第4章-水文信息傳輸與自動測報系統(tǒng)

第4章

水文信息傳輸與自動測報系統(tǒng)WUHEE4.1水文信息的傳輸方式水文信息遙感原理水文信息的計算機網(wǎng)絡(luò)短波水文自動測報系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)雷達測雨及雷達—水情自動測報綜合系統(tǒng)6.7牡丹江水文局水文自動測報系統(tǒng)簡介水文信息的采集與傳輸：上世紀(jì)70年代以前基本是人工、有線電話和電報；進入80年代以后，隨著遙測技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等現(xiàn)代通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，水文信息的采集與傳輸開始進入全新的現(xiàn)代化時代。本章將扼要介紹信息、遙測和計算機網(wǎng)絡(luò)的基本原理和組成，以及水文自動測報系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。WUHEE第一節(jié)水文信息的傳輸方式WUHEE流域或地區(qū)的水文信息量是很大，并且會越來越大，因此，必須采用先進的通訊手段和依靠龐大的通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。一、通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)是指傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備的總稱。通信系統(tǒng)的一般模型如下圖示.WUHEE（一）信息源和收信者信息源根據(jù)輸出信號的性質(zhì)不同分為：

模擬信源：電話機電視攝象機等—輸出連續(xù)幅度信號；離散信源：計數(shù)器、電傳機等—輸出離散的符號序列或文字。信息可分為：語言、數(shù)據(jù)、視頻、圖象、多媒體（多種信息的集合）。模擬（語音、視頻） 數(shù)字。WUHEE（二）發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能：是將信息源和傳媒介匹配起來，將信息源產(chǎn)生的信息信號變換成為便于發(fā)送的信號形式。送往傳媒介。變換方式可以是各種形式的。目前多采用數(shù)字通信系統(tǒng)。其發(fā)送設(shè)備通常又分為信道編碼和信源編碼兩部分。如下圖4-1-2所示。WUHEEWUHEE信息編碼：把連續(xù)的信息變換為數(shù)字信號；

信道編碼：是使數(shù)字信號與傳輸媒介相匹配。發(fā)送設(shè)備還包括某些特殊要求的各種處理，

如多路復(fù)用、保密處理、糾錯編碼等。WUHEE（三）傳輸媒介傳輸媒介：發(fā)送設(shè)備地接收設(shè)備之間信號傳遞經(jīng)過的媒介?？梢允怯芯€的，如有線電纜、光纖；也可是無線的，如微波、衛(wèi)星、蜂窩或紅外光等。干擾：熱噪聲脈沖干擾、衰減等。傳輸媒介可能不止一處。（更遠距離傳輸）WUHEE（四）接受設(shè)備接受設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換就，即解調(diào)、譯碼解密等。以上是單向通信系統(tǒng)，多數(shù)情況下是要求雙向通信。以及必要的交換系統(tǒng)，組成完整的通信系統(tǒng)或通信網(wǎng)絡(luò)。WUHEE二、傳輸媒體的類型WUHEE傳輸媒體：是信息傳輸必須利用的某種形式。傳輸媒體可分為以下兩大類：1、有線媒體:物理媒體（金屬或玻璃導(dǎo)體）、受約束媒體、導(dǎo)向媒體、傳導(dǎo)系統(tǒng)。2、無線媒體：以無線電波形式傳輸。無導(dǎo)向系統(tǒng)、不受約束系統(tǒng)、無線電波系統(tǒng)。無線電波的頻率范圍在3kHz~300kHz，劃分為若干頻段（波段），見下表。表4-1-1WUHEE無線電波的分類及傳播特性波段波長頻率傳播方式長波10000~1000m30~300kHz地波中波1000~100m300~3000kHz地波短波100~10m3~30MHz天波超短波10~1m30~300MHz近似直線傳播微波分米波10~1dm300~3000MHz直線傳播厘米波10~1cm3~30kMHz直線傳播毫米波10~1mm30~300MHz直線傳播無線電波的波速為3×108/m/s（同光速）計算公式：C=λfWUHEEΛ—波長；f——頻率。水文信息傳輸多采用超短波、微米波，因此，必須采用中繼站方式。三、有線傳輸系統(tǒng)WUHEEPair記做UTP

）（一）銅雙絞線：電話線

1、無屏蔽雙絞線（Unshielded

TwistedP如下圖4-1-3所示。一般來說，無屏蔽雙絞線不再用于長途傳輸系統(tǒng)，多用于本地環(huán)路和室內(nèi)線及室內(nèi)電纜。WUHEE2、屏蔽雙絞線（Shielzded

Twisted

Pair 記做STP）與無屏蔽雙絞線（UTP）區(qū)別在于它的線周圍包裹`有金屬屏蔽層或柵格層，如下圖4-1-4。屏蔽雙絞線附加的成本而限制了它的應(yīng)用。通常用于傳送高頻信號和存在臨時線對干擾的地方。WUHEEWUHEE（二）同軸電纜同軸電纜是非常堅韌的屏蔽銅線，它由兩條導(dǎo)線組成，即中心導(dǎo)體和外屏蔽層。如圖1-1-5所示。主要應(yīng)用于大寬帶的數(shù)據(jù)連接。如主機到主機、機箱到機箱、主機到外設(shè)以及局域網(wǎng)和有線電視網(wǎng)中。WUHEEWUHEE（三）光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)是由光源、光纜和光探測器組成。如圖4-1-6所示。光纖就是由玻璃纖維的芯和包層兩部分組成。又稱為裸光纖，其外層增加一層外套增加強度并能保護光纖構(gòu)成光纜。又有單芯和多芯光纜之分。見圖4-1-7所示。WUHEEWUHEEWUHEE四、無線傳輸系統(tǒng)WUHEE（一）短波通信上世紀(jì)70年代初，國家水利部在部分地區(qū)建立了用于報汛的短波水情通訊網(wǎng)。短波通信信號是通過電離層的反射來傳播的。見圖4-1-8所示。短波通信的優(yōu)點是通信距離遠。機動靈活、成本低。缺點是短波信道衰減嚴(yán)重，而需要經(jīng)常改變其工作頻率。WUHEE（二）流星余跡通信流星余跡通信又稱流星猝發(fā)通信（MBC），是利用地面以上100km左右的高空大氣中的流星通過大氣燃燒，形成很長的電離粒子束，即所謂的流星余跡。流星余跡通信見下圖4-1-9所示。WUHEEWUHEE系統(tǒng)工作方式：主站發(fā)射一個探測脈沖，

探測信號流星余跡反射到各個遙測站，當(dāng)遙測

站檢測出主站探測信號，并經(jīng)分析得到理想的同步和碼信號后，遙測站立即把預(yù)先存貯的數(shù)據(jù)通過同一流星余跡發(fā)射到主站，主站收完數(shù)據(jù)后立即發(fā)一個認(rèn)可信號傳輸?shù)竭b測站，該數(shù)據(jù)收集結(jié)束。WUHEE（三）超短波通信超短波是指頻段在30~1000MHz的電磁波。我國已建設(shè)的大多數(shù)山區(qū)的中小流域的遙測網(wǎng)基本上工作在150~450MHz低端的超短波頻段上。而高端頻率的超聲波則用于主干線的多路通信。山區(qū)超短波通信距離一般在50~100km。大流域則需要微波等其他方式配合。WUHEE（四）微波通信微波通信是我國應(yīng)用較早的一種通信方式，水利部門已建有自己的專用微波線路。微波的重要特性是類似光波的直線傳播，其直線距離不超過50km。必須建立相應(yīng)的中繼站。微波的通信質(zhì)量、抗干擾能力、可靠性等方面高于其他形式。缺點是多個中繼站，投資大，建設(shè)周期長，管理不方便。WUHEEWUHEE（五）衛(wèi)星通信WUHEEWUHEE第二節(jié)

