）。表达式为Sc=［A0+f（t）］COS（ω0+θ0）

（4-2-2）第二种是角度调制。定义A为常数而瞬时角度（相角）为θ

的正弦波表达式为WUHEES（t）=

COSθ（t）（4-2-3）如果瞬时相角随信息信号f（t）大小而变化，称为相位调制；如果载波瞬时频率随f（t）大小而变化，则称为频率调制。两者合称角度调制。正弦波调制示意图见下图4-2-7所示。（二）脉冲载波脉冲波或称脉冲系列。信息信号f（t）对脉冲系列的调制称为脉冲调制。脉冲调制示意图见图4-2-8。WUHEEWUHEE（三）数字调制数字调制也称编码调制。是一种用代码（多为二进制）来表示连续信号的采样值的特殊脉冲调制方式。编码调制应包括采样、量化和编码三个基本过程。编码调制主要有脉冲编码调制和增量调制两种。常见的脉冲编码调制过程见图4-2-9所示。WUHEEWUHEE表4-2-1WUHEE数字与代码的对应关系表数字01234567代码000001010011100101110111四、干扰与噪声WUHEE干扰是指传输系统以外的其他设备（通信、雷达、电台等）引起的信号以及电器开关设备产生的火花放电等。噪声分外部内部两种外部噪声是指大气噪声、银河系噪声以及各种宇宙噪声等；内部噪声是指传输系统本身（主要是指接收机）产生的噪声。外部干扰一般可以通过正确地设计安装加以消除；噪声（主要是内部噪声）是无法消除的。描述信息系统对噪声的抵抗能力称为抗噪性能，采用信噪比作为定量指标。信噪比即采用信号强度与噪声强度之比的对数的10倍来表示，即单位为分贝（dB），数值越大，噪声影响小，通信质量越高。WUHEE五、多路传输WUHEE多路传输是在一个信道中传输多个信息。即在发射端先把n个信号混在一起，然后在接收端再将它们分开，故此称为多路传输。或称多路复用。多路传输的数学理论基础是函数的正交性。目前，广泛应用的多路传输体制有频分制（FDM）、时分制（TDM）和码分制（CDM）。（一）频分多路频分多路传输是基于频谱搬移原理来实现的。即在在发送端，个路信号通过调制，将其频谱搬移到互相不重叠的频带内，然后由一个把它们们一起传输出去；在接收端，利用中心频率不同的带通滤波器，将各路信号分开，再进行解调，恢复出原来被传输的各路信号。由于信号是以它们在频率轴上所占不同频带位置来区分的，因此称作频率分割多路传输或复用体制，简称频分制，记为FDM。图4-2-10为频分多路传输系统的信号频谱图。WUHEEWUHEE图4-2-10其中（a）是信号f（t）相应的频谱F（w），并假定它们各占有相同的频带宽度。WUHEE（二）时分多路WUHEEWUHEE（三）码份多路WUHEEWUHEE（三）码分多路WUHEEWUHEE六、数字传输系统的一些特性WUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEF

4.3水文信息的计算机网络WUHEE由于计算机技术和通信技术的飞速发展，各类信息的收集、传送、存贮和处理之间的差别在迅速地消失；我国广阔的地域上分布着数以万计的水文站及水库、水电站等水利管理部门，对复杂的信息收集、存贮、处理和发布和检索和信息资源的共享等需求，促进、加大了计算机网络系统的应用。一、计算机网络的概念WUHEE计算机网络（计算机通信网）是指互联起来的独立自主的计算机的集合。“互联”是指相互连接的两台计算机能够相互交换信息。连接是物理的，由硬件来实现。连接的介质（信息传输介质）可以是有线的如双绞线、同轴电缆和光纤等；可以是无线的，如激光、微波和卫星等。“互联”具有物理连接和计算机应用程序间信息交换的两重性质。计算机的“独立自主”，是为了将计算机网络与主机加多台设备构成的主从式系统区别开。早期的计算机应用中是采用大型计算机为中心的计算机模式（分时共享式）。即系统使用功能强大的大型机，许多用户同时共享CPU资源和数据库存贮功能，对用户采用严格的分时控制和广泛的系统管理、性能管理机制。常称为无智能工作站（多用户系统），而不是计算机网络。WUHEE随着计算机技术的发展，提供了将各计算机之间资源集成起来加以有效的通信手段，使计算机的资源通过网络得到延伸，典型的如文件和打印机资源等。出现了以带有大型操作系统的主机（服务器）为中心的计算模式，也称为资源共享模式。向用户提供灵活服务，共享共同应用的数据库和打印机等。用户利用独立的小型计算机（工作站）为每个应用提供自己的用户界面，并对界面给予全面控制，所有的用户查询或命令处理都在工作站方完成。这是一台主控机加多台从属机构成的系统（多机系统）。也不是计算机网络。WUHEE进入20世纪80年代末以来，计算机开始向小型化、网络化方向发展，使得用户桌面上的计算机处理能力存贮能力和速度得到极大的提高。同时计算机局域网和广域网技术更加完善，人们已经不满足上述的计算机资源共享模式。于是客户机/服务器的计算模式应运而生。该模式下的系统是小型专用计算机网络。WUHEE在网络工作方式下，系统使用客户机和服务器两方面的智能、资源和计算能力了执行一个特定的任务。客户机需要服务器提供信息，服务器存贮数据和程序，并向客户机提供全网范围的服务。客户机、服务器以及联系它们之间的通信系统共同组成了一个支持分布计算、分析和表示的系统。其分成两部分：前端客户应用和后端服务器应用。如图4-3-1所示。WUHEEWUHEE在小型网络中利用客户机/服务器方式可以保证实现系统的扩充和升级。是一种先进的计算模式，代表今后的发展方向。在概念上，任何的一种网络都可以划分两部分：主机和子网。如图4-3-2所示。

主机是独立自主的计算机，用于运用用户程序（应用程序）；子网又叫通信子网，各入网主机的连接实体。其任务是在主机之间传送数据分组，提供通信服务。WUHEEWUHEE计算机网络是计算机和通信相结合的产物。主要目的是在于提供不同计算机和用户之间的资源共享。通信子网是在小范围内的数据传输网络。而大范围（城市、地区、国家等）则应用公用数据通信网构成通信子网。计算机网络可以与各类电信网互连互通，使计算机网络可以经电信上网。WUHEE计算机网络根据其地理覆盖范围划分为：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广

