GSM短信系统在澜沧江水情自动测报系统中的应用

徐守云+崔光云+张艳华

摘  要：本文介绍了目前澜沧江水情自动测报系统及通用的几种通信组网方式及其特点，重点阐述利用GSM 短消息业务来实现水情自动测报系统遥测站与中心站之间的数据传输方案，并详细分析了采用这种方式的优点，以及利用GSM 短消息业务在澜沧江流域水情自动测报系统的实际应用情况。

关键词：GSM短消息业务;水情自动测报系统;数据传输

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.228

1 前言

水情自动测报系统是利用遥测、通讯和计算机技术，实时收集、处理江河流域水情、雨情信息，并进行水情预报，以实现江河流域及水库安全度汛和电厂经济运行以及水资源合理利用的信息系统。随着澜沧江流域水电开发的不断推进，为确保在建水电工程安全度汛，尽可能避免或减少洪水造成的损失，云南华能澜沧江水电股份有限公司按照澜沧江流域水情自动测报系统的总体规划，在已建成的水情自动测报系统基础上，在较短时间内先后完成了主要以GSM短消息业务和Inmarsat—C卫星通信系统互为备用的施工期水情自动测报系统的建设工作，并通过了近几年的运行。该系统的建成也为下一步建设流域水情测报系统打下了良好的基础。采用GSM 短消息业务作为通信组网方式，除了基于水情自动测报系统中传输数据量小、通信网络的分布地域比较广、测站通信条件比较恶劣等因素外，主要还考虑到目前用于水情自动测报系统通信组网的方式的不足。

2 澜沧江水情自动测报系统现状

漫湾水情自动测报系统于1993年12月开始设计、施工，1994年4月全部竣工，同年6月设备安装调试完毕，投入试运行。 “系统”建于澜沧江中游旧州、云龙、田口至漫湾坝址之间，区间内较大的支流有漾濞江、沘江、永平河、漕涧河、公郎河，控制流域面积8995Km2。“系统”规模为1：7：23，即1个中心站、7个中继站、23个遥测站，遥测站自动实时采集、存储和发送数据给中心站;中继站以再生方式转发遥测站上报数据;中心站以计算机网络为基础，结合中心站数据处理程序，实现水情信息信号的解码、收集、分类、存储，并自动进行洪水预报、做出调度方案。中心站硬件方面主要由两台服务器（WEB服务器和数据库服务器）、6台作业计算机构成水情系统局域网。软件程序结构以C/S和B/S结合，数据的处理采用C/S结构，数据的分发报送采用B/S结构。

澜沧江水情自动测报系统在在原基础上进行扩建，主要内容如下：

对原漫湾中心站软硬件进行增强;新建小湾、糯扎渡、景洪分中心站;

为了控制上游来水、增加预见期、及时监测小湾坝址水位变化情况，在漫湾上游增加溜筒江、白济汛、小湾三个雨量水位站，改造旧州、云龙站;为了控制区间来水，及时掌握景洪坝址水位变化情况，在大朝山至景洪区间增加大朝山、江桥、糯扎渡、糯扎渡上围堰、糯扎渡下围堰、糯扎渡P断面、小黑江、景谷、芒打、景洪围堰上游、景洪围堰下游、心滩料场、允景洪13个雨量水位站，大山、德化、热水塘、那澜、勐康、邦丙、上允、富邦、民乐、永平益智、正兴、半坡、云仙、震东14个雨量站。

3 遥测站数据采用GSM短信息传输的可行性和必要性

3.1 几种常用通信信道比较

3.1.1 VHF（特高频）信道

VHF信道是水情系统最早采用的信道。国家无线电管理委员会分配的水情系统专用频点是230MHz频段中的8个频点。VHF信道因其造价低、传输时延小、终端设备功耗低、总体可靠性高，在一级中继或无中继的情况下仍是水情系统的最优信道。

VHF信道的缺点是易受干扰、信道上的障碍物仍有可能对信号强度造成很大的衰减，在山区有的站要建一级或多级中继站才能保证信息的可靠传输。澜沧江水情测报系统最初建立时就采用该通信方式，由于多数遥测站经过两级中继，中继站的电源供给和防雷成为系统维护的难点并影响系统的可靠性。需申请专用频点，交纳频率使用费。

3.1.2 Inmarsat-C卫星信道

该信道不需单独建立地面中继站，直接利用卫星网络，覆盖范围广。其终端设备适应温度范围宽、安装方便等优势。因此，2000年在进行技术改造时选用了该信道。不需申请专用频点，交纳数据通信费。

3.1.3 Globlestar（全球星）信道

该卫星目前覆盖范围有限，未得到广泛应用。不需申请专用频点，交纳数据通信费。

3.1.4 Vsat卫星信道

终端设备及天线体积大，不宜野外遥测站安装，设备功耗大。设备费用及运行费用高，仅适合作为分中心站至中心站间的干线数据传输，本系统分中心与乌江水电开发有限责任公司中心的数据传输已经采用了该信道。不需申请专用频点，采用包月费用。

3.1.5 GSM信道

GSM（Global System for Mobile Communication）是亚洲、欧洲使用最广泛的数字蜂窝移动通信系统。具有保密性高、系统容量大、覆盖面广、可靠性高、实时性好、运行费用低，也是目前国内覆盖范围最好的无线通信网，移动模块功耗较小，是继VHF之后的最优信道。