水文信息遙測原理一、遙測與遙控的基本概念遙測：是指對遠距離被測對象的間接測量。是測量的一種延伸。遙測系統(tǒng):完成遙測任務(wù)的所有設(shè)備的總合。一般包括輸入設(shè)備、傳輸設(shè)備和終端設(shè)備。如下圖4-2-1所示。WUHEE輸入設(shè)備：包括傳感器和信號調(diào)節(jié)器。傳感器的作用是感受被測物理量（參數(shù)）并把它變換成便于傳輸、處理、顯示和記錄的電信號。信號調(diào)節(jié)器是將信號放大、調(diào)制、匹配和補償，提高傳感器的變換精度。WUHEE傳輸設(shè)備和終端設(shè)備傳輸設(shè)備的作用是把輸入設(shè)備輸出的信號傳輸?shù)胶苓h的終端設(shè)備?？梢允怯芯€的導(dǎo)線、電纜和光纜；無線的收發(fā)機、天線和傳輸媒介（信道）。終端設(shè)備的作用是對傳輸設(shè)備的輸出信號進行處理、顯示和記錄。終端設(shè)備可能十分簡單，也可能非常復(fù)雜。WUHEE遙控:遙控是對遠距離的被測對象的間接控制。習(xí)慣上稱為“遙控”。如下圖4-2-2所示。此為比較簡單的開環(huán)遙控系統(tǒng)。WUHEE在遙控系統(tǒng)上增加一個反饋系統(tǒng)，以便控制人員了解被控的結(jié)果是否滿足要求。稱為閉環(huán)遙控系統(tǒng)。如下圖示。WUHEE閉環(huán)遙控系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)，實際上是一個遙控系統(tǒng)，其中的監(jiān)測設(shè)備相當(dāng)于遙控系統(tǒng)的輸入設(shè)備，指令產(chǎn)生設(shè)備相當(dāng)于遙控系統(tǒng)的終端設(shè)備。遙測與遙控關(guān)系十分密切，通常把它們合起來稱為“運動系統(tǒng)”或“二遙技術(shù)”。當(dāng)前已經(jīng)把遙測、遙控與通信、電視和跟蹤系統(tǒng)等組合成一個多功能系統(tǒng)，達到減少設(shè)備、降低能耗和成本的目的。綜合系統(tǒng)主要節(jié)省的是傳輸設(shè)備。即一套傳輸設(shè)備可完成多功能的傳輸任務(wù)。遙控、遙控中的信息傳輸系統(tǒng)是由發(fā)射站、傳輸媒介和接收站三部分組成。見下圖。WUHEEWUHEE輸入端的f（1）、f（2）……、f（n），即表示

n個被測物理量（信息）經(jīng)過輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換的遙測信號；各副載波調(diào)制器和相加器總稱為多路設(shè)備、主載波和轉(zhuǎn)換器為發(fā)射端（站），轉(zhuǎn)換器（換能器）是發(fā)射機與傳媒介之間的匹配部件；傳媒介又稱為信道。目前遙測系統(tǒng)中主要使用媒介有架空明線、同軸電纜、光纜、長波中的地波、短波中天波、超短波和微波等；接收站中的轉(zhuǎn)換器是將電磁波轉(zhuǎn)換為電信號；WUHEE二、信息與信號WUHEE信息是指遙測中的被測的物理量或參數(shù)，是原來不知而待知的消息，稱為信息。

信號是信息的攜帶者，或是信息的表現(xiàn)方式。可以是某種物理量（光、電、聲、熱等）通常是采用電信號。傳感器的功能就是獲取信息，并將信息轉(zhuǎn)換為便于傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)男盘枴鞲衅鞯亩x是感受非電量并轉(zhuǎn)換為電量的器件。傳感器的主要是由敏感元件、傳感元件、測量線路和輔助電源構(gòu)成。如下圖示。WUHEE敏感元件是用來感受被測的非電量，并將它轉(zhuǎn)換成另一種形式的非電量。下圖4-2-6是一種膜盒式壓力傳感器。當(dāng)彈性膜盒（感應(yīng)元件）內(nèi)腔痛入被測物體，在其壓力作用下，膜盒中心產(chǎn)生位移，使連桿運動，從而帶動電位器（感應(yīng)元件）的點刷滑動，將位移量變成電量（電壓或電流）。WUHEEWUHEE三、調(diào)制與解調(diào)WUHEE調(diào)制是指把一種信號變換成另一種信號的過程。調(diào)制的目的是：1、為了有效地輻射電磁波，增加傳輸距離；2、保證多路傳輸?shù)膶崿F(xiàn)；3、提高傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能；4、增加信息傳輸?shù)谋Ｃ苄?，提高系統(tǒng)對于各種人為干擾的抵抗能力；5、使信息信號搬移到給定的載波工作頻段上，保證各種信息傳輸系統(tǒng)之間以及同其他類型的無線電系統(tǒng)之間，工作時不發(fā)生相互影響。載波調(diào)制：正弦波(幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制)；脈沖波（脈沖幅度調(diào)制、脈沖持續(xù)時間調(diào)制和脈沖位置調(diào)制）。模擬調(diào)制：脈沖編碼調(diào)治、增量調(diào)制。解調(diào)：是指從已調(diào)載波信號中將原調(diào)制信號解調(diào)（解放）出來的過程，也稱檢波。由于調(diào)制和解調(diào)的方法不同，構(gòu)成了不同的傳輸系統(tǒng)，也就構(gòu)成不同的遙測、遙控系統(tǒng)：WUHEE（一）正弦載波WUHEE正弦波公式為Sc（t）=A0COS（

ω0t+θ0）

（4-2-1）式中：A0——正弦波的振幅；

ω0——正弦波的角頻率；θ0——正弦波的初始相位。有以下兩種調(diào)制方式：第一種是幅度調(diào)制。即正弦波的振幅A0——隨著信號f（t）的大小而變化，故稱為幅度調(diào)制簡稱調(diào)幅，（AM）。表達式為Sc=［A0+f（t）］COS（ω0+θ0）

（4-2-2）第二種是角度調(diào)制。定義A為常數(shù)而瞬時角度（相角）為θ

的正弦波表達式為WUHEES（t）=

COSθ（t）（4-2-3）如果瞬時相角隨信息信號f（t）大小而變化，稱為相位調(diào)制；如果載波瞬時頻率隨f（t）大小而變化，則稱為頻率調(diào)制。兩者合稱角度調(diào)制。正弦波調(diào)制示意圖見下圖4-2-7所示。（二）脈沖載波脈沖波或稱脈沖系列。信息信號f（t）對脈沖系列的調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。脈沖調(diào)制示意圖見圖4-2-8。WUHEEWUHEE（三）數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制也稱編碼調(diào)制。是一種用代碼（多為二進制）來表示連續(xù)信號的采樣值的特殊脈沖調(diào)制方式。編碼調(diào)制應(yīng)包括采樣、量化和編碼三個基本過程。編碼調(diào)制主要有脈沖編碼調(diào)制和增量調(diào)制兩種。常見的脈沖編碼調(diào)制過程見圖4-2-9所示。WUHEEWUHEE表4-2-1WUHEE數(shù)字與代碼的對應(yīng)關(guān)系表數(shù)字01234567代碼000001010011100101110111四、干擾與噪聲WUHEE干擾是指傳輸系統(tǒng)以外的其他設(shè)備（通信、雷達、電臺等）引起的信號以及電器開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的火花放電等。噪聲分外部內(nèi)部兩種外部噪聲是指大氣噪聲、銀河系噪聲以及各種宇宙噪聲等；內(nèi)部噪聲是指傳輸系統(tǒng)本身（主要是指接收機）產(chǎn)生的噪聲。外部干擾一般可以通過正確地設(shè)計安裝加以消除；噪聲（主要是內(nèi)部噪聲）是無法消除的。描述信息系統(tǒng)對噪聲的抵抗能力稱為抗噪性能，采用信噪比作為定量指標(biāo)。信噪比即采用信號強度與噪聲強度之比的對數(shù)的10倍來表示，即單位為分貝（dB），數(shù)值越大，噪聲影響小，通信質(zhì)量越高。WUHEE五、多路傳輸WUHEE多路傳輸是在一個信道中傳輸多個信息。即在發(fā)射端先把n個信號混在一起，然后在接收端再將它們分開，故此稱為多路傳輸。或稱多路復(fù)用。多路傳輸?shù)臄?shù)學(xué)理論基礎(chǔ)是函數(shù)的正交性。目前，廣泛應(yīng)用的多路傳輸體制有頻分制（FDM）、時分制（TDM）和碼分制（CDM）。（一）頻分多路頻分多路傳輸是基于頻譜搬移原理來實現(xiàn)的。即在在發(fā)送端，個路信號通過調(diào)制，將其頻譜搬移到互相不重疊的頻帶內(nèi)，然后由一個把它們們一起傳輸出去；在接收端，利用中心頻率不同的帶通濾波器，將各路信號分開，再進行解調(diào)，恢復(fù)出原來被傳輸?shù)母髀沸盘枴Ｓ捎谛盘柺且运鼈冊陬l率軸上所占不同頻帶位置來區(qū)分的，因此稱作頻率分割多路傳輸或復(fù)用體制，簡稱頻分制，記為FDM。圖4-2-10為頻分多路傳輸系統(tǒng)的信號頻譜圖。WUHEEWUHEE圖4-2-10其中（a）是信號f（t）相應(yīng)的頻譜F（w），并假定它們各占有相同的頻帶寬度。WUHEE（二）時分多路WUHEEWUHEE（三）碼份多路WUHEEWUHEE（三）碼分多路WUHEEWUHEE六、數(shù)字傳輸系統(tǒng)的一些特性WUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEF

