省級(jí)水資源管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸方案

符偉杰，馮永勤，李萬(wàn)祥，王 巖，李 輝

（1. 水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；3. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210029；4. 云南省水文水資源局紅河分局，云南 紅河 661100）

省級(jí)水資源管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸方案

符偉杰1,2，馮永勤3，李萬(wàn)祥4，王 巖1,2，李 輝1,2

（1. 水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；3. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210029；4. 云南省水文水資源局紅河分局，云南 紅河 661100）

探討省級(jí)水資源管理系統(tǒng) 2 種典型的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方案，從傳輸接收方式、物理線路等方面對(duì) 2 種方案進(jìn)行詳細(xì)的分析比較，明確 2 種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出建議方案，可為省級(jí)水資源管理系統(tǒng)信息采集傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)、建設(shè)及同類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)提供借鑒。

水資源管理；省級(jí)；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸；省中心；分中心；信息流程

0 引言

為了貫徹最嚴(yán)格的水資源管理制度，實(shí)現(xiàn)水資源管理 3 條紅線的控制目標(biāo)，水利部開(kāi)展了國(guó)家水資源管理系統(tǒng)建設(shè)工作，同時(shí)，要求各流域和?。ㄊ校┧块T(mén)根據(jù)統(tǒng)一部署，同步開(kāi)展各自轄區(qū)內(nèi)的水資源管理系統(tǒng)建設(shè)[1]。

國(guó)家水資源管理系統(tǒng)分中央、流域、省級(jí)、地市級(jí)和縣區(qū)級(jí)等五級(jí)，省級(jí)水資源管理系統(tǒng)是所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匯聚點(diǎn)，在省級(jí)水資源管理系統(tǒng)建設(shè)中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸接收方式無(wú)論對(duì)系統(tǒng)的建設(shè)，還是日后的運(yùn)行管理都有著重要的影響[2-3]。為此對(duì)水資源管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸接收方式進(jìn)行詳細(xì)的比較和分析，以期為省級(jí)水資源管理系統(tǒng)信息采集傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)、建設(shè)及同類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)提供一些借鑒。

1 數(shù)據(jù)傳輸方式

水資源自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括水位、流量、水質(zhì)等要素，采集自各水資源或水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)多而分散，每個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的信息量小，以往通常采用自建超短波、PSTN、衛(wèi)星小站等通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前由于公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍越來(lái)越廣，性能越來(lái)越穩(wěn)定，所以越來(lái)越多的系統(tǒng)應(yīng)用無(wú)線公網(wǎng)（GSM/GPRS，CDMA 1X 等）進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)站信息的傳輸[4]。

典型的數(shù)據(jù)傳輸有以下 2 種部署方式：1）采用公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿鶎俚厥谢蚩h級(jí)分中心，分中心再通過(guò)省水利專網(wǎng)，將信息匯聚到省中心；2）采用公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)先傳輸?shù)绞≈行?，由省中心通過(guò)水利專網(wǎng)，將信息分發(fā)到各分中心。

2 數(shù)據(jù)接收方案

與數(shù)據(jù)傳輸方式對(duì)應(yīng)，水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收也分為省中心集中接收（方案 1 ）和分中心分別接收（方案 2）2 種方案，分析比較時(shí)以采用 GSM/ GPRS 通信方式為例。

2.1 省中心接收方案

2.1.1 連接方式

數(shù)據(jù)接收管理省中心和各分中心采用廣域網(wǎng)設(shè)備連接到省水利專網(wǎng)；邊界控制斷面、供水水源地、取水口、地下水等信息采集站采用 GSM/GPRS模塊連接到移動(dòng) GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò) 1 條SDH 電路（傳輸速率為 2 Mbit/s）和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備連接到數(shù)據(jù)接收省中心，省中心接收數(shù)據(jù)后再通過(guò)省水利專網(wǎng)將數(shù)據(jù)分發(fā)到對(duì)應(yīng)的各數(shù)據(jù)接收分中心[5]。省中心接收方案的物理連接方式如圖 1 所示。