GSM短信息（SMS）是GSM数据业务的一种，工作在点与点通信状态的异步通信方式下，不需建立端到端通道。每条短信息可传160或140个字节（传送160个7比特编码数据或140个8比特编码数据，或70个UNICODE码），GSM短信收费标准是0.1元/条，收费低廉。若依托于该通讯系统建立专业的数据传输分系统，无需架设费用昂贵的通信平台，无需申请专用频率，按数据传输量记费。

综合上述通信的特点，其在遥测站中使用比较如表1。

3.2 遥测站及GSM通信状况

澜沧江系统采用230MHz超短波、GSM移动通信和Inmarsat-C卫星通信混合方式进行组网，根据各站的不同情况具体选择如下：endprint

漫湾水情自动测报系统遥测站采用230MHz超短波通信，共有6个频点，工作方式为自报式工作，传感器感应量为：雨量1mm，水位1cm，当水位或雨量变幅达到传感器设定阀值，将信号发往中心站。另外，主要水文站采用4MHz短波电台作人工报汛，用作校核遥测资料。雨量站采集雨量数据，水文站采集雨量和水位数据。

新增雨量站均采用GSM通信方式，若原站址处无GSM信号覆盖，则对站址进行适当调整。

大朝山、景洪围堰上游、景洪围堰下游、心滩料场4个雨量水位站采用GSM通信方式。

芒打、小黑江2个雨量水位测站处无GSM信号覆盖，故采用Inmarsat-C卫星通信方式。

溜筒江、白汲汛、旧州、云龙、小湾、江桥、糯扎渡、景谷、允景洪9个雨量水位站属工程的关键控制站，各站址处有GSM信号覆盖，为保证数据传输的高可靠性，这些站点采用GSM/Inmarsat-C双信道冗余通信方式，即以GSM为主信道，Inmarsat-C为备用信道，主信道和备信道之间自动切换。

漫湾中心站用GSM和Inmarsat-C两种通信方式接收各遥测站的水文数据。

漫湾中心站与小湾、景洪分中心的数据交换采用GSM通信方式。

3.3 运行费用分析

按照南京南瑞集团水情水调及环境监测分公司现在研制的ACS-300数据采集处理器，进行数据处理时电压需8个字节、雨量需12个字节、水位需12个字节。而Inmarsat—C卫星运营商提供最大32个字节传输空间，因此，必须将数据进行打包发送。按Inmarsat—C卫星运营商现行的收费标准，是每包人民币1.40元左右，即每发送1次电压、水位和雨量数据需人民币1.40元左右。

GSM数据业务的每条短信息最多可传160字节，相当于Inmarsat—C卫星 运营商提供32个字节传输空间的5倍，而价格仅人民币0.10元。

由此可看出，若分别采用Inmarsat—C和GSM短信息发送160字节数据，Inmarsat—C需分5次传送，卫星运营收费约人民币7.00元，而GSM服务仅收费人民币0.10元。

3.4 GSM 短消息业务用于水情自动测报系统的必要性

（1）短信技术的水情自动测报系统具有快速稳定且费用低廉，传输效率高，客观条件的限制低等特点;

（2）设计符合结构化标准，系统可适合各种应用要求，便于系统升级改造;

（3）信息采集终端可在短短几秒钟内做出反应，大大提高了系统的即时反应速度，符合防汛指挥的要求;

（4）以微处理器为基础的远程终端通信设备RTU，具有大量存贮能力，能根据本地和远程设备的状态条件和数值作出本地的控制决策，又可通过相应通信网络实现遥测遥控功能，同时在信息采集时有多种方式选择，还可向工作人员手机发出信息进行报警;

（5）系统采用中国移动已铺设好的GSM网络进行数据通信，大大节约了建立水利专用通信网络的费用;目前中国移动的GSM网络覆盖范围很宽，只要有中国移动手机信号的地方均可采用该系统。

4 采用GSM 短信方式实现水情信息采集、传输基本原理

遥测站主要由传感器（雨量计、水位计）、数据采集器、电源组成。由数据采集器采集雨量、水位等水情信息，通过GSM模块（型号为SIEMENS TC35）向中心站发送包含这些水情信息的短消息。中心站由工作站（前置机）控制接收，GSM 模块收到的遥测站的水情数据，再由中心站的相关设备或软件进行处理，可实施网上水文信息发布，或上传调度中心或各水情分中心站，为数据库管理系统，应用软件为中国水利水电科学研究院自动化所水情室开发设计，全中文操作界面，具有操作直观、方便、灵活的特点，有较好的通用性、适用性和扩展功能。由于GSM 系统集中了现代信源编码技术、信道编码、交织、均衡技术、数字调制技术、话音编码技术以及慢调频技术等众多先进而且成熟的技术，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理，因而保证了数据传输的正确性、安全性和可靠性。

5 结束语

综上所述，以GSM通信系统的短消息传输遥测站与中心站之间的水文测量数据，无论在系统的稳定性、灵活性、可靠性，还是在网络运行成本上都比现有的水情自动测报系统的通信系统具有很大的优势，因而具有很广泛的应用价值。GSM短信通信技术在水利行业的应用将愈来愈广泛，将带动水利事业的进一步发展。

作者简介：徐守云（1973-），女，云南大理人，工程师，研究方向：电力水库调度。endprint