网（WAN）、全球网（GAN）。它们之

间的连接如图4-3-3所示。在各级网络中一般包含交换、复用和传输设备，用于构成通信子网。WUHEEWUHEE二、计算机网络的体系结构WUHEE所谓计算机网络，是指互联起来的独立的计算机集合。“互联”意味着相互连接的两台计算机能够相互交换信息。连接是通过物理（硬件）和逻辑（软件）方式了实现。并且是通信双方必须遵守的共同约定（即网络协议）。网络协议与计算机通信的关系好比程序设计语言与计算的关系。各层次的协议相互协作，构成一个整体。（一）网络结构的概念模式协议分层后，形成协议堆栈，其中没一协议对应一个软件模块，负责处理一个子问题。各模块组成一个层次型的概念框架。如图4-3-4所示。WUHEE（二）开放系统互联参考模型国际标准化

组织（ISO——Internationa

StandardsInstitutr）于1981年颁布了开放系统互联参考模型（ISO/OSI参考模型），简称OSI七层模型，促进所有的计算机网络走向标准化，从而具备了互联的条件。OSI七层模型如图4-3-5所示。各层功能如下：WUHEEWUHEE1、物理层（Physica

Layer）是OSI七层模型的最低层。利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接。2、数据链路层（Data

Link

Layer）3、网络层（Network

Layer）4、传输层（Transport

Layer）5、会话层（Session

Layer）WUHEE6、表示层（Presentation7、应用层（ApplicationLayer）Layer）（三）

IEEE802通信协议世界最大的专业组织——电气电子工程师协会（The

Institute

of

Electrical

and

ElectrEngineer）于1980年成立IEEE委员会，专门负责制定不同工业类型的网络标准，主要有以下标准，见下表4-3-1所列。WUHEE表4-3-1

OSI与IEEE802标准比较表WUHEE较高层802.1较高界面标准(系统结构和网络互联)数据链路层802.2逻辑链路控制标准(LLC)802.3CSMA/CD802.4Token

Bus802.5Token

Ring802.6MAN物理层CSMA/CD介质Token

Bus介质Token

Ring介质MAN介质应当指出,IEEE

802局域网标准相对于OSI七层模型协议标准是有局限的,它只描述了较低的两层，对其余高层协议并未制定。不过，在局域网中，由于数据以编址帧（含有地址信息的数据帧）的形式传输，并且不存在立即交换等特点，高层协议对局域网并不重要。实际上个别局域网产品尽管存在高层软件不同，网络操作系统也有差别的问题，但由于低层都采用了IEEE

802IEEE局域网标准协议，几乎所以局域网都可以实现互联。WUHEEIEEE

802标准还为局域网的每个节点规定了一个48位（bit）的全局地址，即“物理”地址。IEEE是世界上局域网全局地址的

法定管理机构，负责分配高24位的地址。世界上所有生产局域网网卡的厂商都必须向IEEE购买高24位组成的地址编码。而低于24位由生产厂商自己决定。WUHEELAN的覆盖范围小，传输时间有限，可简化网络管理。早期的局域网LAN通常使用一种传输技术，即用一条电缆连接所有计算机。其传输速度为10Mb/s，传输延迟为及十毫秒，并且出错率低。新的LAN运行速度更高，可达没秒数百兆位。传输技术实现多条线路连接所有计算机。局域网可以有多种拓扑结构，常见有以下四种：WUHEE（一）总线型拓扑结构总线型拓扑结构是局域网最常用的拓扑结构之一。它是树型拓扑结构的一个特例。它是采用单根传输线作为传输介质，网络上所有的工作站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上，各工作站间的通信可通过公共介质直接进行，如图4-3-6所示。WUHEEWUHEE（二）环型拓扑结构环型拓扑结构是局域网较常用的拓扑结构，如图4-3-7所示。环型拓扑结构是利用若干中继器和通信线路，通过点对点的链路将各个节点首位相连形成一个闭合环。WUHEEWUHEE（三）星型拓扑结构星型拓扑结构是采用中央控制，各个节点都是用点对点的链路接至一个公共的中央节点。各节点间不能相互通信，必须经过中央节点传接。见图4-3-8。WUHEE（四）树型拓扑结构树型拓扑结构实际上是一种分级结构。如图4-3-9所示。其形状像一棵倒地的树，树顶端带分支的节点即为网络的根，每个分支还可延伸出分分支。树型拓扑结构中处于最高位置的节点为根节点，负责网络的控制。树型拓扑结构的优点是扩展容易，路警选择方便。WUHEEWUHEE四、城域网WUHEE城域网又称MAN，基本上是种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。它可以覆盖一组临近的单位或部门和一个城市。可以是私有的也可是公用的。MAN使用一条或两条电缆或光线，并且不包含交换单元，即把分组数据分流到几条可能的引出的电缆设备，可以简化设计。见图4-3-10。WUHEE五、广域网WUHEE广域网称WAN，它是跨越大地域的网络，通常

包含若干省、市、地区，它是运行用户程序的计算机（主机）的集合。主机通过通信子网相互连接，如图4-3-11所示。子网的功能是将信息从一台主机传到另一台主机，通过把网络纯粹通信部分（子网）和应用部分（主机）分开，使整个网络的设计和理解简化许多。WUHEE六、无线网WUHEE七、互联网和因特网（Internet）WUHEE互联网是不同应用目的的计算机组成的网络的简称。也称为互联的网络集合。WUHEE八、国家水利信息网络（一）国家水利信息网络的组成国家水利信息网络的建设分为三个部分就，即全国实时水情计算机广域网、全国防汛计算机网和中国水利信息网。全国实时水情计算机广域网是连接全国水文系统的广域网络，它以传输实时水情为目标；该系统从1994年开始规划试点，到目前已建成了覆盖国家防总、七大流域机构、23个重点防洪省市自治区、8个工程局以及部分地市的全国性网络，并全部投入运行。WUHEE国家水利信息网络的建成和使用彻底改变了传统落后的水情电报工作方式，克服了水情电报一报多发和人工翻译的困难。图4-3-13就是实时水情信息流程，与国家防总和水利部水利信息中心（水文局）相连的有七大流域机构、23个重点防洪省市区的224个水情分中心和3002个中央报汛站。WUHEEWUHEE全国防汛计算机网，是以224个水情分中心和267个旱情分中心为基础的连接国家防办、七大流域机构和31个省市区防汛抗旱部门的计算机网络系统。它是以传输防汛信息为目标，实现防汛抗旱信息的自动交换和共享。连接全国防汛部门的广域网，是国家防汛指挥系统工程的重要组成部分。WUHEE中国水利信息网是一个面向整个水利系统的综合信息网，它是一个包含防汛、水利经济、水利科技、水资源、水质监测、水利教育及办公自动化等诸多信息的统一平台，是水利信息化的基础，是防汛抗旱、办公自动化、水文水资源、水利经济和科技教育等各种应用综合业务网络。国家水利信息网是一个多层次的网络系统，网络分为骨干网、地区网、园区网和部门网四个等级。如图4-3-14所示。WUHEEWUHEE1、骨干网：包括中央网络中心与备用网络、7个流域机构、31个省（区、市）之间的互联网络。2、地区网：包括流域和省（区、市）与所辖的224个水情中心、

