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摘 要：通过对GPRS、VHF和GSM短信通信技术在水情自动测报系统中的实际应用分析，准确掌握GPRS、VHF和GSM短信通信技术的优势，为水情自动测报系统通信技术选型提供最佳方案，确保水情自动测报系统数据的稳定性和可靠性。
关键词：水情自动测报系统；GPRS；VHF；GSM；延时；数据碰撞
中图分类号：TN929.52 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0329-02
1 绪 论
湖南地处东经108°47′～114°15′，属于长江中游地区，全省湘、资、沅、澧水系发达，每年洪灾频发。水情自动测报系统采用现代科技对水文信息进行实时遥测、传输和处理的专门技术，是有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手段。
水情数据传输作为水情自动测报系统的重要环节，通信技术选型成了确保水情数据稳定、可靠、实时准确的关键因素。目前湖南沅水流域水库已经实现了梯级调度，沅水流域水情自动测报系统中主要采用GPRS、VHF和GSM短信通信技术，通过对比分析三种通信手段在实际应用中的效果，可以实现对沅水流域水情自动测报系统通信技术优化选型，提高流域水情数据的稳定、可靠、实时准确性，确保沅水流域洪水预报、防洪调度及水资源合理利用。
2 VHF通信技术分析
国家无线电管理委员会指定230MHZ（VHF频段）的某些频点划归水文专业专用通信频率。该频段的无线电波具有一定的绕射能力和抗干扰能力，适用于山区较远距离的水情数据传送，对于非近距离的障碍物不会形成严重的通信阻隔。对于阻隔较严重的多山地区，它可以选择通过设置适当的中继站来实现较远距离的山区通信。以白市水电站水情测报系统为例进行分析。
白市水电站水情自动测报系统通信网络结构采取两级中继模式，工作体制采取自报式体制。自报式系统的信道是单向的，遥测站采集到数据后，自动向中心站（或经中继站）发送，中心站被动接收水情数据而不发送信令信号。这种系统结构简单，功耗小，安装、维护简便，经济可靠。但从结构上分析，该系统为“多点对一点通信”，信号发送是随机的，在较大的水情自动测报系统中容易产生同频信号碰撞，出现掉数现象。
3 GSM短信通信技术分析
利用GSM短信技术组网可以克服测报范围和测报地区地形地貌的限制。GSM是全球移动通信系统的简称，采用时分多址技术，是一个由3GPP开发的开放标准。GSM短信通信技术采取存储转发模式，短信被发送出去之后，不是直接地发送给接收方，而是先存储在短消息服务中心SMSC，然后再由SMSC将其转发给接收方。如果接收方一时无法接收信息，SMSC会自动保存该短消息，排队并尝试再次发送给接收方，一直确保接收方接收到数据为止，这样确保了数据的完整性。在实际运行中，GSM短信遥测站点也存在一些问题，其中最大的问题就是数据延时。数据延时太长将导致数据失去时效，失去时效的数据是无用数据，甚至会导致预报错误，引发扩大性防汛事故。以三板溪水情自动测报系统文峰塔GSM雨量站为例分析，该站在2016年4月6日～4月7日凌晨之间发生了两万多秒的延时。
通过分析得出，导致GSM短信通信延时的原因主要有以下3种：
（1）GSM通信存在正常延时。从遥测站到中心站接收、处理，这一系列流程需要时间，正常的延时只有100～300多秒，属正常范围。
（2）遥测站、当地移动基站、移动网络、中心站移动基站、中心站是GSM短信信息传输的一个完整链路。其中任一环节出现异常，就将导致数据延时现象明显。比如暴雨期间，如果中心站移动基站出现异常，或者中心站移动信号不稳定，强度不够，将导致GSM短信遥测站数据大面积延时。
（3）水情测报系统GSM通信网络设计是多点对一点通信方式，中心站GSM接收模块只能一条一条数据排队处理。当暴雨来临，数据量陡增，中心站GSM接收模块数据吞吐量有限，特别容易导致信道堵塞，进而导致GSM短信接收模块死机，从而导致GSM遥测站数据大面积延时。
4 GPRS通信技术分析
GPRS与GSM短信技术均基于移动技术进步而发展起来的技术，GPRS经常被描述成“2.5G”，它突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，实现了分组交换，真正实现了“点对点通信”，优势明显。
（1）广域覆盖：GPRS在全国31个省240多个城市均有良好覆盖，基本上在手机可以打电话的地方都可以通过GPRS无线上网，克服了距离远、阻隔多等地形地貌的局限，突破了组网的限制。
（2）永遠在线：只要激活GPRS应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务。
