GPRS、VHF和GSM短信通信技術在水情自動測報系統應用中的優化選型

摘 要：通過對GPRS、VHF和GSM短信通信技術在水情自動測報系統中的實際應用分析，準確掌握GPRS、VHF和GSM短信通信技術的優勢，為水情自動測報系統通信技術選型提供最佳方案，確保水情自動測報系統數據的穩定性和可靠性。

關鍵詞：水情自動測報系統；GPRS；VHF；GSM；延時；數據碰撞

中圖分類號：TN929.52 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0329-02

1 緒 論

湖南地處東經108°47′～114°15′，屬于長江中游地區，全省湘、資、沅、澧水系發達，每年洪災頻發。水情自動測報系統采用現代科技對水文信息進行實時遙測、傳輸和處理的專門技術，是有效解決江河流域及水庫洪水預報、防洪調度及水資源合理利用的先進手段。

水情數據傳輸作為水情自動測報系統的重要環節，通信技術選型成了確保水情數據穩定、可靠、實時準確的關鍵因素。目前湖南沅水流域水庫已經實現了梯級調度，沅水流域水情自動測報系統中主要采用GPRS、VHF和GSM短信通信技術，通過對比分析三種通信手段在實際應用中的效果，可以實現對沅水流域水情自動測報系統通信技術優化選型，提高流域水情數據的穩定、可靠、實時準確性，確保沅水流域洪水預報、防洪調度及水資源合理利用。

2 VHF通信技術分析

國家無線電管理委員會指定230MHZ（VHF頻段）的某些頻點劃歸水文專業專用通信頻率。該頻段的無線電波具有一定的繞射能力和抗干擾能力，適用于山區較遠距離的水情數據傳送，對于非近距離的障礙物不會形成嚴重的通信阻隔。對于阻隔較嚴重的多山地區，它可以選擇通過設置適當的中繼站來實現較遠距離的山區通信。以白市水電站水情測報系統為例進行分析。

白市水電站水情自動測報系統通信網絡結構采取兩級中繼模式，工作體制采取自報式體制。自報式系統的信道是單向的，遙測站采集到數據后，自動向中心站（或經中繼站）發送，中心站被動接收水情數據而不發送信令信號。這種系統結構簡單，功耗小，安裝、維護簡便，經濟可靠。但從結構上分析，該系統為“多點對一點通信”，信號發送是隨機的，在較大的水情自動測報系統中容易產生同頻信號碰撞，出現掉數現象。

3 GSM短信通信技術分析

利用GSM短信技術組網可以克服測報范圍和測報地區地形地貌的限制。GSM是全球移動通信系統的簡稱，采用時分多址技術，是一個由3GPP開發的開放標準。GSM短信通信技術采取存儲轉發模式，短信被發送出去之后，不是直接地發送給接收方，而是先存儲在短消息服務中心SMSC，然后再由SMSC將其轉發給接收方。如果接收方一時無法接收信息，SMSC會自動保存該短消息，排隊并嘗試再次發送給接收方，一直確保接收方接收到數據為止，這樣確保了數據的完整性。在實際運行中，GSM短信遙測站點也存在一些問題，其中最大的問題就是數據延時。數據延時太長將導致數據失去時效，失去時效的數據是無用數據，甚至會導致預報錯誤，引發擴大性防汛事故。以三板溪水情自動測報系統文峰塔GSM雨量站為例分析，該站在2016年4月6日～4月7日凌晨之間發生了兩萬多秒的延時。

通過分析得出，導致GSM短信通信延時的原因主要有以下3種：

（1）GSM通信存在正常延時。從遙測站到中心站接收、處理，這一系列流程需要時間，正常的延時只有100～300多秒，屬正常范圍。

（2）遙測站、當地移動基站、移動網絡、中心站移動基站、中心站是GSM短信信息傳輸的一個完整鏈路。其中任一環節出現異常，就將導致數據延時現象明顯。比如暴雨期間，如果中心站移動基站出現異常，或者中心站移動信號不穩定，強度不夠，將導致GSM短信遙測站數據大面積延時。

