一、水文信息采集傳輸與通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)  
  水文測驗(yàn)的主要任務(wù)是測定江河湖庫降雨量、水位、流量等水文要素自然變化情況，它是一項(xiàng)基礎(chǔ)和前期工作，是防汛抗旱的耳目和參謀，其質(zhì)量和精度將直接影響水情信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，影響對防汛抗旱決策的科學(xué)性、加強(qiáng)報(bào)汛站測報(bào)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強(qiáng)化水情信息采集、傳輸?shù)墓ぷ�，提高水情測報(bào)質(zhì)量成為當(dāng)務(wù)之急。  
1 、 總體功能要求  
   （ 1 ）水文分中心正確接收一次所屬全部遙測站的所有水文參數(shù)的時(shí)間不超過 20 分鐘，執(zhí)行一次區(qū)域遙測站數(shù)據(jù)采集并完成數(shù)據(jù)傳輸、處理、入庫的時(shí)間不超過 20 分鐘。  
   （ 2 ）工作方式：自報(bào)方式、應(yīng)答方式和自報(bào)一應(yīng)答方式，三種工作模式在系統(tǒng)中可同時(shí)混合進(jìn)行。  
   （ 3 ）自動采集水位、降水?dāng)?shù)據(jù)，定時(shí)、適時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可長期在站存儲。  
   （ 4 ）各項(xiàng)設(shè)備要符合結(jié)構(gòu)簡單、可靠、低功耗的原則；所有遙測站都能在無人值守的條件下工作。  
   （ 5 ）能長期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下可靠地工作應(yīng)避免因分中心站出現(xiàn)故障而丟失水文數(shù)據(jù)。  
   （ 6 ）系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送時(shí)鐘同步信號，全系統(tǒng)時(shí)鐘同步。  
   （ 7 ）非法數(shù)據(jù)告警及設(shè)備故障告警。  
   （ 8 ）通信暢通率應(yīng)＞ 98 ％，系統(tǒng)誤碼率小于 6 X 10 ˉ 5 。  
   （ 9 ）能與其它有關(guān)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。  
   （ 10 ）系統(tǒng) MTBF ＞ 20000 小時(shí)。  
   （ 11 ）俱有可靠的防雷措施。  
   （ 12 ）采用有線程控電話單站數(shù)據(jù)采集時(shí)間應(yīng)小于 40 秒。  
2 、水文信息采集方式  
  由于傳統(tǒng)的水位、雨量數(shù)據(jù)采集設(shè)備無法滿足遙測系統(tǒng)的需要，必須進(jìn)行更新或改造，實(shí)現(xiàn)水文信息的數(shù)字化、自動采集、長期自動存貯以適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字通訊和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用要求。  
  水文遙測系統(tǒng)的建設(shè)；確定三種信息采集方式：雨量采集方式、水位采集方式、流量采集方式。  
3 、系統(tǒng)通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)  
（ 1 ）、現(xiàn)有通信資源情況  
  轄區(qū)范圍內(nèi)可利用的通信資源有：  
1 、程控電話交換網(wǎng) PSTN 資源。 PSTN （ Public Switching Telephone Network ）是一種具有適用范圍廣、設(shè)備簡單、高可靠性、組網(wǎng)靈活、成本低、維護(hù)方便等優(yōu)勢的新型通信傳輸手段，是國家防汛指揮系統(tǒng)推薦通信信道之一。其缺點(diǎn)是：需要系統(tǒng)運(yùn)行通話費(fèi)用，運(yùn)行本較高，若增加發(fā)送數(shù)據(jù)間隔時(shí)間，則又不能及時(shí)實(shí)時(shí)地反映站點(diǎn)的水雨情數(shù)據(jù)。目前各報(bào)汛站均有安裝程控電話的條件。  
2 、無線移動通信 (GPRS 和手機(jī) GMS 短信）資源。無線移動通信網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定可靠、覆蓋面較廣、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)、通信費(fèi)用低、不受地域限制的優(yōu)點(diǎn)，其最大的好處是設(shè)備體積小；安裝在室內(nèi)，沒有引雷部件，不需要作防雷處理。具體包括：①先進(jìn)性，隨著移動通訊技的發(fā)展，如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基于分組的 GPRS 通訊；并且繼續(xù)向 3G 方向發(fā)展。③可靠性，作為商用的電信運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，其可靠性相當(dāng)高，信息發(fā)送和接收安全可靠，不會丟失。③實(shí)用性， GSM 作為一個成熟實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)能滿足用戶需求，實(shí)現(xiàn)資源共享，信息交流。④經(jīng)濟(jì)性，首先，采用移動通訊方式在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上不需要投入，也不用租用通信線路、其次，通訊費(fèi)用低， GPRS 只有產(chǎn)生通信流量時(shí)才計(jì)費(fèi)； GMS 短消息發(fā)送一條信息的費(fèi)用為 0 。 1 元，接收者不收費(fèi)。因此它在水文數(shù)據(jù)傳輸通信方面可以被認(rèn)為是一種首選的通信方式。缺點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限。目前我市中央報(bào)汛站全部處于移動通信覆蓋區(qū)，地方報(bào)汛站在鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級及周邊一帶的也可利用移動通信。  