圖 1 水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)省中心集中接入方式示意圖

2.1.2 信息流程

邊界控制斷面、供水水源地、取水口、地下水信息采集站的信息，通過(guò)移動(dòng)通信的無(wú)線基站傳輸?shù)?GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)，GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)與省水利專網(wǎng)在省中心的連接電路，將信息傳輸?shù)剿麑＞W(wǎng)上的數(shù)據(jù)接收省中心，省中心通過(guò)水利專網(wǎng)將數(shù)據(jù)分發(fā)到各分中心[5]。水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)省中心集中接入方式信息流程如圖 2 所示。

2.2 分中心接收方案

2.2.1 連接方式

在分中心接收方案中，數(shù)據(jù)接收省中心、分中心采用廣域網(wǎng)設(shè)備連接到省水利專網(wǎng)；邊界控制斷面、供水水源地、取水口、地下水等信息采集站采用 GSM/GPRS 模塊連接到移動(dòng) GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)多條 SDH（傳輸速率為 2 Mbit/s）電路和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備分別接入各分中心的水利專網(wǎng)[5]。水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分中心分別接入方式的物理連接方式如圖 3所示。

圖 2 水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)省中心集中接入方式信息流程圖

圖 3 水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分中心分別接入方式示意圖

2.2.2 信息傳輸

在分中心接收方案中，邊界控制斷面、供水水源地、取水口、地下水等信息采集站的信息，通過(guò)移動(dòng)通信的無(wú)線基站傳輸?shù)?GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)，GSM/ GPRS 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)與省水利專網(wǎng)在各分中心的連接電路，將信息傳輸?shù)剿麑＞W(wǎng)上的各數(shù)據(jù)接收管理分中心，各分中心再通過(guò)省水利專網(wǎng)將收據(jù)匯聚到省中心。水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分中心分別接入方式的信息流程如圖 4 所示。

圖 4 水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分中心分別接入方式信息流程圖

3 數(shù)據(jù)接收方案的分析比較

2 種水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析比較如表 1 所示。

根據(jù) 2 種方案的比較分析，可以得到以下結(jié)論：

1）在采集站數(shù)據(jù)傳輸方式、省中心分中心數(shù)據(jù)接收方式、省中心分中心數(shù)據(jù)接收處理功能、依賴的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、信息采集站運(yùn)行管理等方面 2 種方案基本相同。

2）省中心、分中心的數(shù)據(jù)接收，都是通過(guò)連接在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)接收終端接收和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，方案 1 是先集中傳到省中心，再傳到分中心；方案 2 是分別傳到各分中心，再傳到省中心。由于水資源數(shù)據(jù)量很小，水利專網(wǎng)的帶寬為 2～8 Mbit/s，2 種方式都不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用產(chǎn)生影響。

3）方案 1 中，與 GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接的物理線路及設(shè)備，都只需要 1 套，相應(yīng)的線路租用費(fèi)用也只有1 份，日常所需的運(yùn)行維護(hù)也只有省中心 1 處。而在方案 2 中，與 GPRS 網(wǎng)連接的物理線路及設(shè)備，每個(gè)分中心都需要 1 套，相應(yīng)的線路租用費(fèi)用也是每個(gè)分中心 1 份，日常所需的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)也是每個(gè)分中心都有，這對(duì)各分中心的日常運(yùn)行管理來(lái)說(shuō)，是不小的負(fù)擔(dān)。因此，從設(shè)備配置，專線租用費(fèi)用，日常運(yùn)行管理維護(hù)所需的人力、物力等方面來(lái)說(shuō)，方案 1 具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4）方案 2 具有信息采集站擴(kuò)充能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)比較綜合來(lái)看，水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)省中心集中接收方式具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，建議采用。在實(shí)際應(yīng)用中如果站點(diǎn)很多，當(dāng) 1 條 2 Mbit/s 的電路無(wú)法滿足需求時(shí)，可以采用擴(kuò)充電路帶寬的方法解決。