4.3水文信息的計算機網(wǎng)絡(luò)WUHEE由于計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各類信息的收集、傳送、存貯和處理之間的差別在迅速地消失；我國廣闊的地域上分布著數(shù)以萬計的水文站及水庫、水電站等水利管理部門，對復(fù)雜的信息收集、存貯、處理和發(fā)布和檢索和信息資源的共享等需求，促進、加大了計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用。一、計算機網(wǎng)絡(luò)的概念WUHEE計算機網(wǎng)絡(luò)（計算機通信網(wǎng)）是指互聯(lián)起來的獨立自主的計算機的集合。“互聯(lián)”是指相互連接的兩臺計算機能夠相互交換信息。連接是物理的，由硬件來實現(xiàn)。連接的介質(zhì)（信息傳輸介質(zhì)）可以是有線的如雙絞線、同軸電纜和光纖等；可以是無線的，如激光、微波和衛(wèi)星等?！盎ヂ?lián)”具有物理連接和計算機應(yīng)用程序間信息交換的兩重性質(zhì)。計算機的“獨立自主”，是為了將計算機網(wǎng)絡(luò)與主機加多臺設(shè)備構(gòu)成的主從式系統(tǒng)區(qū)別開。早期的計算機應(yīng)用中是采用大型計算機為中心的計算機模式（分時共享式）。即系統(tǒng)使用功能強大的大型機，許多用戶同時共享CPU資源和數(shù)據(jù)庫存貯功能，對用戶采用嚴(yán)格的分時控制和廣泛的系統(tǒng)管理、性能管理機制。常稱為無智能工作站（多用戶系統(tǒng)），而不是計算機網(wǎng)絡(luò)。WUHEE隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，提供了將各計算機之間資源集成起來加以有效的通信手段，使計算機的資源通過網(wǎng)絡(luò)得到延伸，典型的如文件和打印機資源等。出現(xiàn)了以帶有大型操作系統(tǒng)的主機（服務(wù)器）為中心的計算模式，也稱為資源共享模式。向用戶提供靈活服務(wù)，共享共同應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫和打印機等。用戶利用獨立的小型計算機（工作站）為每個應(yīng)用提供自己的用戶界面，并對界面給予全面控制，所有的用戶查詢或命令處理都在工作站方完成。這是一臺主控機加多臺從屬機構(gòu)成的系統(tǒng)（多機系統(tǒng)）。也不是計算機網(wǎng)絡(luò)。WUHEE進入20世紀(jì)80年代末以來，計算機開始向小型化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，使得用戶桌面上的計算機處理能力存貯能力和速度得到極大的提高。同時計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)更加完善，人們已經(jīng)不滿足上述的計算機資源共享模式。于是客戶機/服務(wù)器的計算模式應(yīng)運而生。該模式下的系統(tǒng)是小型專用計算機網(wǎng)絡(luò)。WUHEE在網(wǎng)絡(luò)工作方式下，系統(tǒng)使用客戶機和服務(wù)器兩方面的智能、資源和計算能力了執(zhí)行一個特定的任務(wù)。客戶機需要服務(wù)器提供信息，服務(wù)器存貯數(shù)據(jù)和程序，并向客戶機提供全網(wǎng)范圍的服務(wù)。客戶機、服務(wù)器以及聯(lián)系它們之間的通信系統(tǒng)共同組成了一個支持分布計算、分析和表示的系統(tǒng)。其分成兩部分：前端客戶應(yīng)用和后端服務(wù)器應(yīng)用。如圖4-3-1所示。WUHEEWUHEE在小型網(wǎng)絡(luò)中利用客戶機/服務(wù)器方式可以保證實現(xiàn)系統(tǒng)的擴充和升級。是一種先進的計算模式，代表今后的發(fā)展方向。在概念上，任何的一種網(wǎng)絡(luò)都可以劃分兩部分：主機和子網(wǎng)。如圖4-3-2所示。

主機是獨立自主的計算機，用于運用用戶程序（應(yīng)用程序）；子網(wǎng)又叫通信子網(wǎng)，各入網(wǎng)主機的連接實體。其任務(wù)是在主機之間傳送數(shù)據(jù)分組，提供通信服務(wù)。WUHEEWUHEE計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機和通信相結(jié)合的產(chǎn)物。主要目的是在于提供不同計算機和用戶之間的資源共享。通信子網(wǎng)是在小范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。而大范圍（城市、地區(qū)、國家等）則應(yīng)用公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)構(gòu)成通信子網(wǎng)。計算機網(wǎng)絡(luò)可以與各類電信網(wǎng)互連互通，使計算機網(wǎng)絡(luò)可以經(jīng)電信上網(wǎng)。WUHEE計算機網(wǎng)絡(luò)根據(jù)其地理覆蓋范圍劃分為：局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣

網(wǎng)（WAN）、全球網(wǎng)（GAN）。它們之

間的連接如圖4-3-3所示。在各級網(wǎng)絡(luò)中一般包含交換、復(fù)用和傳輸設(shè)備，用于構(gòu)成通信子網(wǎng)。WUHEEWUHEE二、計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)WUHEE所謂計算機網(wǎng)絡(luò)，是指互聯(lián)起來的獨立的計算機集合?！盎ヂ?lián)”意味著相互連接的兩臺計算機能夠相互交換信息。連接是通過物理（硬件）和邏輯（軟件）方式了實現(xiàn)。并且是通信雙方必須遵守的共同約定（即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與計算機通信的關(guān)系好比程序設(shè)計語言與計算的關(guān)系。各層次的協(xié)議相互協(xié)作，構(gòu)成一個整體。（一）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的概念模式協(xié)議分層后，形成協(xié)議堆棧，其中沒一協(xié)議對應(yīng)一個軟件模塊，負(fù)責(zé)處理一個子問題。各模塊組成一個層次型的概念框架。如圖4-3-4所示。WUHEE（二）開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型國際標(biāo)準(zhǔn)化

組織（ISO——Internationa

StandardsInstitutr）于1981年頒布了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（ISO/OSI參考模型），簡稱OSI七層模型，促進所有的計算機網(wǎng)絡(luò)走向標(biāo)準(zhǔn)化，從而具備了互聯(lián)的條件。OSI七層模型如圖4-3-5所示。各層功能如下：WUHEEWUHEE1、物理層（Physica

Layer）是OSI七層模型的最低層。利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。2、數(shù)據(jù)鏈路層（Data

Link

Layer）3、網(wǎng)絡(luò)層（Network

Layer）4、傳輸層（Transport

Layer）5、會話層（Session

Layer）WUHEE6、表示層（Presentation7、應(yīng)用層（ApplicationLayer）Layer）（三）

IEEE802通信協(xié)議世界最大的專業(yè)組織——電氣電子工程師協(xié)會（The

Institute

of

Electrical

and

ElectrEngineer）于1980年成立IEEE委員會，專門負(fù)責(zé)制定不同工業(yè)類型的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，主要有以下標(biāo)準(zhǔn)，見下表4-3-1所列。WUHEE表4-3-1

OSI與IEEE802標(biāo)準(zhǔn)比較表WUHEE較高層802.1較高界面標(biāo)準(zhǔn)(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián))數(shù)據(jù)鏈路層802.2邏輯鏈路控制標(biāo)準(zhǔn)(LLC)802.3CSMA/CD802.4Token

Bus802.5Token

Ring802.6MAN物理層CSMA/CD介質(zhì)Token

Bus介質(zhì)Token

Ring介質(zhì)MAN介質(zhì)應(yīng)當(dāng)指出,IEEE

802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)相對于OSI七層模型協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是有局限的,它只描述了較低的兩層，對其余高層協(xié)議并未制定。不過，在局域網(wǎng)中，由于數(shù)據(jù)以編址幀（含有地址信息的數(shù)據(jù)幀）的形式傳輸，并且不存在立即交換等特點，高層協(xié)議對局域網(wǎng)并不重要。實際上個別局域網(wǎng)產(chǎn)品盡管存在高層軟件不同，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)也有差別的問題，但由于低層都采用了IEEE

802IEEE局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，幾乎所以局域網(wǎng)都可以實現(xiàn)互聯(lián)。WUHEEIEEE

802標(biāo)準(zhǔn)還為局域網(wǎng)的每個節(jié)點規(guī)定了一個48位（bit）的全局地址，即“物理”地址。IEEE是世界上局域網(wǎng)全局地址的

