衛星通信應用系統對水文工作的應用論文

時間：2024-07-12 21:36:17 通信工程畢業論文

衛星通信應用系統對水文工作的應用論文

　　摘要：2012年，水利衛星通信應用系統在黃委建設的50處衛星小站建成投運以來，在水情報汛和日常水文業務中發揮了備用信道作用，確保了黃河重要水情信息的傳遞，產生了很好的防洪減災效益。介紹了水利衛星通信應用系統在黃河水文工作中的應用情況，就應用中發現的通話延遲、設備維修費用及與水利專網的互聯互通問題提出了合理建議，以期為推廣和應用新一代水利衛星通信平臺，提高抗災救災能力提供幫助。

衛星通信應用系統對水文工作的應用論文

　　關鍵詞：衛星通信；水文；黃河

　　1概況

　　2000年以來，隨著國家加大水利基礎設施投入，黃河水文通信取得了長足發展，固話、手機和互聯網在基層報汛站逐步得到了普及和發展。目前，黃委水文局已建成了與所轄上游水文水資源局、寧蒙水文水資源局等6個水文水資源局相連的廣域網絡，通過GSM短信、北斗衛星以及公用網絡取代了以往短波電臺和電話的報汛方式，構建了覆蓋全流域的水情報汛通信體系[1]。黃委所屬雨量站和水位站全部實現了自動報汛，報汛工作的準確性、時效性和自動化水平得到了很大提高，職工勞動強度大為降低。為進一步提高水利通信保障水平，2012年，水利部在水利衛星平臺基礎上，建成了水利衛星通信應用系統，在全國七大流域機構建設了180個衛星小站，從而形成了水利專網、地面公網和空中衛星的有效結合、互為補充的立體通信格局。其中，黃委共建設50個衛星小站，包括15個水情分中心站和35個報汛站。水利衛星信道不但可以進行常規的數據傳輸，還可以進行語音、圖像等防汛綜合信息的雙向實時傳輸，進一步提升了黃河汛情信息采集和傳輸。

　　2水利衛星通信應用系統概況

　　2010年水利部建成并投入運行水利衛星通信平臺,2012年，水利部在水利衛星通信平臺基礎上建設了水利衛星通信應用系統,解決流域的水文報汛、應急搶險機動通信、工程視頻監視、互聯網接入等綜合業務需求。水利衛星通信平臺使用了亞洲5號和亞太6號通信衛星，擁有27.2MHz衛星資源，采用兩種波段組合傳輸方案（Ku+C）。Ku波段使用亞洲5號衛星，帶寬22.2MHz；C波段使用亞太6號衛星，帶寬5MHz。水利衛星通信應用系統主要由衛星轉發器和衛星通信地球站組成，其中衛星通信地球站根據功能又分為衛星主站、衛星小站兩類。水利衛星通信應用系統組成見圖1。

　　2.1衛星主站

　　水利衛星通信主站設在水利部，采用主流的DVB-S2技術標準、TDM/TDMA體制和Ku＋C波段組網，實現了衛星信號接收、發送和語音軟交換、IP數據廣播、互聯網接入、視頻服務等功能。

　　2.2衛星小站

　　一期水利衛星小站主要設在全國流域機構的水文、水庫站點，均使用亞洲5號衛星Ku波段轉發器資源。其從功能上主要分為語音數據小站、綜合業務小站和應急通信小站3類小站。3類小站由于功能定位不同，所使用的組網方式、解決方案與設備配置也有所差別，其中，語音數據小站具有語音數據通信、高速數據通信和數據采集組網功能，標準配置一般包括衛星天線、室外單元（BUC）、低噪聲放大器(LNB）、室內單元（IDU）、語音網關（IAD）、交換機、串口服務器以及電話機等。綜合業務小站主要在語音數據小站的基礎上增加了視頻監控功能[2]，配置攝像機和硬盤錄像機或帶視頻存儲功能的視頻服務器，將采集到的圖像存儲于本地供日常監控使用，也可將實時圖像通過衛星信道傳送至中心站。應急通信小站主要在綜合業務小站基礎上增加了自動對星模塊和單兵系統，可以服務于巡測、搶險等外業或應急通信；目前，衛星小站中，黃委建設了47個語音數據站和3個綜合水文站（吳堡、黑石關、花園口站）。在二期建設中，黃委還將建設75個衛星小站（含3個應急便攜型衛星小站）。

　　3水利衛星在黃委應用情況

　　3.1衛星電話通信

　　衛星小站語音通信功能是利用主站配置的軟交換（SoftSwitch）和相應的中繼網關設備來實現。黃委衛星小站可以通過衛星鏈路經主站軟交換直接與其他衛星小站用戶互通，也可以通過衛星鏈路經主站軟交換、VOIP網關、SDH專網與黃委各級專網用戶互通。由于后一種通信鏈路實現了衛星電話接入黃委內線電話網，擴大了衛星電話通信對象，而且較前一種通信鏈路的衛星電話通話延時短，通話質量高，深受黃委衛星小站用戶和內線電話用戶歡迎，使用率較高。黃委水利衛星小站電話號碼編碼主要按照《全國水利通信網自動電話編號》標準（SL417-2007）編制。根據衛星小站位置和所屬地區區號，黃委水利衛星小站共分配了12個局向號，分別為：93719、99319、99719、94729、93549、99349、99389、93989、93919、93799、95319、95469。