196个分中心、7个重点工程管理单位、100座大型水库之间以及流域和省（区、市）之间的互联网络。3、园区网：同一城市异地办公的同级水文、防汛和抗旱部门之间、局域网无法实现连接的网络。4、部门网：中央、流域、省（区、市）及国家水利信息网络系统设计范围内信息分中心的内部局域网。WUHEE（二）国家水利信息网络通信子网水利信息网络骨干网和地区网可供选择的信道资源主要有：中国公用数字数据网（CHIN

ADDN）；中国公用分组交换网（CHINPAC）；中国帧中继网（CHINA

FRN）；综合业务数据网（ISDN）和防汛卫星网。通信子网的计算机网络物理结构如图4-3-15所示。WUHEEWUHEE骨干网中，中央到各流域、重点防洪省（区、市）、备用网络中心，采用CHINAADDN或（CHINAFRN）为主信道，以防汛卫星网高速调制调节器（SCPC）为备用信道；中央到地方非重点防洪省（区、市）采用CHINAPAC和PSTN为主备信道。WUHEE地区网中，中央到重点工程管理单位及水情分中心，采用CHINAPAC为主信道，

以防洪卫星网的TDM/TDMA为备用信道；流域到重点工程管理单位，采用CHINAPAC、PSTN或迂回信道的组网方式；流域和省（区、市）到水情分中心及工情分中心，采用CHINAPAC为主信道；中央到大型水库，采用PSTN和防汛卫星网的拨号方式组网。WUHEE第四节

超短波水文自动测报系统WUHEEF水文自动测报系统是由遥测、通信、计算机技术，完成江河流域降水量、水位、流量、闸门开启等数据的实时采集、报送和处理构成的信息系统。F按水文自动测报系统规模和性质的不同，可分为水文自动测报基本系统和水文自动测报网。

F

水文自动测报基本系统由中心站（包括监测站）、遥测站、信道（包括中继站）组成F水文自动测报网是通过计算机的标准接口和各种信道，把若干个基本系统联接起来，组成进行数据交换的自动测报网络。F水文自动测报系统常采用超短波的通信方式，故称为超短波水文自动测报系统。F超短波通信的特点是信号稳定，通信质量高，缺点是受地形限制，而需要设立中继站。目前是我国水文自动测报系统中的主要通信方式。F

一、系统功能和组成方式F

（一）水文自动测报基本系统F

水文自动测报基本系统的功能框图见图4-4-1所示。WUHEEWUHEEF水文自动测报系统由遥测站、传媒介质（信道）和中心站组成。个部分功能如下：F

1、传感器。完成水文参数的原始测量。F2、编码。包括信源编码和信道编码，存储记录装置一般接在信源编码的输出端。F信源编码是在一定保真条件下，将水文参数变成数字信号，并解除信号间的内在联系，压缩原始信号的信息量；F信道编码是将信源编码器输出的数据信号转换成符合一定规则的数码，以达到适于信道传输。WUHEEF3、解码。是编码过程的逆变换。信道解码是根据信道编码规则，将收到的信道码变换为信源码。信源解码是将信源码复原为水文参数。F4、调制和解调。为了将编码器输出的数字信号送到远方的收信点，必须对所有载波进行某种调制后才能传输信息。F调制器的作用是把数字信号变成适合于信道传输的载波信号；解调器则是把接收到的已调载波信号恢复成数字信号。WUHEEF

5、信道。包括传输电信号的媒质和通信设备。在传输过程中对数据通信有两方面的影响，即信号本身传输特性的影响和外界干扰的影响。F6、传输控制。对数据的发送和接收全过程进行时序和路径控制。F7、差错控制。是对发现和纠正数据在传输过程中的发生差错的控制。F8、报警。当出现水文参数超过警戒值、设备故障等异常情况时发出警报信号。F9、数据处理。包括对水文数据进行合理性检查、整理、打印、存贮，进行预备和调度等。WUHEEF

（二）水文自动测报网F水文自动测报网是基本系统中心站作为节点，通过中心站计算机系统（DTE）的标准接口、数据通信设备（DCE）、信道和数据交换设备（DSE），把这些基本系统和上级中心站联接起来组成的数据通信网，如图4-4-2所示。F该通信网在网络软件的支持下，把各个基本系统收集到的遥测数据迅速地传送给网内的防汛和水利管理部门，满足共享信息的要求。WUHEEWUHEEF

（三）水文自动测报系统组成方式F系统通常由遥测站、传输媒质（信道，包括中继站）、中心站组成。若各个遥测站距中心站不远（50~100km），或无山地阻挡，信道中间可不设中继站；若各个遥测站距中心站很远（一般大于50~100km），或有山地阻挡，不能直接通信，需要设立一个或多个中继站。因此遥测侵站、中继站、中心站有多种组合方式。F图4-4-3为丹江口水库水文自动测报系统组成框图。WUHEEWUHEEF

