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北京世紀長秋科技有限公司
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利用衛星的水情測報系統有許多優勢，如區域、成本、效率、可靠性等
利用衛星的水情測報系統有許多優勢，如區域、成本、效率、可靠性等。論文介紹了Inmarsat-c的性能特點及其在懷柔水庫水情測報系統中典型應用，它為我國水情測報及其他環境、氣象、油田、交通等領域的應用開辟了新的途徑、很值得關注。
完成單位：北京通訊與導航系統有限公司（中國交通通訊指揮中心下屬公司）
使用控制器型號：LP3100/LP3500
數據采集點：38點
通訊方式：海事衛星
主要測點：
1. 庫區水位（投入式水位傳感器）
2. 雨量（雨量計）
3. 風速（部分）
供電方式：太陽能極板+蓄電池
安裝位置：測井旁測量室或柱上
一、系統概述
水情自動測報是采用現代科技對水文信息進行實時遙測、傳送和處理的專門技術，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手段。它綜合了水文、電子、電信、傳感器和計算機等多學科的有關成果，用于水文測量和計算，提高了水情測報速度和洪水預報精度，改變了以往僅靠人工測量水情數據的落后狀況，擴大了水情測報范圍，對江河流域及水庫安全度汛和電廠經濟運行以及水資源合理利用等方面都能發揮重大作用。
海事衛星(Inmarsat)水情自動測報系統是利用海事衛星通信為通信媒體的測報系統。目前，我國已經建成的水情測報系統共有幾百個，其中99%都采用了超短波，這些系統對于短距離、地勢較平坦的地區來說發揮了很大的優勢。但是，超短波通信的局限性在于會因高山的阻擋而影響通信，為此不得不增加中繼站。這樣系統的設備投資、土建投資和運行維護費用都會相應增加。因此，對于流域面積較大、地勢復雜的水域來說，采用超短波通信傳送水情信息遇到了很大的困難，有時需要經過4-5級的中繼才能把水情信息送到控制中心，這樣也降低了系統的可靠性。
二、Inmarsat-C通信介紹
1 Inmarsat簡介
Inmarsat即國際移動衛星組織（原名國際海事衛星組織），是一個提供衛星移動通信業務的政府間合作機構。創建于1979年，總部設在英國倫敦，目前擁有87個成員國。Inmarsat初創時旨在為海上用戶提供移動通信業務服務，隨著業務的發展，目前它已經成為世界上為陸海空用戶提供衛星移動公眾通信和遇險安全通信的業務提供者。Inmarsat面對不同的用戶提供Inmarsat-A、B、M、C、Mini-M及Aero等多種衛星通信系統。
2 北京船舶通信導航公司和北京海事衛星地面站簡介
中國是Inmarsat創始成員國之一，Inmarsat中國簽字者為北京船舶通信導航公司（Beijing Marine Communication and Navigation Company）。作為中國向國際移動衛星組織負責的經辦機構，北京船舶通信導航公司負責在中國經營和管理Inmarsat業務。負責向用戶提供從終端設備入網啟用、通信服務、系統集成、技術支持到帳務結算的服務，建設和運營北京海事衛星地面站。北京海事衛星地面站自一九九一年正式運轉至今，已經能夠提供幾乎所有Inmarsat業務，包括Inmarsat-A、B、M、C、及Mini-M型標準業務。一九九八年，北京船舶通信導航公司投巨資對Inmarsat-C站進行了升級改造，業務能力得到完備和增強。北京海事衛星地面站
強大的技術支持和網管陣容為陸海空用戶提供24小時不間斷的、全天候的衛星移動通信服務。
3 Inmarsat-C業務介紹