法定管理機構(gòu)，負(fù)責(zé)分配高24位的地址。世界上所有生產(chǎn)局域網(wǎng)網(wǎng)卡的廠商都必須向IEEE購買高24位組成的地址編碼。而低于24位由生產(chǎn)廠商自己決定。WUHEELAN的覆蓋范圍小，傳輸時間有限，可簡化網(wǎng)絡(luò)管理。早期的局域網(wǎng)LAN通常使用一種傳輸技術(shù)，即用一條電纜連接所有計算機。其傳輸速度為10Mb/s，傳輸延遲為及十毫秒，并且出錯率低。新的LAN運行速度更高，可達沒秒數(shù)百兆位。傳輸技術(shù)實現(xiàn)多條線路連接所有計算機。局域網(wǎng)可以有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常見有以下四種：WUHEE（一）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)最常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一。它是樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個特例。它是采用單根傳輸線作為傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)上所有的工作站點都通過相應(yīng)的硬件接口直接連接到傳輸介質(zhì)或總線上，各工作站間的通信可通過公共介質(zhì)直接進行，如圖4-3-6所示。WUHEEWUHEE（二）環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)較常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4-3-7所示。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是利用若干中繼器和通信線路，通過點對點的鏈路將各個節(jié)點首位相連形成一個閉合環(huán)。WUHEEWUHEE（三）星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是采用中央控制，各個節(jié)點都是用點對點的鏈路接至一個公共的中央節(jié)點。各節(jié)點間不能相互通信，必須經(jīng)過中央節(jié)點傳接。見圖4-3-8。WUHEE（四）樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實際上是一種分級結(jié)構(gòu)。如圖4-3-9所示。其形狀像一棵倒地的樹，樹頂端帶分支的節(jié)點即為網(wǎng)絡(luò)的根，每個分支還可延伸出分分支。樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中處于最高位置的節(jié)點為根節(jié)點，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的控制。樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點是擴展容易，路警選擇方便。WUHEEWUHEE四、城域網(wǎng)WUHEE城域網(wǎng)又稱MAN，基本上是種大型的LAN，通常使用與LAN相似的技術(shù)。它可以覆蓋一組臨近的單位或部門和一個城市?？梢允撬接械囊部墒枪玫?。MAN使用一條或兩條電纜或光線，并且不包含交換單元，即把分組數(shù)據(jù)分流到幾條可能的引出的電纜設(shè)備，可以簡化設(shè)計。見圖4-3-10。WUHEE五、廣域網(wǎng)WUHEE廣域網(wǎng)稱WAN，它是跨越大地域的網(wǎng)絡(luò)，通常

包含若干省、市、地區(qū)，它是運行用戶程序的計算機（主機）的集合。主機通過通信子網(wǎng)相互連接，如圖4-3-11所示。子網(wǎng)的功能是將信息從一臺主機傳到另一臺主機，通過把網(wǎng)絡(luò)純粹通信部分（子網(wǎng)）和應(yīng)用部分（主機）分開，使整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和理解簡化許多。WUHEE六、無線網(wǎng)WUHEE七、互聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)（Internet）WUHEE互聯(lián)網(wǎng)是不同應(yīng)用目的的計算機組成的網(wǎng)絡(luò)的簡稱。也稱為互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)集合。WUHEE八、國家水利信息網(wǎng)絡(luò)（一）國家水利信息網(wǎng)絡(luò)的組成國家水利信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)分為三個部分就，即全國實時水情計算機廣域網(wǎng)、全國防汛計算機網(wǎng)和中國水利信息網(wǎng)。全國實時水情計算機廣域網(wǎng)是連接全國水文系統(tǒng)的廣域網(wǎng)絡(luò)，它以傳輸實時水情為目標(biāo)；該系統(tǒng)從1994年開始規(guī)劃試點，到目前已建成了覆蓋國家防總、七大流域機構(gòu)、23個重點防洪省市自治區(qū)、8個工程局以及部分地市的全國性網(wǎng)絡(luò)，并全部投入運行。WUHEE國家水利信息網(wǎng)絡(luò)的建成和使用徹底改變了傳統(tǒng)落后的水情電報工作方式，克服了水情電報一報多發(fā)和人工翻譯的困難。圖4-3-13就是實時水情信息流程，與國家防總和水利部水利信息中心（水文局）相連的有七大流域機構(gòu)、23個重點防洪省市區(qū)的224個水情分中心和3002個中央報汛站。WUHEEWUHEE全國防汛計算機網(wǎng)，是以224個水情分中心和267個旱情分中心為基礎(chǔ)的連接國家防辦、七大流域機構(gòu)和31個省市區(qū)防汛抗旱部門的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是以傳輸防汛信息為目標(biāo)，實現(xiàn)防汛抗旱信息的自動交換和共享。連接全國防汛部門的廣域網(wǎng)，是國家防汛指揮系統(tǒng)工程的重要組成部分。WUHEE中國水利信息網(wǎng)是一個面向整個水利系統(tǒng)的綜合信息網(wǎng)，它是一個包含防汛、水利經(jīng)濟、水利科技、水資源、水質(zhì)監(jiān)測、水利教育及辦公自動化等諸多信息的統(tǒng)一平臺，是水利信息化的基礎(chǔ)，是防汛抗旱、辦公自動化、水文水資源、水利經(jīng)濟和科技教育等各種應(yīng)用綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。國家水利信息網(wǎng)是一個多層次的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)分為骨干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)和部門網(wǎng)四個等級。如圖4-3-14所示。WUHEEWUHEE1、骨干網(wǎng)：包括中央網(wǎng)絡(luò)中心與備用網(wǎng)絡(luò)、7個流域機構(gòu)、31個省（區(qū)、市）之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。2、地區(qū)網(wǎng)：包括流域和?。▍^(qū)、市）與所轄的224個水情中心、

196個分中心、7個重點工程管理單位、100座大型水庫之間以及流域和?。▍^(qū)、市）之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。3、園區(qū)網(wǎng)：同一城市異地辦公的同級水文、防汛和抗旱部門之間、局域網(wǎng)無法實現(xiàn)連接的網(wǎng)絡(luò)。4、部門網(wǎng)：中央、流域、省（區(qū)、市）及國家水利信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計范圍內(nèi)信息分中心的內(nèi)部局域網(wǎng)。WUHEE（二）國家水利信息網(wǎng)絡(luò)通信子網(wǎng)水利信息網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)可供選擇的信道資源主要有：中國公用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（CHIN

ADDN）；中國公用分組交換網(wǎng)（CHINPAC）；中國幀中繼網(wǎng)（CHINA

FRN）；綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）和防汛衛(wèi)星網(wǎng)。通信子網(wǎng)的計算機網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)如圖4-3-15所示。WUHEEWUHEE骨干網(wǎng)中，中央到各流域、重點防洪?。▍^(qū)、市）、備用網(wǎng)絡(luò)中心，采用CHINAADDN或（CHINAFRN）為主信道，以防汛衛(wèi)星網(wǎng)高速調(diào)制調(diào)節(jié)器（SCPC）為備用信道；中央到地方非重點防洪?。▍^(qū)、市）采用CHINAPAC和PSTN為主備信道。WUHEE地區(qū)網(wǎng)中，中央到重點工程管理單位及水情分中心，采用CHINAPAC為主信道，

以防洪衛(wèi)星網(wǎng)的TDM/TDMA為備用信道；流域到重點工程管理單位，采用CHINAPAC、PSTN或迂回信道的組網(wǎng)方式；流域和?。▍^(qū)、市）到水情分中心及工情分中心，采用CHINAPAC為主信道；中央到大型水庫，采用PSTN和防汛衛(wèi)星網(wǎng)的撥號方式組網(wǎng)。WUHEE第四節(jié)

超短波水文自動測報系統(tǒng)WUHEEF水文自動測報系統(tǒng)是由遙測、通信、計算機技術(shù)，完成江河流域降水量、水位、流量、閘門開啟等數(shù)據(jù)的實時采集、報送和處理構(gòu)成的信息系統(tǒng)。F按水文自動測報系統(tǒng)規(guī)模和性質(zhì)的不同，可分為水文自動測報基本系統(tǒng)和水文自動測報網(wǎng)。

F

水文自動測報基本系統(tǒng)由中心站（包括監(jiān)測站）、遙測站、信道（包括中繼站）組成F水文自動測報網(wǎng)是通過計算機的標(biāo)準(zhǔn)接口和各種信道，把若干個基本系統(tǒng)聯(lián)接起來，組成進行數(shù)據(jù)交換的自動測報網(wǎng)絡(luò)。F水文自動測報系統(tǒng)常采用超短波的通信方式，故稱為超短波水文自動測報系統(tǒng)。F超短波通信的特點是信號穩(wěn)定，通信質(zhì)量高，缺點是受地形限制，而需要設(shè)立中繼站。目前是我國水文自動測報系統(tǒng)中的主要通信方式。F

一、系統(tǒng)功能和組成方式F

（一）水文自動測報基本系統(tǒng)F

水文自動測報基本系統(tǒng)的功能框圖見圖4-4-1所示。WUHEEWUHEEF水文自動測報系統(tǒng)由遙測站、傳媒介質(zhì)（信道）和中心站組成。個部分功能如下：F