1、遥测站~中心站F如果中心站和遥测站之间距离较近或中间无山地阻挡，中心站和遥测站可以直接传输信息。F

2、遥测站~中继站~中心站F当中心站和遥测站之间距离较远或中间有山地阻挡，需加中继站。F3、遥测站~中继站1~中继站2~…中继站n

~中心站F当一级中继不能满足信息传输情况下，可设多级中继站。WUHEE二、遥测站水文自动测报系统目前主要是采集降雨量和水位两个参数。流量参数通常是在计算机实时数据处理中由水位值转换而来。对其他水文参数，需要时可另由人工置数方法通过信道传送给中心站。WUHEE（一）遥测站的基本功能1、从传感器中自动采集水情信号（采集）；2、将水情信号变换为水情信息（信源编码）；3、进行信道编码和载波调制，形成适于信道电路传输的数据信号码（信道编码和调制）。4、按一定通信格式和规约将水情信息发送出去（数据处理和发送）。5、遥测站一般还应具有人工置数的功能，必要时可将人工置入的多种非自动采集的水文参数发送给中心站。WUHEE（二）遥测站网布设的论证雨量和水位的遥测站网的布设是建设水文自动测报系统首先涉及的问题。其实质是要在控制的区域或流域的雨情、水情在保证洪水预报精度的前提下，以最经济的系统规模和投资了布设遥测站点。1、为了保证水文资料的连续性，尽可能减少组建通信网的困难，对已有的水文站一般不得变更其位置；2、所设代表性雨量站，可按既满足通信要求，又能取得代表性较好的雨量资料1原则，调整其位置；WUHEE3、对于既有代表性的雨量站，又能控制雨量长期变化规律的基本站，如果通信条件很差，允许另建一遥测站满足水文预报要求；4、无人值守、委托管理的遥测站，要尽可能靠近居民点、交通方便，便于维护管理。WUHEEF

雨量站点设置的论证方法：F

（1）主要是采用抽站法作面雨量对比分析。包括大、中、小具有代表性的暴雨资料进行统计分析面雨量误差。（等值线图法或加权平均法）；F（2）同时采用本流域（区域）的产汇流方案，分析计算洪峰流量的误差；F（3）缺乏或无历史资料的地区和流域，可考虑暴雨特性相似的流域或地区，并结合当地综合的暴雨等值线图，分析确定遥测站点的布设位置。WUHEEF遥测雨量站点布设与洪水预报模型的匹配问题。F不同的洪水预报模型对遥测雨量站点的布设要求是不同的。F有的模型对雨量以雨量作为主要输入，则要求有更多的站点了控制雨量；F有的模型对雨量资料只要求一定数量分布均匀的雨量站控制面雨量，起雨量误差可通过实时校正来弥补；F

有的模型可更多的依赖水位站的控制。F根据历史暴雨洪水资料才洪水预报模型进行场次洪水计算与实测洪水对比分析。WUHEE对遥测水位站点的布设，要重点考虑系统所在流域和地区的河段情况。若以河网汇流为主，则站网以控制干流和主要支流来水的遥测水位站为主，只布设少量的流域遥测雨量站；若流域位于暴雨区，河道洪水径流以上游降雨产汇流为主，且工程控制运用又要求有足够成的预见期，则应考虑布设较多的有代表性遥测站，并重点探讨流域上遥测雨量站的多少及其分别对预报精度和有效预见期的影响，并且要对不同站网组合下的暴雨洪水的拟合精度作定量计算，以达到用最少的站点获得最大的预报效益。WUHEEF为了能控制水库上游来水，应选择在库区各主要控制站增加遥测水位站，同时应考虑尽量在原有测站附近或在同一地点布设遥测水位站，以保持水文资料的连续性，另外，为满足工程运行的需要，应该布设坝上水库水位和坝下尾水遥测站。WUHEEF在站网布设中，站网密度不是一个绝对指标，按防洪要求和预报精度，大体上有一个数量范围。F从我国已建成的一些水文自动测报系统看，站网密度多在250~600km2/站。且站网密度往往与系统所控制的面积相关，系统控制面积愈大，单个站的控制面积愈大（展望密度较低）。F例如，上犹江系统控制面积为2700km2，设置站点8个，站网密度为338km2/站；凤滩系统控制面积为19500km2，设置站点36个，站网密度为520km2/站；而万安系统控制面积为33000km2，设置站点55个，站网密度为600km2/站。F总体上我国自动测报的站网密度比国外要低得多。日本的站网密度达50km2/站。WUHEEF

（三）自动测报体制F

遥测站应根据功能要求和管理维护力量，电源、交通、信道质量等条件，按经济合理、便于维护的要求，可选用自报式、查询—应答式或混合式的工作体制。WUHEEF

1、自报式自报式分为定时报和增量报两种。定时报是按规定的时间间隔将所测的水文参数自动向中心站发送一次数据。增量报是当被测水文参数发生一个规定的增减量变化时（如水位涨落1cm，雨量增加1mm），自动向中心站发送一次数据。自报式体制的工作流程如图4-4-4所示。WUHEEF自报式遥测站只配发信机，相应中心站也只配接收机，中继站采用存贮再生式方式，也只配单工电台即可。使整个系统信道简单，设备简化，成本也低。WUHEEF

2、查询—应答式F

由中心站自动定时或随时呼叫遥测站，

遥测站响应中心站的查询，实时采集水

文数据并发送中心站。定时自动巡测的

时间间隔，看根据数据处理怀念预报作

业的需要，在15分种和0.5、1、3、6、12小时等档次中选择。WUHEEF查询—应答式遥测站是双向的数据传输系统，一般用在比较重要的测站。查询—应答式体制的工作流程如图4-4-5所示。WUHEEF

3、混合式F它是由自报式和查询—应答式两种方式组成的遥测站，功能齐全，常用在重要的水文站和水库站。WUHEEF

四、遥测传感器F传感器的功能是获取信息，并将信息转换成便于传输系统传输的信号。水文自动测报系统中的采集雨量、水位的设备称为遥测雨量计、遥测水文计。WUHEEF

1、遥测雨量计F遥测雨量计普遍采用翻斗式雨量计。它是由水漏斗、翻斗和轴承等机械部分及磁钢和舌簧管等电器部分组成。F降水经过进水漏斗流如翻斗，当水量达到定值后，引起翻斗翻转，并由磁钢磁吸合（或释放），舌簧管产生一个通电信号，此信电号作为数据脉冲。接着由翻斗另一边盛水作下一次计量翻转。F

我国的遥测雨量计的承雨器口直径为200mm。F美国遥测雨量计的承雨器口直径为300mm，最小分辨率为1mm，精度为3%。见下图。WUHEEWUHEEF目前比较先进的是雨量遥测系统。由以下三部分组成：F１、雨量传感器；２、传输系统；３、终端接收处理系统。F