3 、超短波資源、 UHF ／ VHF 頻段超短波是一種地面可視通信 它主要適用于平原丘陵地帶、且中繼站數(shù)目和中繼級數(shù)較少的水又測報(bào)系統(tǒng)。該通信方式具有通信質(zhì)量較好 設(shè)備簡單、建設(shè)周期短、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。但是若在長距離、多高山阻擋情況下使用此種通信方式傳輸水文數(shù)據(jù)，所需中繼站數(shù)目及中轉(zhuǎn)次數(shù)將明顯增加，從而導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)的增加，系統(tǒng)可靠性下降，中繼站站址交通條件差還會給建設(shè)、安裝、維護(hù)帶來一定的困難。  
4 、衛(wèi)星通信資源。衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)，通信頻帶寬，傳輸容量大；組網(wǎng)機(jī)動靈活，不受地理?xiàng)l件的限制，建站成本及通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是：建站成本及通信使用費(fèi)較高。  
隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，以上四種通信方式在水文測報(bào)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)通信方式需根據(jù)地理環(huán)境條件和實(shí)際需求；在分析論證基礎(chǔ)上，因地制宜地確定。  

二、系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)  
A 、信道設(shè)計(jì)  
  信道是指傳輸信號的媒質(zhì)，是構(gòu)成通信網(wǎng)的基本部分�？茖W(xué)地選擇信道，使信號有效、可靠地傳輸；是通信設(shè)計(jì)的一個基本問題。  
  根據(jù)目前轄區(qū)內(nèi)可利用的通信資源和現(xiàn)有的實(shí)際情況：有線程控電話可到達(dá)各報(bào)汛站，中央報(bào)汛站和鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地及周邊的地方報(bào)汛站均處在移動通信的覆蓋區(qū) 考慮充分利用現(xiàn)有資源和當(dāng)今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢，同時(shí)考慮到系統(tǒng)建成后便于運(yùn)行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實(shí)用，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)的可靠性，在本次建設(shè)中，主要利用 INTERNET 公網(wǎng)作為通信信道�？傮w設(shè)計(jì)方案：采用無線移動通信（ GPRS 和 GMS 短信）作為主信道、有線通信（ PSTN ）作為備用信道進(jìn)行混合組網(wǎng)，配備“雙信道”，互為備份、預(yù)先設(shè)置通信的優(yōu)先級別，當(dāng)主信道出故障時(shí)，自動切換到備用信道；主信道恢復(fù)正常時(shí)，即返回主信道傳輸數(shù)據(jù)、具體方案為：對處在移動通信的覆蓋區(qū)和有線程控電話可到達(dá)的各報(bào)汛站報(bào)，以無線通信（ GPRS 和手機(jī) GSM 短信）為主信道 PSTN 為備份信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；對只有線程控電話的報(bào)汛站，以有線通信 PSTN 為主信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，徹底解決各報(bào)汛站人工報(bào)汛的方式。利用 INTERNET 公網(wǎng)信道組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：從報(bào)本上避免了自建專用網(wǎng)的維護(hù)、管理工作；出現(xiàn)問題時(shí)由郵電系統(tǒng)維護(hù)，還避免了無線通信的同頻干擾問題，傳輸質(zhì)量高；設(shè)備簡單，不要專門配備電源|穩(wěn)壓器；設(shè)備投資低于其它地面無線信道。所以，本組網(wǎng)方案是可行的，也是可靠的。  
  本市范圍廣、多高山阻擋，組建超短波同所需中繼站數(shù)目及中轉(zhuǎn)次數(shù)將明顯增加，從而導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)增加，系統(tǒng)可靠性下降。因此，本次設(shè)計(jì)不組建超短波網(wǎng)。衛(wèi)星信道由于投資大，設(shè)計(jì)中也不予采用。  
B 、系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  