1、傳感器。完成水文參數(shù)的原始測量。F2、編碼。包括信源編碼和信道編碼，存儲記錄裝置一般接在信源編碼的輸出端。F信源編碼是在一定保真條件下，將水文參數(shù)變成數(shù)字信號，并解除信號間的內(nèi)在聯(lián)系，壓縮原始信號的信息量；F信道編碼是將信源編碼器輸出的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成符合一定規(guī)則的數(shù)碼，以達到適于信道傳輸。WUHEEF3、解碼。是編碼過程的逆變換。信道解碼是根據(jù)信道編碼規(guī)則，將收到的信道碼變換為信源碼。信源解碼是將信源碼復(fù)原為水文參數(shù)。F4、調(diào)制和解調(diào)。為了將編碼器輸出的數(shù)字信號送到遠方的收信點，必須對所有載波進行某種調(diào)制后才能傳輸信息。F調(diào)制器的作用是把數(shù)字信號變成適合于信道傳輸?shù)妮d波信號；解調(diào)器則是把接收到的已調(diào)載波信號恢復(fù)成數(shù)字信號。WUHEEF

5、信道。包括傳輸電信號的媒質(zhì)和通信設(shè)備。在傳輸過程中對數(shù)據(jù)通信有兩方面的影響，即信號本身傳輸特性的影響和外界干擾的影響。F6、傳輸控制。對數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收全過程進行時序和路徑控制。F7、差錯控制。是對發(fā)現(xiàn)和糾正數(shù)據(jù)在傳輸過程中的發(fā)生差錯的控制。F8、報警。當(dāng)出現(xiàn)水文參數(shù)超過警戒值、設(shè)備故障等異常情況時發(fā)出警報信號。F9、數(shù)據(jù)處理。包括對水文數(shù)據(jù)進行合理性檢查、整理、打印、存貯，進行預(yù)備和調(diào)度等。WUHEEF

（二）水文自動測報網(wǎng)F水文自動測報網(wǎng)是基本系統(tǒng)中心站作為節(jié)點，通過中心站計算機系統(tǒng)（DTE）的標(biāo)準(zhǔn)接口、數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）、信道和數(shù)據(jù)交換設(shè)備（DSE），把這些基本系統(tǒng)和上級中心站聯(lián)接起來組成的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，如圖4-4-2所示。F該通信網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)軟件的支持下，把各個基本系統(tǒng)收集到的遙測數(shù)據(jù)迅速地傳送給網(wǎng)內(nèi)的防汛和水利管理部門，滿足共享信息的要求。WUHEEWUHEEF

（三）水文自動測報系統(tǒng)組成方式F系統(tǒng)通常由遙測站、傳輸媒質(zhì)（信道，包括中繼站）、中心站組成。若各個遙測站距中心站不遠（50~100km），或無山地阻擋，信道中間可不設(shè)中繼站；若各個遙測站距中心站很遠（一般大于50~100km），或有山地阻擋，不能直接通信，需要設(shè)立一個或多個中繼站。因此遙測侵站、中繼站、中心站有多種組合方式。F圖4-4-3為丹江口水庫水文自動測報系統(tǒng)組成框圖。WUHEEWUHEEF

1、遙測站~中心站F如果中心站和遙測站之間距離較近或中間無山地阻擋，中心站和遙測站可以直接傳輸信息。F

2、遙測站~中繼站~中心站F當(dāng)中心站和遙測站之間距離較遠或中間有山地阻擋，需加中繼站。F3、遙測站~中繼站1~中繼站2~…中繼站n

~中心站F當(dāng)一級中繼不能滿足信息傳輸情況下，可設(shè)多級中繼站。WUHEE二、遙測站水文自動測報系統(tǒng)目前主要是采集降雨量和水位兩個參數(shù)。流量參數(shù)通常是在計算機實時數(shù)據(jù)處理中由水位值轉(zhuǎn)換而來。對其他水文參數(shù)，需要時可另由人工置數(shù)方法通過信道傳送給中心站。WUHEE（一）遙測站的基本功能1、從傳感器中自動采集水情信號（采集）；2、將水情信號變換為水情信息（信源編碼）；3、進行信道編碼和載波調(diào)制，形成適于信道電路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號碼（信道編碼和調(diào)制）。4、按一定通信格式和規(guī)約將水情信息發(fā)送出去（數(shù)據(jù)處理和發(fā)送）。5、遙測站一般還應(yīng)具有人工置數(shù)的功能，必要時可將人工置入的多種非自動采集的水文參數(shù)發(fā)送給中心站。WUHEE（二）遙測站網(wǎng)布設(shè)的論證雨量和水位的遙測站網(wǎng)的布設(shè)是建設(shè)水文自動測報系統(tǒng)首先涉及的問題。其實質(zhì)是要在控制的區(qū)域或流域的雨情、水情在保證洪水預(yù)報精度的前提下，以最經(jīng)濟的系統(tǒng)規(guī)模和投資了布設(shè)遙測站點。1、為了保證水文資料的連續(xù)性，盡可能減少組建通信網(wǎng)的困難，對已有的水文站一般不得變更其位置；2、所設(shè)代表性雨量站，可按既滿足通信要求，又能取得代表性較好的雨量資料1原則，調(diào)整其位置；WUHEE3、對于既有代表性的雨量站，又能控制雨量長期變化規(guī)律的基本站，如果通信條件很差，允許另建一遙測站滿足水文預(yù)報要求；4、無人值守、委托管理的遙測站，要盡可能靠近居民點、交通方便，便于維護管理。WUHEEF

雨量站點設(shè)置的論證方法：F

（1）主要是采用抽站法作面雨量對比分析。包括大、中、小具有代表性的暴雨資料進行統(tǒng)計分析面雨量誤差。（等值線圖法或加權(quán)平均法）；F（2）同時采用本流域（區(qū)域）的產(chǎn)匯流方案，分析計算洪峰流量的誤差；F（3）缺乏或無歷史資料的地區(qū)和流域，可考慮暴雨特性相似的流域或地區(qū)，并結(jié)合當(dāng)?shù)鼐C合的暴雨等值線圖，分析確定遙測站點的布設(shè)位置。WUHEEF遙測雨量站點布設(shè)與洪水預(yù)報模型的匹配問題。F不同的洪水預(yù)報模型對遙測雨量站點的布設(shè)要求是不同的。F有的模型對雨量以雨量作為主要輸入，則要求有更多的站點了控制雨量；F有的模型對雨量資料只要求一定數(shù)量分布均勻的雨量站控制面雨量，起雨量誤差可通過實時校正來彌補；F

有的模型可更多的依賴水位站的控制。F根據(jù)歷史暴雨洪水資料才洪水預(yù)報模型進行場次洪水計算與實測洪水對比分析。WUHEE對遙測水位站點的布設(shè)，要重點考慮系統(tǒng)所在流域和地區(qū)的河段情況。若以河網(wǎng)匯流為主，則站網(wǎng)以控制干流和主要支流來水的遙測水位站為主，只布設(shè)少量的流域遙測雨量站；若流域位于暴雨區(qū)，河道洪水徑流以上游降雨產(chǎn)匯流為主，且工程控制運用又要求有足夠成的預(yù)見期，則應(yīng)考慮布設(shè)較多的有代表性遙測站，并重點探討流域上遙測雨量站的多少及其分別對預(yù)報精度和有效預(yù)見期的影響，并且要對不同站網(wǎng)組合下的暴雨洪水的擬合精度作定量計算，以達到用最少的站點獲得最大的預(yù)報效益。WUHEEF為了能控制水庫上游來水，應(yīng)選擇在庫區(qū)各主要控制站增加遙測水位站，同時應(yīng)考慮盡量在原有測站附近或在同一地點布設(shè)遙測水位站，以保持水文資料的連續(xù)性，另外，為滿足工程運行的需要，應(yīng)該布設(shè)壩上水庫水位和壩下尾水遙測站。WUHEEF在站網(wǎng)布設(shè)中，站網(wǎng)密度不是一個絕對指標(biāo)，按防洪要求和預(yù)報精度，大體上有一個數(shù)量范圍。F從我國已建成的一些水文自動測報系統(tǒng)看，站網(wǎng)密度多在250~600km2/站。且站網(wǎng)密度往往與系統(tǒng)所控制的面積相關(guān)，系統(tǒng)控制面積愈大，單個站的控制面積愈大（展望密度較低）。F例如，上猶江系統(tǒng)控制面積為2700km2，設(shè)置站點8個，站網(wǎng)密度為338km2/站；鳳灘系統(tǒng)控制面積為19500km2，設(shè)置站點36個，站網(wǎng)密度為520km2/站；而萬安系統(tǒng)控制面積為33000km2，設(shè)置站點55個，站網(wǎng)密度為600km2/站。F總體上我國自動測報的站網(wǎng)密度比國外要低得多。日本的站網(wǎng)密度達50km2/站。WUHEEF

（三）自動測報體制F

遙測站應(yīng)根據(jù)功能要求和管理維護力量，電源、交通、信道質(zhì)量等條件，按經(jīng)濟合理、便于維護的要求，可選用自報式、查詢—應(yīng)答式或混合式的工作體制。WUHEEF