下面着重介绍重庆华正水文仪器有限公司（原重庆水文仪器厂）的产品：F

（１）ＪＤＺ（０２）型、（０５）型雨量传F

承雨器口径为２０ｍｍ，分辨率为０.５ｍｍ０.２ｍｍ）两种。WUHEEF工作原理：单翻斗式结构，雨水集入小漏斗+全方向虹吸附件，翻斗翻转时带动磁钢吸合舌簧，发出断信号并传给纪录、发送系统。F

翻斗计量误差≤4%，F

测量降雨强度范围为0.01～4.0mm/min（分钟）F

工作范围为-100C～+500C。F

（２）ＪＤＺ——１型数字雨量计（存储式）F

纪录时间：≥90天；F

分辨率为0.1mm；F

纪录方式：显示、打印、存储；F

存储容量:32k。WUHEEWUHEEF

遥测水位计F遥测水位计的种类很多。目前常用的有浮子式和压力式两种。F

浮子式水位计由浮子、平衡重锤、绳索、比例轮及编码器等主要部件组成。F浮子随水位变化做上、下运动，并经绳索带动水位比例轮产生圆周运动，即将直线位移量转换为角位移量。水位轮带动同轴的角编码器产生数据编码输出。F

浮子水位计测量范围为0~10m左右。WUHEEF浮子式水位计又有机械编码式和光电编码式水位计两种。F机械编码器由码盘和开关等部件组成，作为浮子式的数字编码输出。F光电编码器是非接触式的，它由光源、码盘和光电敏感元件组成，作为浮子式的数字编码输出。F

见图4-4-7和图4-4-8示意图。WUHEEF压力式水位计利用固态压阻压力传感器了测量静水压力，实现测量水深的目的。F传感器零点高程加上被测水深就是该处的水位。F

固态压阻压力传感器是由单晶硅膜片和

电阻条制成的硅压阻芯片构成，其中单

晶硅膜片受力后，电阻率发生变化（即压阻效应），利用这种压阻效应了测量

静水压力。见图4-4-9是美国生产的Model4101型压力式水文计外形图。WUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEF

我国最新遥测水位计产品F

1、简介FWPH-3型遥测水位计，是集现代数字遥测水位计与传统模拟水位计于一体的新一代电子遥测设备，我们在大家熟悉的40日记水位计的基础上增加了光电信号传感器、智能数据采集仪、无线数据传输装置、服务器和客户端软件、太阳能电池供电等，比较好的给我们使用40日记水位计的用户提供了一种把传统仪器和现代遥测技术结合于一体的解决方案，WPH-3型遥测水位计即能实现原来传统的模拟水位记录存储功能，又能实现水位数据的数字化和网络化。WUHEEF

2主要技术指标WUHEEF

2.1分辩力：0.5厘米。F

2.2水位变幅：10米。F

2.3水位测量精度：10米≤2厘米。F

2.4适应水位变率：≤50cm/min。F

2.5工作方式：F

2.5.1定时1小时存储一次当前水位数据。F

2.5.2在水位变幅超过规定值3厘米（用户可以远程修改设定，范围：2～99厘米）时，5分钟存储一次当前水位。F

2.6电源（二选一）：F

2.6.1太阳能电池供电，配备16Ah/6V蓄电池和12W太阳能电池板。F

2.6.2交流220V。F

2.7浮筒直径φ200（适用测井直径≥300毫米）。F

2.8不锈钢丝绳长：12米。F

2.9环境温度：-5℃~50℃（水面不结冰）。F

2.10相对湿度：≤90%。F

3特点：F3.1使用GPRS/GSM网络成本低，无维护成本，可靠性高、覆盖面广。F

3.2水位数据多重备份，可确保数据可靠存储。

F3.3数据中心站投资少：一台能上网的有IP地址的计算机即可组成数据监测中心，也可使用重庆华正公司的服务器。F3.4凡是能上网的计算机经授权安装了客户端软件后都能查看所有不同时段的水位资料，软件还能自动输出各种专业的成果报表。F可远程修改水位报警上下限、水位变化加报门限，自报间隔等参数。WUHEEWUHEE三、信道与中继站F在基本系统中，超短波通信是数据传输的主要方式，但应充分利用已有的通信线路（如邮电通信网、已设报汛电台）。整个系统可以用单一通信方式组网，也可以用几种通信方式混合组网。WUHEEF按着国家无线电管理委员会的规定，在超短波频段，水情测报专用频率（单位：MHz）为：F

单工：228.425F238.600228.575228.800F

双工:主台发射频率属台发射频率F231.050224.050F231.250224.250F231.750224.750F231.800224.800F一般情况下应尽量选择以上水情频率。如果选用其他频率应向国家无线电管理委员会申请。系统畅通率（正确数据的遥测站数n与总遥测站数N之比）应大于

90%。信道的数据传输速率在300、600、1200bit/s档次中选择。一般可选用300bit/s，如果数据传输量较大，应在保证可靠的前提下，选用较高的频率。数据传输的误码率应小于10-3。WUHEEF系统的数据传输在同一站内相距较近的设备间可采用基带传输，相距很远的站点间通信采用数字调制信号传输。对于超短波通信，调制方式宜采用移频键控（FSK）制，并根据传输速率按着下列要求选择副载波频率：WUHEEF

300bit/s

传号 980Hz

空号1180HzF

或 传号

1650Hz

空号1850HzF

600bit/s传号1300Hz空号1700HzF

300bit/s

传号 1300Hz

空号2100Hz在水文自动测报系统中，除少数测区和平原地区情况外，一般都需要设置中继站，以便进行数据信号的竭力传送。因系统体制不同，中继站的功能也各不相同。在自报式系统体制下，中继站只接收遥测站或下一级中继站转发的数据信息并进行转发，这种中继站有的可不进行信令信号处理；查询—应答式系统体制的中继站，是按着信令信号对遥测站（或经下一级中继站）进行数据信号的遥测和转发。WUHEEF

中继形式分为模拟中继和再生中继两种。F模拟中继不进行信号处理，只是将模拟信号转发；F再生中继需要进行信号的调制解调，即首先将模拟信号解调为数字信号，并做纠检错处理，再重新进行信道编码，最后将其调制成模拟信号转发出去。F在多级中继时，为避免噪音积累，一般宜采用再生中续式，需要话音通信时才转换为模拟中继方式。F