（3）按量计费：GPRS服务虽然保持一直在线，但按流量计费，产生通信流量时才计费，费用很低。
（4）高速传输：目前GPRS可支持53.6Kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达100余Kbps。
（5）双向传输：既可以传输批量数据，水情分中心又可以将命令、对远端遥测站的设置参数等透传到遥测站点，从而实现数据远程读取和遥测站工作参数的远程设置。这一个特点是超短波、GSM短信、PSTN以及卫星通信所不能替代的。
GPRS通信技术优势明显，但也存在一些问题。突出的问题是GPRS会发生包丢失现象。
5 优化选型
湖南沅水流域水情自动测报系统是由12个水情自动测报系统组成的流域大网，各分水情自动测报系统网络采用VHF和GSM短信混合组网，各遥测站点同时通过GPRS通信技术向总中心站发送数据，通过对比分析总中心站与各分中心站的实时数据，可以比较分析出三种通信技术的实际应用效果。
5.1 VHF与GPRS通信技术比较分析
采用VHF通信技术组网，检修便利，无通信费用，每年只须向国家无线电管理委员会缴纳频点占用费。在测报范围不大、地形不是极端复杂的情况下，采用VHF通信技术组网是行之有效的手段。但VHF通信技术导致的同频信号碰撞也是该技术无法根除的问题，而GPRS通信技术采用分组交换，不存在信号碰撞现象。
5.2 GSM短信与GPRS通信技术比较分析
GSM短信与GPRS通信技术都是基于移动技术而发展起来的，GSM短信按照报文条数计费，而GPRS按照流量计费，GPRS费用优势明显。GSM短信延时问题因技术和环境因素的影响，不可根除，而GPRS通信因采用分组交换技术，报文在实际应用中的时延只有几秒至几十秒，实时效果明显。同时GSM短信与GPRS通信技术为同种技术，采用GPRS技术时没有必要再采用GSM短信技术。
6 结 论
通过对GPRS、VHF和GSM短信通信技术的比较分析，在水情自动测报系统实际应用中，应该采取GPRS通信技术为主信道，VHF通信技术为备信道，退出GSM短信服务，充分发挥GPRS和VHF通信技术的优势，以安全、可靠、经济为系统建设原则，建立安全、可靠、实时准确的水情自动测报系统。
参考文献
[1]孙增义，吴 跃.水情自动测报技术基础及其应用.北京：中国水利水电出版社，1999.
[2]李晓斌，肖 舸.梯调水库调度自动化系统.北京：中国水利水电出版社，2012.
收稿日期：2018-9-12
作者简介：李德清（1971-），男，工程师，本科，主要从事电力检修、电力工程等工作。
关键词：水情自动测报系统；GPRS；VHF；GSM；延时；数据碰撞
中图分类号：TN929.52 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0329-02
1 绪 论
湖南地处东经108°47′～114°15′，属于长江中游地区，全省湘、资、沅、澧水系发达，每年洪灾频发。水情自动测报系统采用现代科技对水文信息进行实时遥测、传输和处理的专门技术，是有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手段。
水情数据传输作为水情自动测报系统的重要环节，通信技术选型成了确保水情数据稳定、可靠、实时准确的关键因素。目前湖南沅水流域水库已经实现了梯级调度，沅水流域水情自动测报系统中主要采用GPRS、VHF和GSM短信通信技术，通过对比分析三种通信手段在实际应用中的效果，可以实现对沅水流域水情自动测报系统通信技术优化选型，提高流域水情数据的稳定、可靠、实时准确性，确保沅水流域洪水预报、防洪调度及水资源合理利用。
2 VHF通信技术分析
国家无线电管理委员会指定230MHZ（VHF频段）的某些频点划归水文专业专用通信频率。该频段的无线电波具有一定的绕射能力和抗干扰能力，适用于山区较远距离的水情数据传送，对于非近距离的障碍物不会形成严重的通信阻隔。对于阻隔较严重的多山地区，它可以选择通过设置适当的中继站来实现较远距离的山区通信。以白市水电站水情测报系统为例进行分析。
白市水电站水情自动测报系统通信网络结构采取两级中继模式，工作体制采取自报式体制。自报式系统的信道是单向的，遥测站采集到数据后，自动向中心站（或经中继站）发送，中心站被动接收水情数据而不发送信令信号。这种系统结构简单，功耗小，安装、维护简便，经济可靠。但从结构上分析，该系统为“多点对一点通信”，信号发送是随机的，在较大的水情自动测报系统中容易产生同频信号碰撞，出现掉数现象。
3 GSM短信通信技术分析