1、自報式自報式分為定時報和增量報兩種。定時報是按規(guī)定的時間間隔將所測的水文參數(shù)自動向中心站發(fā)送一次數(shù)據(jù)。增量報是當(dāng)被測水文參數(shù)發(fā)生一個規(guī)定的增減量變化時（如水位漲落1cm，雨量增加1mm），自動向中心站發(fā)送一次數(shù)據(jù)。自報式體制的工作流程如圖4-4-4所示。WUHEEF自報式遙測站只配發(fā)信機，相應(yīng)中心站也只配接收機，中繼站采用存貯再生式方式，也只配單工電臺即可。使整個系統(tǒng)信道簡單，設(shè)備簡化，成本也低。WUHEEF

2、查詢—應(yīng)答式F

由中心站自動定時或隨時呼叫遙測站，

遙測站響應(yīng)中心站的查詢，實時采集水

文數(shù)據(jù)并發(fā)送中心站。定時自動巡測的

時間間隔，看根據(jù)數(shù)據(jù)處理懷念預(yù)報作

業(yè)的需要，在15分種和0.5、1、3、6、12小時等檔次中選擇。WUHEEF查詢—應(yīng)答式遙測站是雙向的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一般用在比較重要的測站。查詢—應(yīng)答式體制的工作流程如圖4-4-5所示。WUHEEF

3、混合式F它是由自報式和查詢—應(yīng)答式兩種方式組成的遙測站，功能齊全，常用在重要的水文站和水庫站。WUHEEF

四、遙測傳感器F傳感器的功能是獲取信息，并將信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?。水文自動測報系統(tǒng)中的采集雨量、水位的設(shè)備稱為遙測雨量計、遙測水文計。WUHEEF

1、遙測雨量計F遙測雨量計普遍采用翻斗式雨量計。它是由水漏斗、翻斗和軸承等機械部分及磁鋼和舌簧管等電器部分組成。F降水經(jīng)過進水漏斗流如翻斗，當(dāng)水量達到定值后，引起翻斗翻轉(zhuǎn)，并由磁鋼磁吸合（或釋放），舌簧管產(chǎn)生一個通電信號，此信電號作為數(shù)據(jù)脈沖。接著由翻斗另一邊盛水作下一次計量翻轉(zhuǎn)。F

我國的遙測雨量計的承雨器口直徑為200mm。F美國遙測雨量計的承雨器口直徑為300mm，最小分辨率為1mm，精度為3%。見下圖。WUHEEWUHEEF目前比較先進的是雨量遙測系統(tǒng)。由以下三部分組成：F１、雨量傳感器；２、傳輸系統(tǒng)；３、終端接收處理系統(tǒng)。F

下面著重介紹重慶華正水文儀器有限公司（原重慶水文儀器廠）的產(chǎn)品：F

（１）ＪＤＺ（０２）型、（０５）型雨量傳F

承雨器口徑為２０ｍｍ，分辨率為０.５ｍｍ０.２ｍｍ）兩種。WUHEEF工作原理：單翻斗式結(jié)構(gòu)，雨水集入小漏斗+全方向虹吸附件，翻斗翻轉(zhuǎn)時帶動磁鋼吸合舌簧，發(fā)出斷信號并傳給紀(jì)錄、發(fā)送系統(tǒng)。F

翻斗計量誤差≤4%，F(xiàn)

測量降雨強度范圍為0.01～4.0mm/min（分鐘）F

工作范圍為-100C～+500C。F

（２）ＪＤＺ——１型數(shù)字雨量計（存儲式）F

紀(jì)錄時間：≥90天；F

分辨率為0.1mm；F

紀(jì)錄方式：顯示、打印、存儲；F

存儲容量:32k。WUHEEWUHEEF

遙測水位計F遙測水位計的種類很多。目前常用的有浮子式和壓力式兩種。F

浮子式水位計由浮子、平衡重錘、繩索、比例輪及編碼器等主要部件組成。F浮子隨水位變化做上、下運動，并經(jīng)繩索帶動水位比例輪產(chǎn)生圓周運動，即將直線位移量轉(zhuǎn)換為角位移量。水位輪帶動同軸的角編碼器產(chǎn)生數(shù)據(jù)編碼輸出。F

浮子水位計測量范圍為0~10m左右。WUHEEF浮子式水位計又有機械編碼式和光電編碼式水位計兩種。F機械編碼器由碼盤和開關(guān)等部件組成，作為浮子式的數(shù)字編碼輸出。F光電編碼器是非接觸式的，它由光源、碼盤和光電敏感元件組成，作為浮子式的數(shù)字編碼輸出。F

見圖4-4-7和圖4-4-8示意圖。WUHEEF壓力式水位計利用固態(tài)壓阻壓力傳感器了測量靜水壓力，實現(xiàn)測量水深的目的。F傳感器零點高程加上被測水深就是該處的水位。F

固態(tài)壓阻壓力傳感器是由單晶硅膜片和

電阻條制成的硅壓阻芯片構(gòu)成，其中單

晶硅膜片受力后，電阻率發(fā)生變化（即壓阻效應(yīng)），利用這種壓阻效應(yīng)了測量

靜水壓力。見圖4-4-9是美國生產(chǎn)的Model4101型壓力式水文計外形圖。WUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEF

我國最新遙測水位計產(chǎn)品F

1、簡介FWPH-3型遙測水位計，是集現(xiàn)代數(shù)字遙測水位計與傳統(tǒng)模擬水位計于一體的新一代電子遙測設(shè)備，我們在大家熟悉的40日記水位計的基礎(chǔ)上增加了光電信號傳感器、智能數(shù)據(jù)采集儀、無線數(shù)據(jù)傳輸裝置、服務(wù)器和客戶端軟件、太陽能電池供電等，比較好的給我們使用40日記水位計的用戶提供了一種把傳統(tǒng)儀器和現(xiàn)代遙測技術(shù)結(jié)合于一體的解決方案，WPH-3型遙測水位計即能實現(xiàn)原來傳統(tǒng)的模擬水位記錄存儲功能，又能實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。WUHEEF

2主要技術(shù)指標(biāo)WUHEEF

2.1分辯力：0.5厘米。F

2.2水位變幅：10米。F

2.3水位測量精度：10米≤2厘米。F

2.4適應(yīng)水位變率：≤50cm/min。F

2.5工作方式：F

2.5.1定時1小時存儲一次當(dāng)前水位數(shù)據(jù)。F

2.5.2在水位變幅超過規(guī)定值3厘米（用戶可以遠程修改設(shè)定，范圍：2～99厘米）時，5分鐘存儲一次當(dāng)前水位。F

2.6電源（二選一）：F

2.6.1太陽能電池供電，配備16Ah/6V蓄電池和12W太陽能電池板。F

2.6.2交流220V。F

2.7浮筒直徑φ200（適用測井直徑≥300毫米）。F

2.8不銹鋼絲繩長：12米。F

2.9環(huán)境溫度：-5℃~50℃（水面不結(jié)冰）。F

2.10相對濕度：≤90%。F

3特點：F3.1使用GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)成本低，無維護成本，可靠性高、覆蓋面廣。F

3.2水位數(shù)據(jù)多重備份，可確保數(shù)據(jù)可靠存儲。

F3.3數(shù)據(jù)中心站投資少：一臺能上網(wǎng)的有IP地址的計算機即可組成數(shù)據(jù)監(jiān)測中心，也可使用重慶華正公司的服務(wù)器。F3.4凡是能上網(wǎng)的計算機經(jīng)授權(quán)安裝了客戶端軟件后都能查看所有不同時段的水位資料，軟件還能自動輸出各種專業(yè)的成果報表。F可遠程修改水位報警上下限、水位變化加報門限，自報間隔等參數(shù)。WUHEEWUHEE三、信道與中繼站F在基本系統(tǒng)中，超短波通信是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞?，但?yīng)充分利用已有的通信線路（如郵電通信網(wǎng)、已設(shè)報汛電臺）。整個系統(tǒng)可以用單一通信方式組網(wǎng)，也可以用幾種通信方式混合組網(wǎng)。WUHEEF按著國家無線電管理委員會的規(guī)定，在超短波頻段，水情測報專用頻率（單位：MHz）為：F

單工：228.425F238.600228.575228.800F

雙工:主臺發(fā)射頻率屬臺發(fā)射頻率F231.050224.050F231.250224.250F231.750224.750F231.800224.800F一般情況下應(yīng)盡量選擇以上水情頻率。如果選用其他頻率應(yīng)向國家無線電管理委員會申請。系統(tǒng)暢通率（正確數(shù)據(jù)的遙測站數(shù)n與總遙測站數(shù)N之比）應(yīng)大于