中继站一般都应具备以下基本功能：WUHEEF

中继站的基本功能是：F1、识别和接收遥测信号（在查询—应答式体制中，还要识别接收信令信号）；F

2、基本模拟/再生中继站转发功能；F3、按中继站的设计要求不同，可相应要求具备多种数据类型（定长或不定长）、多种数据形式（单组或多组数据）及中继方式（立即或存储）等功能中全部或其中某些功能；F

4、具备数据显示功能和自检功能；F

5、具备欠压及故障警告功能。WUHEE中继站的选址是通信网设计的主要环节，站址的选择原则如下：必须能满足中继信号的信道指标；具有一定的覆盖面，尽可能降低中继级数，减少中继站的数量（系统的中继级数，一般不宜超过3级）；在满足信道指标要求的前提下，尽可能使所在地交通方便。中继站的硬件部分由单片机测控系统（包括调制解调部分）、通信机（包括电台、天线、馈线）部分、供电部分（包括太阳能电池及蓄电池等）组成，见图4-4-10所示。WUHEEWUHEE四、中心站中心站也即数据收集执行，它将遥测站采集和发送的数据信号接收下来，并与遥测站的工作流程相反，即先解调，再解码，使其还原为水文数据，再进行处理、存储，并能查询、检索和显示。中心站的设备包括前置机系统、中心计算机系统和电源三部分。前置通信控制机（简称前置机）和收发信机、天馈线、调制解调器共同组成中心站的前置机系统。作为中心站的值班机完成数据的实时接收、暂存和预处理，并将结果输入到中心计算机。同时，它可随时召测（包括巡测和点测）系统中查询—应答式遥测站的数据，对接收的数据能进行检错、纠错以及具有超限报警功能WUHEEF

国内大多数水文自动测报系统已逐渐由

单一系统发展为一个开放的系统，即建

成了一个计算机网络，进行信息传输、

交换，实现资源共享。图4-4-11为湖南资水流域超短波水情欣喜收集网络示意图，其中包括拓溪水情自动测报系统和其下游马迹塘水情自动测报系统的梯级防洪调度网络，两个系统与长沙水文总站互联，可以进行信息传输、交换，实现资源共享。WUHEEWUHEE第五节卫星数据采集与传输系统WUHEEF自1957年第一棵人造卫星发射成功以来，各种不同用途的卫星普遍进入实际应用阶段。除军事侦察卫星外，卫星的主要业务分为以下三种：陆地卫星、海洋卫星和气象卫星等。前两种主要用于全球资源和环境调查，后一种卫星主要用于全球或局部的气象资料。各种卫星系列均有星载数据收集装置（DCS），接收分散在各地的无人管理的数据收集平台（DCP）所收集的资料，以卫星为中继站，及时转发给地面接收站。F卫星数据采集与传输系统，实质上是用卫星代替水文遥测系统中的地面中继站。F将中继站的通信设备移到卫星上去，就相当于把中继站的天线架高，增加了视线距离的范围。因而可以卫星的中继进行远距离的通信。WUHEEF

卫星上都装有数据转发器和平台定位系统。F它能够收集和转发观测平台所采集的水文气象信息。F

卫星数据接收系统（

Data

Collection

System），是一个遥测系统，它由一个或几个地球轨道卫星把来自观测站网所采集的数据和信息传输给一个或多个地面接收站。观测站网称为数据收集平台（

Data

CollectionPlatform—DCP）F因此，卫星数据采集与传输系统由三部分组成，即数据收集平台、数据中继卫星、地面站及用户站。WUHEEF

一、数据收集平台（

DCP

）F数据收集平台就是遥测站。是一种计算机化、模块化、多功能数据采集系统，能接收数字或模拟信息信号输入，便于多种传感器接口。它的运行功耗低，可以用普通电池或太阳能电池工作。DCP体积很小，一般在0.02~0.05m3，且带有坚硬的外壳，保护其内部仪器不受周围环境和人类活动影响，便于安装在任何可以达到的固定或移动的测点上，可在任何恶劣天气情况下进行工作。只要是传感器允许，可长期无人值守地连续运行。F

DCP根据其功能可分为四种类型：WUHEEF

（一）综合型平台F该平台功能最全可以自动收集水文、气象信息，并定时或由变量控制向中继卫星播发水文、气象实时信息，也能接收中继卫星的询问，还可以要求紧急发报告警、拍发电报、自动打印和记录。这种平台复杂、价格昂贵。可用于有人管理的重点水情站和大中气象站。WUHEEF

（二）定时型平台F也即自报式平台，可以自动收集水文、气象信息，并定时向中继卫星播发。该型平台因其功耗较低，可以用普通电池或太阳能电池供电。这种平台结构简单，便于安装，价格低廉，无需人值守，适用于边远地区及交通不便、人烟稀少的地区。WUHEEF

（三）询问型平台F该型平台除具有定型平台的功能外，还能够巡测、遥测。但煤油综合型平台的紧急发报告警、自动打印记录、拍发电报等功能。因其价格适中，适用于水文、气象的敏感地区，如主要的水情站、台风暴雨形成区、重要设施和工程地段（如大型水电站、内陆铁路沿线）等。WUHEEF

（四）活动型平台F前三种属于固定地点平台。而活动型平台适用于水文勘测、水文调查、巡回观测和其他移动式观测；也适用于气象上的船舶站、浮标站。它可以是定型的，也可以是询问型或综合型的。这种类型的平台天线设计要求较高。WUHEEF

二、数据中继卫星F

数据中继卫星有两种：极轨卫星和地球静止卫星。F

（一）极轨卫星F

卫星运行轨道与地球赤道平面之间夹角（倾角）近似

90，轨道高度500~1000km，因其轨道通过地区南北

两极，故称为极轨卫星。又称太阳同步卫星（卫星经过各地与当地的地方时间相同）。F

目前实施的阿高斯（

ARGOS）系统即是一个极轨卫

星进行环境信息采集、传输和处理的系统，该系统主要用于水文、气象、海洋、森林等部门的环境研究，进行地面或海洋目标信息的自动收集、跟踪定位和处理。ARGOS系统是由NOAA卫星、数据收集平台和地面接收、处理中心三部分组成。WUHEEF