利用GSM短信技术组网可以克服测报范围和测报地区地形地貌的限制。GSM是全球移动通信系统的简称，采用时分多址技术，是一个由3GPP开发的开放标准。GSM短信通信技术采取存储转发模式，短信被发送出去之后，不是直接地发送给接收方，而是先存储在短消息服务中心SMSC，然后再由SMSC将其转发给接收方。如果接收方一时无法接收信息，SMSC会自动保存该短消息，排队并尝试再次发送给接收方，一直确保接收方接收到数据为止，这样确保了数据的完整性。在实际运行中，GSM短信遥测站点也存在一些问题，其中最大的问题就是数据延时。数据延时太长将导致数据失去时效，失去时效的数据是无用数据，甚至会导致预报错误，引发扩大性防汛事故。以三板溪水情自动测报系统文峰塔GSM雨量站为例分析，该站在2016年4月6日～4月7日凌晨之间发生了两万多秒的延时。
通过分析得出，导致GSM短信通信延时的原因主要有以下3种：
（1）GSM通信存在正常延时。从遥测站到中心站接收、处理，这一系列流程需要时间，正常的延时只有100～300多秒，属正常范围。
（2）遥测站、当地移动基站、移动网络、中心站移动基站、中心站是GSM短信信息传输的一个完整链路。其中任一环节出现异常，就将导致数据延时现象明显。比如暴雨期间，如果中心站移动基站出现异常，或者中心站移动信号不稳定，强度不够，将导致GSM短信遥测站数据大面积延时。
（3）水情测报系统GSM通信网络设计是多点对一点通信方式，中心站GSM接收模块只能一条一条数据排队处理。当暴雨来临，数据量陡增，中心站GSM接收模块数据吞吐量有限，特别容易导致信道堵塞，进而导致GSM短信接收模块死机，从而导致GSM遥测站数据大面积延时。
4 GPRS通信技术分析
GPRS与GSM短信技术均基于移动技术进步而发展起来的技术，GPRS经常被描述成“2.5G”，它突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，实现了分组交换，真正实现了“点对点通信”，优势明显。
（1）广域覆盖：GPRS在全国31个省240多个城市均有良好覆盖，基本上在手机可以打电话的地方都可以通过GPRS无线上网，克服了距离远、阻隔多等地形地貌的局限，突破了组网的限制。
（2）永遠在线：只要激活GPRS应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务。
（3）按量计费：GPRS服务虽然保持一直在线，但按流量计费，产生通信流量时才计费，费用很低。
（4）高速传输：目前GPRS可支持53.6Kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达100余Kbps。
（5）双向传输：既可以传输批量数据，水情分中心又可以将命令、对远端遥测站的设置参数等透传到遥测站点，从而实现数据远程读取和遥测站工作参数的远程设置。这一个特点是超短波、GSM短信、PSTN以及卫星通信所不能替代的。
GPRS通信技术优势明显，但也存在一些问题。突出的问题是GPRS会发生包丢失现象。
5 优化选型
湖南沅水流域水情自动测报系统是由12个水情自动测报系统组成的流域大网，各分水情自动测报系统网络采用VHF和GSM短信混合组网，各遥测站点同时通过GPRS通信技术向总中心站发送数据，通过对比分析总中心站与各分中心站的实时数据，可以比较分析出三种通信技术的实际应用效果。
5.1 VHF与GPRS通信技术比较分析
采用VHF通信技术组网，检修便利，无通信费用，每年只须向国家无线电管理委员会缴纳频点占用费。在测报范围不大、地形不是极端复杂的情况下，采用VHF通信技术组网是行之有效的手段。但VHF通信技术导致的同频信号碰撞也是该技术无法根除的问题，而GPRS通信技术采用分组交换，不存在信号碰撞现象。
5.2 GSM短信与GPRS通信技术比较分析
GSM短信与GPRS通信技术都是基于移动技术而发展起来的，GSM短信按照报文条数计费，而GPRS按照流量计费，GPRS费用优势明显。GSM短信延时问题因技术和环境因素的影响，不可根除，而GPRS通信因采用分组交换技术，报文在实际应用中的时延只有几秒至几十秒，实时效果明显。同时GSM短信与GPRS通信技术为同种技术，采用GPRS技术时没有必要再采用GSM短信技术。
6 结 论
通过对GPRS、VHF和GSM短信通信技术的比较分析，在水情自动测报系统实际应用中，应该采取GPRS通信技术为主信道，VHF通信技术为备信道，退出GSM短信服务，充分发挥GPRS和VHF通信技术的优势，以安全、可靠、经济为系统建设原则，建立安全、可靠、实时准确的水情自动测报系统。
参考文献
[1]孙增义，吴 跃.水情自动测报技术基础及其应用.北京：中国水利水电出版社，1999.
[2]李晓斌，肖 舸.梯调水库调度自动化系统.北京：中国水利水电出版社，2012.
收稿日期：2018-9-12
作者简介：李德清（1971-），男，工程师，本科，主要从事电力检修、电力工程等工作。