90%。信道的數(shù)據(jù)傳輸速率在300、600、1200bit/s檔次中選擇。一般可選用300bit/s，如果數(shù)據(jù)傳輸量較大，應(yīng)在保證可靠的前提下，選用較高的頻率。數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率應(yīng)小于10-3。WUHEEF系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸在同一站內(nèi)相距較近的設(shè)備間可采用基帶傳輸，相距很遠的站點間通信采用數(shù)字調(diào)制信號傳輸。對于超短波通信，調(diào)制方式宜采用移頻鍵控（FSK）制，并根據(jù)傳輸速率按著下列要求選擇副載波頻率：WUHEEF

300bit/s

傳號 980Hz

空號1180HzF

或 傳號

1650Hz

空號1850HzF

600bit/s傳號1300Hz空號1700HzF

300bit/s

傳號 1300Hz

空號2100Hz在水文自動測報系統(tǒng)中，除少數(shù)測區(qū)和平原地區(qū)情況外，一般都需要設(shè)置中繼站，以便進行數(shù)據(jù)信號的竭力傳送。因系統(tǒng)體制不同，中繼站的功能也各不相同。在自報式系統(tǒng)體制下，中繼站只接收遙測站或下一級中繼站轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)信息并進行轉(zhuǎn)發(fā)，這種中繼站有的可不進行信令信號處理；查詢—應(yīng)答式系統(tǒng)體制的中繼站，是按著信令信號對遙測站（或經(jīng)下一級中繼站）進行數(shù)據(jù)信號的遙測和轉(zhuǎn)發(fā)。WUHEEF

中繼形式分為模擬中繼和再生中繼兩種。F模擬中繼不進行信號處理，只是將模擬信號轉(zhuǎn)發(fā)；F再生中繼需要進行信號的調(diào)制解調(diào)，即首先將模擬信號解調(diào)為數(shù)字信號，并做糾檢錯處理，再重新進行信道編碼，最后將其調(diào)制成模擬信號轉(zhuǎn)發(fā)出去。F在多級中繼時，為避免噪音積累，一般宜采用再生中續(xù)式，需要話音通信時才轉(zhuǎn)換為模擬中繼方式。F

中繼站一般都應(yīng)具備以下基本功能：WUHEEF

中繼站的基本功能是：F1、識別和接收遙測信號（在查詢—應(yīng)答式體制中，還要識別接收信令信號）；F

2、基本模擬/再生中繼站轉(zhuǎn)發(fā)功能；F3、按中繼站的設(shè)計要求不同，可相應(yīng)要求具備多種數(shù)據(jù)類型（定長或不定長）、多種數(shù)據(jù)形式（單組或多組數(shù)據(jù)）及中繼方式（立即或存儲）等功能中全部或其中某些功能；F

4、具備數(shù)據(jù)顯示功能和自檢功能；F

5、具備欠壓及故障警告功能。WUHEE中繼站的選址是通信網(wǎng)設(shè)計的主要環(huán)節(jié)，站址的選擇原則如下：必須能滿足中繼信號的信道指標(biāo)；具有一定的覆蓋面，盡可能降低中繼級數(shù)，減少中繼站的數(shù)量（系統(tǒng)的中繼級數(shù)，一般不宜超過3級）；在滿足信道指標(biāo)要求的前提下，盡可能使所在地交通方便。中繼站的硬件部分由單片機測控系統(tǒng)（包括調(diào)制解調(diào)部分）、通信機（包括電臺、天線、饋線）部分、供電部分（包括太陽能電池及蓄電池等）組成，見圖4-4-10所示。WUHEEWUHEE四、中心站中心站也即數(shù)據(jù)收集執(zhí)行，它將遙測站采集和發(fā)送的數(shù)據(jù)信號接收下來，并與遙測站的工作流程相反，即先解調(diào)，再解碼，使其還原為水文數(shù)據(jù)，再進行處理、存儲，并能查詢、檢索和顯示。中心站的設(shè)備包括前置機系統(tǒng)、中心計算機系統(tǒng)和電源三部分。前置通信控制機（簡稱前置機）和收發(fā)信機、天饋線、調(diào)制解調(diào)器共同組成中心站的前置機系統(tǒng)。作為中心站的值班機完成數(shù)據(jù)的實時接收、暫存和預(yù)處理，并將結(jié)果輸入到中心計算機。同時，它可隨時召測（包括巡測和點測）系統(tǒng)中查詢—應(yīng)答式遙測站的數(shù)據(jù)，對接收的數(shù)據(jù)能進行檢錯、糾錯以及具有超限報警功能WUHEEF

國內(nèi)大多數(shù)水文自動測報系統(tǒng)已逐漸由

單一系統(tǒng)發(fā)展為一個開放的系統(tǒng)，即建

成了一個計算機網(wǎng)絡(luò)，進行信息傳輸、

交換，實現(xiàn)資源共享。圖4-4-11為湖南資水流域超短波水情欣喜收集網(wǎng)絡(luò)示意圖，其中包括拓溪水情自動測報系統(tǒng)和其下游馬跡塘水情自動測報系統(tǒng)的梯級防洪調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，兩個系統(tǒng)與長沙水文總站互聯(lián)，可以進行信息傳輸、交換，實現(xiàn)資源共享。WUHEEWUHEE第五節(jié)衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)WUHEEF自1957年第一棵人造衛(wèi)星發(fā)射成功以來，各種不同用途的衛(wèi)星普遍進入實際應(yīng)用階段。除軍事偵察衛(wèi)星外，衛(wèi)星的主要業(yè)務(wù)分為以下三種：陸地衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星等。前兩種主要用于全球資源和環(huán)境調(diào)查，后一種衛(wèi)星主要用于全球或局部的氣象資料。各種衛(wèi)星系列均有星載數(shù)據(jù)收集裝置（DCS），接收分散在各地的無人管理的數(shù)據(jù)收集平臺（DCP）所收集的資料，以衛(wèi)星為中繼站，及時轉(zhuǎn)發(fā)給地面接收站。F衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，實質(zhì)上是用衛(wèi)星代替水文遙測系統(tǒng)中的地面中繼站。F將中繼站的通信設(shè)備移到衛(wèi)星上去，就相當(dāng)于把中繼站的天線架高，增加了視線距離的范圍。因而可以衛(wèi)星的中繼進行遠距離的通信。WUHEEF

衛(wèi)星上都裝有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器和平臺定位系統(tǒng)。F它能夠收集和轉(zhuǎn)發(fā)觀測平臺所采集的水文氣象信息。F

衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（

Data

Collection

System），是一個遙測系統(tǒng)，它由一個或幾個地球軌道衛(wèi)星把來自觀測站網(wǎng)所采集的數(shù)據(jù)和信息傳輸給一個或多個地面接收站。觀測站網(wǎng)稱為數(shù)據(jù)收集平臺（

Data

CollectionPlatform—DCP）F因此，衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)由三部分組成，即數(shù)據(jù)收集平臺、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、地面站及用戶站。WUHEEF

一、數(shù)據(jù)收集平臺（

DCP

）F數(shù)據(jù)收集平臺就是遙測站。是一種計算機化、模塊化、多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能接收數(shù)字或模擬信息信號輸入，便于多種傳感器接口。它的運行功耗低，可以用普通電池或太陽能電池工作。DCP體積很小，一般在0.02~0.05m3，且?guī)в袌杂驳耐鈿ぃＷo其內(nèi)部儀器不受周圍環(huán)境和人類活動影響，便于安裝在任何可以達到的固定或移動的測點上，可在任何惡劣天氣情況下進行工作。只要是傳感器允許，可長期無人值守地連續(xù)運行。F

DCP根據(jù)其功能可分為四種類型：WUHEEF

（一）綜合型平臺F該平臺功能最全可以自動收集水文、氣象信息，并定時或由變量控制向中繼衛(wèi)星播發(fā)水文、氣象實時信息，也能接收中繼衛(wèi)星的詢問，還可以要求緊急發(fā)報告警、拍發(fā)電報、自動打印和記錄。這種平臺復(fù)雜、價格昂貴?？捎糜谟腥斯芾淼闹攸c水情站和大中氣象站。WUHEEF

（二）定時型平臺F也即自報式平臺，可以自動收集水文、氣象信息，并定時向中繼衛(wèi)星播發(fā)。該型平臺因其功耗較低，可以用普通電池或太陽能電池供電。這種平臺結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，價格低廉，無需人值守，適用于邊遠地區(qū)及交通不便、人煙稀少的地區(qū)。WUHEEF

（三）詢問型平臺F該型平臺除具有定型平臺的功能外，還能夠巡測、遙測。但煤油綜合型平臺的緊急發(fā)報告警、自動打印記錄、拍發(fā)電報等功能。因其價格適中，適用于水文、氣象的敏感地區(qū)，如主要的水情站、臺風(fēng)暴雨形成區(qū)、重要設(shè)施和工程地段（如大型水電站、內(nèi)陸鐵路沿線）等。WUHEEF