1、目前运行于南北两上空极轨道的卫星是

NOAA13、NOAA14，运行周期是101分钟，轨道高度850km，一颗位于北极上空，另一颗位于南极上空。F卫星绕地球一周，轨道通过地面轨迹偏西移动250，并形成5000km的一条带状区。一日内，在赤道地区可以有6~8次看到卫星，南北纬300地区有8~12次，而南北纬600地区有

10~12次，能看到卫星。WUHEE卫星上的数据接收系统（DCS）将分布在各地的DCP水文气象等数据收集并转发给地面站（LES）。其上行频率为401,650MHz,下行频率为136.77MHz和137.77MHz。其工作方式有3种：①随机通信系统，数据平台按几分钟固定时间间隔连续不断地向空中发射“数据群”，当极轨卫星进入DCP范

围之内时，接收其数据并转发给地面；②定时通信系统，按规定的时间发射，此时卫星必须经过

DCP上空，完成中继任务；③询问通信系统，当卫星位于DCP上空时，发生出询问信号，由DCP将数据发射给卫星中转。分布在全球范围的数据收集平台（

DCP）。设在法国图鲁兹（TOULOUSE）的地面接收、处理中心和在美国的分中心。WUHEEF

（二）静止卫星F

静止卫星夜称地球同步卫星和同步静止卫星。它的运行轨道平面为地球赤道平面，轨道高度36000km，绕地球飞行一周为24小时。即卫星在赤道平面上绕地球飞行的角速度和地球自转的角速度相等。在地球上任何一点看同步卫星好象“静止不动”。F地球上有40%的地区可以看到同一颗静止卫星。F三颗静止卫星可以覆盖除南北极以外的整个地球表面。WUHEEF

（三）卫星通信系统F了使DCP与LES联系畅通，通信系统是卫星的主体，也称空间转发器。其作用是接收、放大信号并再次发射，实际上是一部高灵敏度的宽频带的收发设备。F卫星通信系统的要求是：工作可靠、稳定，能用最小的附加噪声和失真来放大和转发输入信号；如果转发的输入、输出信号工作在同一频段，那么上行频率和下行频率应取不同的数值，以便达到足够的隔离。即空间转发器内还应设置变频转换器。WUHEEF卫星上除了通信系统外，为了掌握星内各种设备工作情况，卫星上还应装备能测量各种参数并把数据传回地面的遥测设备。F

因此卫星上应包括通信系统、天线系统、遥测指令系统、控制系统和电源系统等装置。WUHEEF

三、地面站及用户站F地面站（LES）又称中心地面站。它具有综合性功能，除具有接收DCP（数据接收平台）的数据外，还接收、发送其他信息，如测距信息、卫星工程系统的遥测信息等卫星运行的各种参数和控制信息。LES还是一个数据处理中心，将处理好的数据再由卫星转发给用户，或将处理好的数据直接为用户服务等。F

及用户站WUHEE四、我国的卫星数据采集与传输系统用卫星传输水文信息的许多优点是：传输距离远，覆盖面积大，传输容量大；传输质量好，可靠性高；不受环境和天气的影响；整个系统建设周期短，投资和维修费用低。因此，许多国家都直接走用卫星传输水文信息的道路。WUHEE（一）气象卫星数据采集与传输系统1988年19月7日我国发射了一颗极轨气象卫星风云1号，1990年9月3日发射了FY-1B的备用卫星。1999年5月19日发射了FY-1C来代替FY-1B的工作。实时资料的传输采用与美国NOOAA卫星兼容的体制，即能接收NOOAA卫星资料，

又能接收FY-1卫星资料。1997年6月10日我国风云2号（FY-2）发射成功，定点在东经1050。这样就健全了我国自己的卫星数据采集与传输系统。WUHEEF

两种卫星各有所长。F极地卫星可以实现全球观测，分辨率高；但观测次数少，每天仅1~2次，不利于动态分析，并且相邻两条轨道的资料不在同一时刻，对资料利用不利。F静止卫星观测范围为地球表面的1/3，并且30分钟可提供一次资料，便于连续监测天气变化情况；不足之处是观测不到南北两极，且分辨率低。WUHEE气象卫星上一般装有两种探测仪器：①多光谱辐射计，一般有可见光、红外光等几个通道，主要提供可见光云图、红外云图；②垂直探测仪，主要探测垂直方向上的温度、湿度等。气象卫星上还装有一套数据采集和传输系统，该系统有一个地面接收中心（北京）和31个分中心（流域机构所在地、各省会城市），3000个测站平台，保证在特大洪水和任何恶劣天气发生时，在30~60分钟内准确收集水文数据和发布洪水预报，10分钟内发布水情预报。WUHEE（二）Inmarsat—C自动水情测报系统WUHEEFInmarsat

（海事卫星）系统创建初期，旨在为海上用户卫星通信服务，目前已发展成为世界上

对海、陆、空移动体提供静止卫星通信的唯一

系统。Inmarsat卫星通信系统是由Inmarsat国际移动卫星组织（原名海事卫星组织）所提供的

一种移动终端卫星通信系统。无论在何处都可

使用便携式移动终端，通过同步通信卫星和地

面站，经通信网中转进行全球范围内通信。FInmarsat目前已有约80个成员国，我国是创始成员之一，在北京开通了海事卫星地面站，移动

终端海上、航空和其他各地，进行有效可靠的

通信服务。F

Inmarsat在赤道上空约35700km高度布设了11颗卫星，分别在太平洋、印度洋、大西洋东区和大西洋西区四个区域，其中4颗运营，其于备用。F系统所有用的用户卫星通信移动终端已从模拟船载移动终端Inmarsat—A发展为数字船载移动终端Inmarsat—B，及车载移动终端Inmarsat—M和数字移动终端

Inmarsat—C，还发展了机载移动终端

Inmarsat—AREO。WUHEEWUHEEFInmarsat—C组成的监、测、控系统开始在水情自动测报中系统中应用。FInmarsat—C水情自动测报系统由终端站和中心站组成，如下图所示。F终端站由传感器、遥测终端机、Inmarsat—C遥测终端转换器及Inmarsat—C终端设备组成。其过程是遥测终端机把自动采集的雨量、水位信息通过基带信号传送给Inmarsat—C遥测终端转换器进行数据存储，再通过协议转换把数据按规定格式传给Inmarsat—C站发送出去，同时，Inmarsat—C站也要接收由中心\站发来的信息，并传给Inmarsat—C遥测终端转换器，进行命令、修改参数等工作。F中心站由Inmarsat—C站和计算机组成。工作过程是中心计算机通过Inmarsat—C站接收和发送数据，进行数据处理存储、参数预置、命令等任务。WUHEE（三）