表 1 水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方案分析比較表

以已經(jīng)在建設(shè)的江蘇省水資源管理信息系統(tǒng)一期為例，將建設(shè) 4 300 多個(gè)監(jiān)測(cè)站，其中地表水取水監(jiān)測(cè)站近 1 600 個(gè)，地下水取水監(jiān)測(cè)站 2 200 多個(gè)，地下水位監(jiān)測(cè)站 500 個(gè)。一期系統(tǒng)將建設(shè) 1 個(gè)省中心、13 個(gè)市級(jí)分中心和 26 個(gè)縣級(jí)分中心，通過(guò)在省中心建立 CDMA 專線，所有遙測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過(guò)CDMA 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和專線，首先發(fā)送到省中心，然后由省中心通過(guò)省水利專網(wǎng)分發(fā)到各個(gè)分中心，這樣的方式，既大大減少專線建設(shè)和運(yùn)行的費(fèi)用，也能確保各分中心獲取數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

水資源監(jiān)測(cè)站點(diǎn)除了邊界控制斷面、供水水源地、取水口、地下水，還包括入河排污口、水功能區(qū)和灌區(qū)等監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，站點(diǎn)數(shù)量多，分布范圍廣，水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與傳輸是水資源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是保證整個(gè)水資源管理系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)之一。在考慮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸接收方案時(shí)，要綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行管理的方便和成本的經(jīng)濟(jì)，另外，在選擇無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商時(shí)，無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和信號(hào)強(qiáng)度等也要加以考慮，且需要預(yù)先做好調(diào)研。只有這樣，才能保證建成后的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)實(shí)用，又能長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

[1] 王浩，蔣云鐘，石玉波，等. 國(guó)家水資源管理系統(tǒng)項(xiàng)目建議書(shū)[R]. 北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，航天信息股份有限公司，2010: 1.

[2] 中華人民共和國(guó)水利部. ?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水資源管理系統(tǒng)建設(shè)基本技術(shù)要求[S]. 北京：中華人民共和國(guó)水利部，2008: 1-2.

[3] 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，水利部水文局（水利信息中心）. 流域水資源管理系統(tǒng)建設(shè)基本技術(shù)要求[S]. 北京：水利部水文局（水利信息中心），2011: 1.

[4] 蔣云鐘，丁強(qiáng)，朱慶平，等. 水資源管理信息系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：水利部水資源管理司，水利部人力資源開(kāi)發(fā)中心，2007: 64-65.

[5] 馮永勤，孫京忠，符偉杰，等. 安徽省水資源管理系統(tǒng)實(shí)施方案[R]. 合肥：安徽省水文局，2010: 45-50.

[6] 張建云，劉九夫，吳永祥，等. 江蘇省水資源管理信息系統(tǒng)一期工程初步設(shè)計(jì)[R]. 南京：南京水利科學(xué)研究院，2009: 53-60.

Scheme of Data Transmission in Water Resources Management System at Provincial Level

FU Weijie1,2, FENG Yongqin3, LI Wanxiang4, WANG Yan1,2, LI Hui1,2
(1. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China;2. Hydrology and Water Resources Engineering Research Center for Monitoring, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China; 3. Jiangsu Provincial Hydrology and Water Resources Investigation Bureau, Nanjing 210029, China; 4. Honghe Branch of Yunnan Hydrology and Water Resources Bureau, Honghe 661100, China)

The article discusses two typical transmission schemes of monitoring data in water resources management system at provincial level. The two schemes are analyzed and compared from reception mode and physical circuit. It shows the advantages and disadvantages of the schemes and puts forward the proposal projects. It provides reference for design and construction of information collection and transmission in water resources management system at provincial level and similar system.

water resources management system; provincial level; monitoring data transmission; data receiving; data center of province; branch data center; information flow

TV21

A

1674-9405(2015)03-0022-04

2014-11-03

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)重點(diǎn)基金項(xiàng)目（Y913016）

符偉杰（1969－），男，江蘇常熟人，高級(jí)工程師，主要從事水利信息化系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作。