（3）水情測報系統GSM通信網絡設計是多點對一點通信方式，中心站GSM接收模塊只能一條一條數據排隊處理。當暴雨來臨，數據量陡增，中心站GSM接收模塊數據吞吐量有限，特別容易導致信道堵塞，進而導致GSM短信接收模塊死機，從而導致GSM遙測站數據大面積延時。

4 GPRS通信技術分析

GPRS與GSM短信技術均基于移動技術進步而發展起來的技術，GPRS經常被描述成“2.5G”，它突破了GSM網只能提供電路交換的思維方式，實現了分組交換，真正實現了“點對點通信”，優勢明顯。

（1）廣域覆蓋：GPRS在全國31個省240多個城市均有良好覆蓋，基本上在手機可以打電話的地方都可以通過GPRS無線上網，克服了距離遠、阻隔多等地形地貌的局限，突破了組網的限制。

（2）永遠在線：只要激活GPRS應用后，將一直保持在線，類似于無線專線網絡服務。

（3）按量計費：GPRS服務雖然保持一直在線，但按流量計費，產生通信流量時才計費，費用很低。

（4）高速傳輸：目前GPRS可支持53.6Kbps的峰值傳輸速率，理論峰值傳輸可達100余Kbps。

（5）雙向傳輸：既可以傳輸批量數據，水情分中心又可以將命令、對遠端遙測站的設置參數等透傳到遙測站點，從而實現數據遠程讀取和遙測站工作參數的遠程設置。這一個特點是超短波、GSM短信、PSTN以及衛星通信所不能替代的。

GPRS通信技術優勢明顯，但也存在一些問題。突出的問題是GPRS會發生包丟失現象。

5 優化選型

湖南沅水流域水情自動測報系統是由12個水情自動測報系統組成的流域大網，各分水情自動測報系統網絡采用VHF和GSM短信混合組網，各遙測站點同時通過GPRS通信技術向總中心站發送數據，通過對比分析總中心站與各分中心站的實時數據，可以比較分析出三種通信技術的實際應用效果。

5.1 VHF與GPRS通信技術比較分析

采用VHF通信技術組網，檢修便利，無通信費用，每年只須向國家無線電管理委員會繳納頻點占用費。在測報范圍不大、地形不是極端復雜的情況下，采用VHF通信技術組網是行之有效的手段。但VHF通信技術導致的同頻信號碰撞也是該技術無法根除的問題，而GPRS通信技術采用分組交換，不存在信號碰撞現象。

5.2 GSM短信與GPRS通信技術比較分析

GSM短信與GPRS通信技術都是基于移動技術而發展起來的，GSM短信按照報文條數計費，而GPRS按照流量計費，GPRS費用優勢明顯。GSM短信延時問題因技術和環境因素的影響，不可根除，而GPRS通信因采用分組交換技術，報文在實際應用中的時延只有幾秒至幾十秒，實時效果明顯。同時GSM短信與GPRS通信技術為同種技術，采用GPRS技術時沒有必要再采用GSM短信技術。

6 結 論

通過對GPRS、VHF和GSM短信通信技術的比較分析，在水情自動測報系統實際應用中，應該采取GPRS通信技術為主信道，VHF通信技術為備信道，退出GSM短信服務，充分發揮GPRS和VHF通信技術的優勢，以安全、可靠、經濟為系統建設原則，建立安全、可靠、實時準確的水情自動測報系統。

參考文獻

[1]孫增義，吳 躍.水情自動測報技術基礎及其應用.北京：中國水利水電出版社，1999.

[2]李曉斌，肖 舸.梯調水庫調度自動化系統.北京：中國水利水電出版社，2012.

收稿日期：2018-9-12

作者簡介：李德清（1971-），男，工程師，本科，主要從事電力檢修、電力工程等工作。