Inmarsat-C系統是一個以存儲轉發方式（Store & Forward）向用戶提供雙向衛星移動數據通信的系統，其通信速率為600bit/s。Inmarsat-C通信系統由三部分組成，既空間段、衛星地面站和用戶終端。空間段包括通信衛星、網絡協調站和網控中心。衛星地面站為衛星和陸地網之間的連接樞紐。Inmarsat擁有和運營空間段，制定通信技術規程。各國簽字方擁有和運營衛星地面站，負責面對用戶提供服務，制定收費標準。Inmarsat-C用戶終端體積小、重量輕，全向性收發天線。用戶終端的能耗很低，可以使用蓄電池、太陽能等電源，尤適合邊遠地區使用，且設備費用經濟。世界上任何有實力的生產廠家都可按照Inmarsat制定的技術指標生產用戶終端，但須經Inmarsat測試獲得類型批準后方可投入市場銷售，目前世界上有很多廠家生產Inmarsat-C用戶終端。
Inmarsat-C終端的通信方式有兩種：電文方式和數據報告方式。電文方式是利用信息信道傳送大批量數據的一種存儲轉發業務。采用電文方式傳送數據，數據到達地面站后要重新打包，然后轉發給接收方，需要的傳輸時間比較長，通常要五、六分鐘，若地面站當時的業務繁忙則傳輸時間會更長一些。但電文方式傳送數據，由于采用了錯誤校驗、信息重發和收妥確認等技術手段，數據傳輸的可靠性比較高。
電文方式一次最多可傳送數據32K字節。數據報告方式是利用信令信道傳送小批量數據，一次最多傳送32個字節。數據報告方式分為兩種，一是移動終端到陸地用戶數據報告方式，經由地面PSDN或PSTN網；另一是移動終端到移動終端的數據報告方式。數據報告方式傳送時間比較短，從發送端到接收端為40秒左右，非常適合于要求傳輸數據快、傳送信息量小的稀路由用戶，如無人監控、數據采集的應用，非常適用于水文測報、輸油輸氣管理監控、地震、森林及海洋等領域數據監控。
4 Inmarsat-C數據報告業務介紹
該方式將一組用戶所有的終端作為遙測站，中心控制站由一臺計算機完成，整個系統賦予一個網號，遙測站之間用成員號（Member No.）加以區分。中心控制站與衛星地面站之間通過PSTN或PSDN陸地網連接。遙測站發來的信息經衛星地面站，通過PSTN或PSDN網直接傳遞給中心控制站，也可由中心控制站撥號到衛星地面站去取遙測站發來的信息。
4.2 移動終端到移動終端的數據報告方式
移動終端到移動終端的數據報告業務的工作方式是將一組用戶，如：一個門所有遙測站和監控中心站組成一個網，分配給它們一個數據網號（DNID），此網中所有終端都有各自不同的成員號（Member No.），其中有一個或兩個終端可設為主站（中心監控站），其余終端為從站（遙測站），每個網絡最多可容納255從站，如果一個網的容量不夠，可申請使用多個網號，每個衛星地面站的網號資源可達65536個。從站可定時自動地向主站控制中心發送數據，每次可發1至3包，各個包捎帶數據量分別為8、12、12字節，共32個字節。主站可向網中所有從站發送數據或控制指令，也可以向網中某一從站發送數據或控制指令。通過PSTN或PSDN網的數據報告方式的特點是地面站與中心控制站間不是通過衛星鏈路連接，而是通過PSTN或PSDN有線網連接。移動終端到移動終端的數據報告方式的特點是所有通信均不經過陸地網，通信不受陸地網的限制，對于陸地網不發達的地區使用這種組網方式比較合適，如西藏、新疆等地區。兩種方式的通信如圖2.4.2-1所示：
5 Inmarsat-C用于水情測報的特點
（1）可靠性高
Inmarsat系統是為海上遇險、緊急與安全通信而設計的，系統主用衛星四顆，備用衛星七顆，網絡協調站均有備份，有Inmarsat-C地面站30多個，整個系統的備份好。另外，Inmarsat是下的民用國際組織，不會因為戰爭等因素而導致系統關閉，因而系統可靠性；
（2） 雨、雪衰減小
Inmarsat-C系統用戶終端采用L頻段，該頻段對雨衰非常小，約為0.2dB，惡劣天氣（尤其是雨季）不會影響通信。
（3） 設備輕巧
Inmarsat-C終端天線很小（重0.75公斤，尺寸HxD 124mm x 150mm），雨季不至遭到雷擊，終端設備輕（重約1.3公斤，尺寸HxWxD 50mm x 180mm x 165mm），易于運輸、安裝和維護，非常適用于野外監控和數據采集。