  報(bào)汛網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是采用什么樣的形式把每個報(bào)汛站點(diǎn)與分中心連接起來。 ** 水情分中心所轄站點(diǎn)地形復(fù)雜。上游河流眾多；站點(diǎn)分布范圍廣；呈扇形分布；通信組網(wǎng)有一定困難。為了完成能在 20 分鐘內(nèi)將下屬報(bào)汛站的水情信息全部傳送到分中心的目標(biāo)，保證系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)本地的實(shí)際情況，將報(bào)汛通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成單一星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個網(wǎng)絡(luò)測站數(shù)據(jù)均由移動通信（ GPRS 和 GMS 短信）和 PSTN 信道直接傳送到 ** 中心站。優(yōu)點(diǎn)：減少了集合轉(zhuǎn)發(fā)站所需的設(shè)備投資；可以避免當(dāng)集合轉(zhuǎn)發(fā)站出現(xiàn)通信故障時(shí)其收集的上游各站信息傳輸產(chǎn)生中斷現(xiàn)象。缺點(diǎn)：由于報(bào)汛站數(shù)量較多，全部向分中心直接傳送，致使通信時(shí)間延長，須采取延時(shí)措施；有預(yù)報(bào)任務(wù)的各站無法直接獲取所需的水情信息。須通過分中心轉(zhuǎn)送、解決方法是：因報(bào)汛站較多，為保證在 20 分鐘內(nèi)收齊各站信息 采用多路接收電話線，通過計(jì)算機(jī)軟件設(shè)置將各站數(shù)據(jù)傳送按一定時(shí)序逐站順序召測，這樣從時(shí)間上講最經(jīng)濟(jì)，耗時(shí)少 從根本上避免了眾多報(bào)汛站同時(shí)向分中心通信傳輸?shù)膿頂D、碰撞問題。對有預(yù)報(bào)任務(wù)的各站分中心開發(fā)應(yīng)用軟件將所收到的水情信息存放于服務(wù)器，及時(shí)向各站發(fā)送或由各報(bào)汛站主動索取調(diào)用。 

三、系統(tǒng)工作體制  
A 、報(bào)汛站工作體制  
  系統(tǒng)工作體制對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)有重要的影響，當(dāng)前國外自動測報(bào)系統(tǒng)通常采用自報(bào)式、查詢應(yīng)答式、自報(bào)／應(yīng)答兼容式三種工作方式，幾種工作方式的工作過程及特點(diǎn)是：  
1 、自報(bào)式：  
  這是一種不受分中心指令控制的工作方式，當(dāng)報(bào)汛站的測量參數(shù)（水位或雨量）發(fā)生一個計(jì)量單位變化時(shí)，主動將信息向分中心發(fā)送。其特點(diǎn)是功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)；能很好反映參數(shù)變化全過程。  
2 、查詢應(yīng)答式：  
  在查詢應(yīng)答工作方式下，報(bào)汛站自身能對水文參數(shù)的變化自動采集和存儲，但不主動傳送給分中心。只有當(dāng)分中心發(fā)出查詢指令時(shí)，才將數(shù)據(jù)送出。其特點(diǎn)是控制性好，分中心隨時(shí)可向測站索取數(shù)據(jù)。  
3 、自報(bào)／應(yīng)答兼容式  
  具有上述兩種方式的特點(diǎn)，既能實(shí)時(shí)反映參數(shù)變化全過程，又能〕響應(yīng)分中心的查詢。  
為考慮山區(qū)局部降暴雨時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)收集雨情信息，系統(tǒng)的有線組網(wǎng)應(yīng)采用查詢應(yīng)答與自報(bào)兼容的方式。其中報(bào)汛站的自報(bào)功能設(shè)置和暴雨自報(bào)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置由分中心遙測控制；以便使運(yùn)行費(fèi)用降至最低。  
B 、通信方式  
  對于報(bào)汛通信網(wǎng)，分中心從測站取得各類水情信息，這是最基本、最主要的；對有預(yù)報(bào)任務(wù)的測站而言，需要其上游的信息，這些站點(diǎn)的需求基本要從分中心取得，故通信網(wǎng)內(nèi)信息傳輸方向應(yīng)該是雙向、穩(wěn)定、可靠的。根據(jù)本分中心信道設(shè)計(jì)，采用 GPRS 和 SGMS 短信為主（采用深圳信道科技的 GSM/GPRS 設(shè)備），以有線 PSTN 信道為備份（通用 Modem ）。故將報(bào)汛網(wǎng)的通信方式設(shè)計(jì)成雙向應(yīng)答方式。  
C 、數(shù)據(jù)傳輸方式  
  報(bào)汛通信網(wǎng)內(nèi)測站至分中心之間的一次數(shù)據(jù)傳輸為單一信道，決定了用比特形式表示的信息流是以串行方式，每次比特依次在一條信道上傳輸，即數(shù)據(jù)流傳輸采用異步串行的通訊方式。  
（ 1 ）對 GPRS 通信，其主要傳輸特性為：  
調(diào)制方式：由以大網(wǎng)決定  
傳輸速率：接收速率可達(dá) 86.20Kbps, 發(fā)送速率可達(dá) 21.5Kbps 。  
傳遞格式：異步串行。一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位。  
（ 2 ）對 GMS 通信 其主要傳輸特性為：  
工作頻段： GSM900 ： TX ： 880-915MH;  RX: 925-960MHZ  
DCS1800 ： TX ： 1710 一 1785MHZ ； RX ： 1805 一 1880MHZ  
接收靈敏度：－ 104dbm  
傳輸速率：接收速率可達(dá) 85.6kbps ，發(fā)送速率可達(dá) 21.4kbpS  
信息量：限制為 140 個八位組（ 7 比特編碼， 140 個字符）  
（ 3 ）對有線（ PSTN 信道）通信，其主要傳輸特性為：  
調(diào)制方式： FSK  
傳輸速率： 1200bps  
傳遞格式：異步串行，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停上位。