　　3.2高速數據通信

　　為充分利用水利衛星信道，黃委建立了與常規報汛信道并行，從報汛站到水情分中心再到黃委水情中心的水情傳輸衛星備用信道，采用“實時雨水情數據先到先入庫，同一數據不覆蓋”機制進行水情數據傳輸。為黃委10個水情分中心的衛星小站配置了應用終端和路由器，實現了衛星通信網絡和所在辦公局域網連通，使各衛星小站均能通過衛星信道訪問水利專網，增強了報汛單位上下級間業務聯系。按照《水利信息網命名及IP地址分配規定》的標準(SL307—2004)，黃委50個衛星小站水利內網IP分配在10.253.28.X和10.253.29.X地址段。黃委水利衛星系統網絡結構見圖2。

　　3.3效益

　　水利衛星通信應用系統的投入應用，為黃河水文增加了一條水情報汛備份傳輸通道，將水情分中心和報汛站與黃委內線互通，實現了報汛站與上級單位利用衛星系統的VOIP電話互通和網絡互通，增強了各級黃河水文間業務聯系，提高了黃河水文對黃河防汛安全、水庫調度運用、水資源管理等治黃業務的技術支撐力度。在2013年和2014年汛期水文工作中，黃委利用公網信道和衛星小站同時報送雨水情信息，解決了常規信道故障情況下無法及時進行網絡傳輸和語音通信而影響正常報汛的問題，并在應急處置方面發揮了衛星通信的突出優勢。

　　4水利衛星應用系統應用評價

　　4.1主要優點

　�。�1）衛星通信不受地形影響，不需建中繼站，通信距離遠、信道穩定[3]、不受水毀、地震等突發災情影響，特別適合于點多，面廣、地理位置偏僻、公網通信線路不發達地區，而通信時效性、保障性要求高的報汛測站。水利衛星應用系統為各級報汛單位增加了一條與傳統公眾通信系統并行的衛星備份傳輸通道，可有效增強防汛通信保障能力，一定程度解決雨水情測報、預警和重點河段的工程視頻監控等通信需求。（2）通信功能全。水利衛星通信與北斗衛星通信相比，增加了語音通信，數據廣播、高速網絡應用等功能，非常適合基層防汛通信應用。（3）基層用戶單位運行維護成本低。水利部在建設新一代水利衛星通信平臺時，一次性購買了水利衛星信道15年使用權，對于各使用單位則采取免收衛星轉發器資源頻率占用費、入網費、通信費，極大程度降低了衛星通信小站的運行成本。

　　4.2存在的不足

　�。�1）水利衛星電話間的通話存在明顯延遲，部分衛星小站通信不穩定。由于地面站到衛星中轉站的距離遠，根據使用感受，延遲接近1S，和普通電話相比，交流不夠流暢。另外，可能由于存在日凌中斷、星蝕和雨衰現象等原因[4]，部分小站的語音通信不穩定，有少部分衛星小站電話存在時通時不通的情況，尤其在雷雨天氣效果不佳。（2）基層單位普遍缺乏衛星系統備品備件和運行維護經費，設備維護困難。另外，衛星系設備技術復雜，需要經過專門培訓的技術人員運行維護[5]。（3）由于一期項目缺乏配套的路由設備和應用終端，黃委還未能全面實現衛星網絡和水利專網的互聯互通，個別衛星小站還不能使用衛星信道的數據通信功能。

　　5工作建議

　　目前，水利通信的應用發展具有傳輸帶寬越來越大、傳輸質量越來越高、技術手段更新越來越快的特點，在水利業務的應用上出現了精細化、動態管理的趨勢[6]。2014年水利部已啟動了流域偏遠水文站信息傳輸衛星通信小站建設，項目將于2016年全面實施，項目實施后，黃委將形成擁有125個衛星小站的衛星報汛網，基本實現黃委所屬干支流水文站的衛星通信全覆蓋，將大大增強黃委水情報汛的保障能力。為進一步促進水利衛星通信系統推廣應用，提出如下建議：（1）加強二期項目通信平臺優化和完善，加強設備選型，提高系統穩定性；開展技術研究，提高水利衛星語音、數據及視頻監控的傳輸質量。（2）為衛星小站配置一定數量的備品備件和專用維修工具，滿足流域機構基礎維修工作需要。（3）各級水利衛星應用部門應加強相關設備配套和運行維護工作，認真總結一期系統建設經驗，確保系統正常運行。

　　6結語

　　新一代水利衛星應用系統從設施、設備軟、硬件到技術特點上都非常適合防汛基層業務工作。投入運用以來，在2013和2014年黃河水情報汛工作中發揮了顯著作用。隨著水利信息化建設的不斷深入，水利系統對信息傳輸的要求越來越高，衛星通信作為專網和公網的重要補充將繼續發揮不可替代作用。在各級防汛部門推廣和應用新一代水利衛星通信平臺以進一步提高抗災救災能力，效益顯著，很有意義。

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