（4） 可無人值守
Inmarsat-C終端省電，睡眠狀態下耗電僅為30毫瓦，可用太陽能供電。中心站可遙控控制遙測站。
（5） 投資少
利用Inmarsat-C建立通信系統，用戶只需購買終端自行組網。衛星系統和衛星地面站已運行多年。設備小，土建簡單，費用少。維護方便使得運行后的維護費用也很低。沒有通信月租金,即不通信不收費。
（6） 建設速度快
所有市場銷售的Inmarsat-C終端都已經過Inmarsat的批準。用戶只需購買終端辦理入網即可使用，故系統的建設速度快。
三、CScadaTM 系統組成及功能
CScadaTM水情自動測報系統由中心控制站和遙測站組成。中心控制站實時接收Inmarsat衛星轉發的各遙測站上報的水文數據，對數據進行檢查、存貯、顯示、打印等處理，向所有遙測站發送控制命令，包括控制每天發送次數、校時等，按設定的時段間隔，計算出各雨量站的時段雨量值，統計上報數據的次數及工作狀態，檢索數據。遙測站的主要任務是自動實時采集、存貯雨量及水位數據，按設定的時間及時間間隔通過衛星向中心控制站傳送水文數據。
四、中心站介紹
CScadaTM水情自動測報系統由中心控制站和遙測站組成。中心控制站實時接收Inmarsat衛星轉發的各遙測站上報的水文數據，對數據進行檢查、存貯、顯示、打印等處理，向所有遙測站發送控制命令，包括控制每天發送次數、校時等，按設定的時段間隔，計算出各雨量站的時段雨量值，統計上報數據的次數及工作狀態，檢索數據。遙測站的主要任務是自動實時采集、存貯雨量及水位數據，按設定的時間及時間間隔通過衛星向中心控制站傳送水文數據。
五、遙測站介紹
1 遙測站組成
2 遙測站功能
◇ 實時采集雨量、水位數據并將過程存儲到閃存,可保留1年歷史數據
◇ 定時自報，按時段向中心控制站發送數據（中心控制站可遙控設置時段間隔，按的要求，分為5個時段，也可通過置數設備設置時段間隔。）
◇ 事件自報，當雨量或水位達到預先設定的間隔時，系統會自動將數據發送到中心控制站
◇ 可通過人工值數設備現場修改、查詢數據,
◇ 可通過計算機讀取歷史數據或設置系統參數
◇ 衛星校時
◇ 接收中心站的控制指令并完成相關操作,如雨量清零的等
3 CTC-001數據采集儀介紹
CTC-001數據采集器是一種全自動、多功能、微功耗數據采集器，特別適合水情、水文、環境、氣象、石油、交通等領域的數據自動采集。
5.3.1 CTC-001的構成
CTC-001由接口擴展及電源控制電路板、美國Z-World公司LP3100控制器和德國桑蘇（Solsum 6.6）充電保護器構成。所有信號接口均采用德可（WAGO）接口端子，電源接口端子采用中國臺灣町洋（DINKLE 2ESD）接插件，面板傳感器及電源接口均采用航空接插件。內部信號線接頭處全部用熱縮管密封。圖5.3.1-1和圖5.3.1-2分別為CTC-001內部結構及后面板接口示意圖，表5.3.1-1為后面板接口說明。
5.3.2.1 LP3100控制器LP3100是CTC-001的核心器件，它具有如下特點：
低功耗、低電壓設計（3.3V工作電壓）
靈活的電源控制系統
◇ 可選的系統時鐘（6.144MHz或3.072MHz）
◇ 閃存技術（512K）
SRAM（128K）
◇ 2個串行通信口（RS-232和RS-482）
◇ 4個12位模擬輸入
◇ 4個數字輸入
◇ 8個數字輸出
◇ 8個可編程數字輸入輸出
◇ 時鐘
◇ 微處理器監測電路
◇ 擴展接口
◇ 診斷LED
圖5.3.2.1-1 為LP3100元器件分布圖，H2為I/O接口，H3為擴展接口，H4為軟件輸入接口，U29為128KRAM，U8為256K Flash Eprom用于存放程序，U25為256K Flash Eprom，用于存放用戶數據。D1為診斷發光二極管，本系統將D1引到機殼上，機殼前面板右側的“工作指示"就是D1。圖5.3.2.1-2是LP-3100原理結構圖.