VSAT水情自动测报系统VSAT系统的英文全称是Very

ApertureTerminal，即甚小天线地球站。VSAT卫星通信系统由主控站（地面站）、小型站（又称小站或远程终端站）和卫星转发器组成。对于水情自动测报系统，主控站即中心站，小型站即遥测站，卫星转发器可以应用任何的同步卫星。我国的VSAT水情自动测报系统使用的是“亚洲2号通信卫星”。WUHEEF该项业务目前由北京盖达卫星通信网络有限公司经营，它是水利部、以色列吉来特卫星网络有限公司、加拿大塞纳西电信开发公司联合组建。现已建成南京、常州、浙江、河北等地水情自动测报系统，还有龚嘴水电站水情自动测报系统（见下图4-5-2所示），该系统采用自报式工作体制。WUHEEWUHEEFVSAT水情自动测报系统的组成和工作方式与Inmarsat—C相似。F

VSAT的小型站由终端机和各种传感器及其

相应的测控单元等部件组成水情自动测报系统的遥测站。主控站由终端机和中央处理器等设备组成水情自动测报系统的中心站。F遥测站可按设定的时间间隔和按设定的监测参数的增量和变化自动向中心站发送监测数据，中心站也可向遥测站索取数据或发布控制命令。WUHEEFVSAT与Inmarsat—C相比，其最大优点是具有通话功能，且数据速率较高。可用于需要通话联系的测报系统中。F而Inmarsat—C优点是天线小，功耗低，无雨衰。可用于无需语言通信的系统中。WUHEE第六节

雷达测雨及雷达—水情自动测报综合系统WUHEE雷达是微薄遥感的一种类型。它是向空间发射电磁波，并检测经目标反射的回波，以识别目标的位置和运动状态。（又称主动遥感）。雷达探测降水的思想是1941年提出的，1959年L。J巴

坦(Battan)在芝加哥提出了雷达气象学.现在世界各国都先后建立了雷达气象观测系统,并在气象雷达中采

用了信号处理\计算机、图象和数字显示等先进技术，在气象预报方面发挥了它的实用价值，成为降水测定和降水预报的有利工具。F我国目前水情自动测报系统中的雨量站网密度较下，站网间距很大，特别是大暴雨的降雨分布很不均匀，对准确计算区域平均雨量影响较大。F雷达测雨的定量精度虽然不够高，但对大范围的测报区域可实时提供暴雨的时、空变化的降雨资料，尤其是对雨强的变化和区域雨量的估算及暴雨预报等方面发挥主要作用。F将自动测报系统的雨量站点和气象雷达组成联合系统，用较少的自动测报雨量站点测得的雨量值对雷达测雨进行订正，反过来用雷达测雨值来补充测区的面雨量值，这样互为校补，可达到比较满意效果。WUHEE一、气象雷达工作原理WUHEEF雷达的工作原理是利用微波的反射作用来对目标进行探测。F利用微波的方向性来测定目标的方位角和高度角；F

利用微波的速度来测定目标的距离；F利用微波的多谱勒效应来测量目标的运动速度。F

图4-5-1所示，为雷达工作原理示意图。WUHEEF发射机通过天线发射射频电磁波（发射脉冲），当电磁波能被目标阻截时，一部分能量被反射回到天线（称脉冲回波），被接收机放大，由记录器记录显示。接收到信号的强弱，反映目标本身的特性，而电磁波在雷达和目标之间传播所需要的时间，则反映了目标的相对位置，从而实现了对目标的探测和定位。F在大多数雷达中，发射都采用发射时间极短（1μm）的无线电脉冲，这种脉冲的发射频率叫“脉冲重复频率”。雷达的最大探测距离D等于两个脉冲之间的时间间隔△t乘以光速C，即F

D=1/2

×△t

×

C （4-6-1）F

式中C=3×1010

cm/s。WUHEEF雷达波像手电筒个光束一样，可将它聚成一个很窄的波束，从而具有方向性。8图4-6-2中可以看出，自站O向目标K发射的雷达波，雷达

波的波束OK与它在水平面的投影OM之间的夹

角可以确定，这就是高低角（∠KOM

）；同时，投影线OM与坐标方向（正北方向）线的

ON的夹角也可以确定，这就是方位角（

∠（NOM

）。有了目标的方位角和高低角既可确

定目标的空间位置。WUHEEWUHEEF对于运动的目标，当雷达发射的电磁波被有径向运动的目标散射形成回波，由雷达天线接收时，接收频率发生了变化，即产生了频移，称之为多谱勒频移，相应这种现象称多谱勒效应。根据该理论，可以测出多谱勒频移fD，如果雷达波长用λ表示，则目标的径向速度υr为：WUHEEF

fD

=2

υr/

λ（4-6-2）F

当目标逆雷达运动时（

υr

＞0

），则回波频率大于发射频率（

fD

＞0

）。反之，当目标朝向雷达运动时，则回波频率小于发射频率（

fD

＞0WUHEE）。当目标移动不在波束方向上时，径向速度υr与目标真实速度υ的关系为F

υr=υrcosθ（4-6-3）F式中θ为目标运动方向与波束方向的夹角。因此，只要测得多谱勒频移fD，就可以确定目标相对雷达的运动速度和方向。F

气象雷达的工作频率内一般在微波波段WUHEE，分为：F

Ka

（波长0.8~1.1cm）,F

K（波长1.1~1.7cm）,

F

Kυ（波长1.7~2.4cm）,F

X（波长2.4~3.8cm）,

F

C（波长3.8~7.5cm）,

F

S（波长7.5~15.0cm）,F

L（波长15.0~30.0cm）,F

P（波长30.0~100.0cm）,F雷达的探测能力与波长有密切关系，一般来数，需要探测的微粒越小，需要的波长越短。F雷达测雨主要用于大范围的降水量，可以适当选择波长使其后向散射的能量大一些，以便估算降雨量的大小。一般测雨雷达选用的波长为3.2cm、5.2cm和10.0cm。主要视雨滴大小而定。F雷达测雨的范围：一般在半径200km的范围