美國Z-World公司是一個專門從事生產工業控制設備的公司，其產品遍及70多個國家和地區。近250,000個Z-World控制器在不同的應用領域使用。其中，廣州博控LP3100控制器專門為野外應用而設計，它的特點就是功耗低，適合太陽能供電。
5.3.2.2 接口擴展及電源控制電路板
功能：擴展LP3100接口，傳感器接口電路，控制C站電源，控制光電水位計電源。
圖5.3.2.2-1 為接口擴展及電源控制電路板接口示意，表5.3.2.2-1為接口說明.
說明:
◆ 標準接口擴展及電源控制電路板沒有控制光電水位計電源電路（印刷電路板上預留了元件焊接孔，但未焊接元器件），系統若要求接光電水位計,則需焊接相關元器件。
◆ 系統缺省連接的雨量計為單簧雨量計，若要求接雙簧雨量計，需將電路板左側的K1連接到標有“Double"字樣的端子。
5.5 工作方式及過程
5.5.1 工作參數
1) 衛通ID碼
由海事衛星管理部門分配，每臺衛星設備在使用前需到該國的海事衛星管理部門辦理入網，獲得一個識別碼（ID碼），然后才可投入正常使用。
2) 數據網號
Inmarsat-C用于水情測報時，工作方式為數據報告方式，該方式要求分配一組數據網號（DNID）才能工作，一個水情測報系統通常只有一組數據網號，用于區分其它系統。
3) 成員號
一個數據網號允許有255個成員，成員號是區分各遙測站和中心站。每個測站有的成員號。
4) 測站類型
本系統中測站類型分為純雨量站、純水位站、雨量水位站和雨量水位閘位站。
5)定時報數間隔
遙測站可按事先設定的時間間隔向中心站發送數據，該時間間隔就是定時報數間隔，分為5個時段。
6) 降雨量間隔
遙測站存儲的降雨量累加值若和上一次發送的數據相差某一數值時，系統啟動發送數據，該值便是降雨量間隔。
7) 水位間隔
遙測站監測的水位值若和上一次發送的數據相差某一數值時，系統啟動發送數據，該值便是水位間隔。
8) 水位計類型
本系統可以連接光電水位計和機械水位計，水位計類型參數是區分這兩種水位計。
9) 光電水位計監測間隔
為了節省功耗，光電水位計在野外不是一直上電工作的，它是按一定的時間間隔上電監測水位，該時間間隔即為光電水位計監測間隔。
10) 光電水位計量程
該參數用于設置光電水位計量程，分8個量程，最小量程為5米，每隔5米為一個量程，40米。
5.5.2 工作方式
1) 定時自報
按“定時報時間隔"向中心控制站發送數據（中心控制站可遙控設置時段間隔，按的要求，分為5個時段，也可通過值數設備設置時段間隔。）
2) 事件自報
當雨量或水位達到預先設定的間隔時，系統會自動啟動并將數據發送到中心控制站
3）查詢應答方式
中心站每天9:01分向所有的遙測站發送控制指令，以改變遙測站的工作狀態。
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