（四）活動型平臺F前三種屬于固定地點平臺。而活動型平臺適用于水文勘測、水文調(diào)查、巡回觀測和其他移動式觀測；也適用于氣象上的船舶站、浮標(biāo)站。它可以是定型的，也可以是詢問型或綜合型的。這種類型的平臺天線設(shè)計要求較高。WUHEEF

二、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星F

數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星有兩種：極軌衛(wèi)星和地球靜止衛(wèi)星。F

（一）極軌衛(wèi)星F

衛(wèi)星運行軌道與地球赤道平面之間夾角（傾角）近似

90，軌道高度500~1000km，因其軌道通過地區(qū)南北

兩極，故稱為極軌衛(wèi)星。又稱太陽同步衛(wèi)星（衛(wèi)星經(jīng)過各地與當(dāng)?shù)氐牡胤綍r間相同）。F

目前實施的阿高斯（

ARGOS）系統(tǒng)即是一個極軌衛(wèi)

星進行環(huán)境信息采集、傳輸和處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于水文、氣象、海洋、森林等部門的環(huán)境研究，進行地面或海洋目標(biāo)信息的自動收集、跟蹤定位和處理。ARGOS系統(tǒng)是由NOAA衛(wèi)星、數(shù)據(jù)收集平臺和地面接收、處理中心三部分組成。WUHEEF

1、目前運行于南北兩上空極軌道的衛(wèi)星是

NOAA13、NOAA14，運行周期是101分鐘，軌道高度850km，一顆位于北極上空，另一顆位于南極上空。F衛(wèi)星繞地球一周，軌道通過地面軌跡偏西移動250，并形成5000km的一條帶狀區(qū)。一日內(nèi)，在赤道地區(qū)可以有6~8次看到衛(wèi)星，南北緯300地區(qū)有8~12次，而南北緯600地區(qū)有

10~12次，能看到衛(wèi)星。WUHEE衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（DCS）將分布在各地的DCP水文氣象等數(shù)據(jù)收集并轉(zhuǎn)發(fā)給地面站（LES）。其上行頻率為401,650MHz,下行頻率為136.77MHz和137.77MHz。其工作方式有3種：①隨機通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)平臺按幾分鐘固定時間間隔連續(xù)不斷地向空中發(fā)射“數(shù)據(jù)群”，當(dāng)極軌衛(wèi)星進入DCP范

圍之內(nèi)時，接收其數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給地面；②定時通信系統(tǒng)，按規(guī)定的時間發(fā)射，此時衛(wèi)星必須經(jīng)過

DCP上空，完成中繼任務(wù)；③詢問通信系統(tǒng)，當(dāng)衛(wèi)星位于DCP上空時，發(fā)生出詢問信號，由DCP將數(shù)據(jù)發(fā)射給衛(wèi)星中轉(zhuǎn)。分布在全球范圍的數(shù)據(jù)收集平臺（

DCP）。設(shè)在法國圖魯茲（TOULOUSE）的地面接收、處理中心和在美國的分中心。WUHEEF

（二）靜止衛(wèi)星F

靜止衛(wèi)星夜稱地球同步衛(wèi)星和同步靜止衛(wèi)星。它的運行軌道平面為地球赤道平面，軌道高度36000km，繞地球飛行一周為24小時。即衛(wèi)星在赤道平面上繞地球飛行的角速度和地球自轉(zhuǎn)的角速度相等。在地球上任何一點看同步衛(wèi)星好象“靜止不動”。F地球上有40%的地區(qū)可以看到同一顆靜止衛(wèi)星。F三顆靜止衛(wèi)星可以覆蓋除南北極以外的整個地球表面。WUHEEF

（三）衛(wèi)星通信系統(tǒng)F了使DCP與LES聯(lián)系暢通，通信系統(tǒng)是衛(wèi)星的主體，也稱空間轉(zhuǎn)發(fā)器。其作用是接收、放大信號并再次發(fā)射，實際上是一部高靈敏度的寬頻帶的收發(fā)設(shè)備。F衛(wèi)星通信系統(tǒng)的要求是：工作可靠、穩(wěn)定，能用最小的附加噪聲和失真來放大和轉(zhuǎn)發(fā)輸入信號；如果轉(zhuǎn)發(fā)的輸入、輸出信號工作在同一頻段，那么上行頻率和下行頻率應(yīng)取不同的數(shù)值，以便達到足夠的隔離。即空間轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)還應(yīng)設(shè)置變頻轉(zhuǎn)換器。WUHEEF衛(wèi)星上除了通信系統(tǒng)外，為了掌握星內(nèi)各種設(shè)備工作情況，衛(wèi)星上還應(yīng)裝備能測量各種參數(shù)并把數(shù)據(jù)傳回地面的遙測設(shè)備。F

因此衛(wèi)星上應(yīng)包括通信系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、遙測指令系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等裝置。WUHEEF

三、地面站及用戶站F地面站（LES）又稱中心地面站。它具有綜合性功能，除具有接收DCP（數(shù)據(jù)接收平臺）的數(shù)據(jù)外，還接收、發(fā)送其他信息，如測距信息、衛(wèi)星工程系統(tǒng)的遙測信息等衛(wèi)星運行的各種參數(shù)和控制信息。LES還是一個數(shù)據(jù)處理中心，將處理好的數(shù)據(jù)再由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，或?qū)⑻幚砗玫臄?shù)據(jù)直接為用戶服務(wù)等。F

及用戶站W(wǎng)UHEE四、我國的衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)用衛(wèi)星傳輸水文信息的許多優(yōu)點是：傳輸距離遠，覆蓋面積大，傳輸容量大；傳輸質(zhì)量好，可靠性高；不受環(huán)境和天氣的影響；整個系統(tǒng)建設(shè)周期短，投資和維修費用低。因此，許多國家都直接走用衛(wèi)星傳輸水文信息的道路。WUHEE（一）氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)1988年19月7日我國發(fā)射了一顆極軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云1號，1990年9月3日發(fā)射了FY-1B的備用衛(wèi)星。1999年5月19日發(fā)射了FY-1C來代替FY-1B的工作。實時資料的傳輸采用與美國NOOAA衛(wèi)星兼容的體制，即能接收NOOAA衛(wèi)星資料，

又能接收FY-1衛(wèi)星資料。1997年6月10日我國風(fēng)云2號（FY-2）發(fā)射成功，定點在東經(jīng)1050。這樣就健全了我國自己的衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。WUHEEF

兩種衛(wèi)星各有所長。F極地衛(wèi)星可以實現(xiàn)全球觀測，分辨率高；但觀測次數(shù)少，每天僅1~2次，不利于動態(tài)分析，并且相鄰兩條軌道的資料不在同一時刻，對資料利用不利。F靜止衛(wèi)星觀測范圍為地球表面的1/3，并且30分鐘可提供一次資料，便于連續(xù)監(jiān)測天氣變化情況；不足之處是觀測不到南北兩極，且分辨率低。WUHEE氣象衛(wèi)星上一般裝有兩種探測儀器：①多光譜輻射計，一般有可見光、紅外光等幾個通道，主要提供可見光云圖、紅外云圖；②垂直探測儀，主要探測垂直方向上的溫度、濕度等。氣象衛(wèi)星上還裝有一套數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個地面接收中心（北京）和31個分中心（流域機構(gòu)所在地、各省會城市），3000個測站平臺，保證在特大洪水和任何惡劣天氣發(fā)生時，在30~60分鐘內(nèi)準(zhǔn)確收集水文數(shù)據(jù)和發(fā)布洪水預(yù)報，10分鐘內(nèi)發(fā)布水情預(yù)報。WUHEE（二）Inmarsat—C自動水情測報系統(tǒng)WUHEEFInmarsat

（海事衛(wèi)星）系統(tǒng)創(chuàng)建初期，旨在為海上用戶衛(wèi)星通信服務(wù)，目前已發(fā)展成為世界上

對海、陸、空移動體提供靜止衛(wèi)星通信的唯一

系統(tǒng)。Inmarsat衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由Inmarsat國際移動衛(wèi)星組織（原名海事衛(wèi)星組織）所提供的

一種移動終端衛(wèi)星通信系統(tǒng)。無論在何處都可

使用便攜式移動終端，通過同步通信衛(wèi)星和地

面站，經(jīng)通信網(wǎng)中轉(zhuǎn)進行全球范圍內(nèi)通信。FInmarsat目前已有約80個成員國，我國是創(chuàng)始成員之一，在北京開通了海事衛(wèi)星地面站，移動

終端海上、航空和其他各地，進行有效可靠的

通信服務(wù)。F

Inmarsat在赤道上空約35700km高度布設(shè)了11顆衛(wèi)星，分別在太平洋、印度洋、大西洋東區(qū)和大西洋西區(qū)四個區(qū)域，其中4顆運營，其于備用。F系統(tǒng)所有用的用戶衛(wèi)星通信移動終端已從模擬船載移動終端Inmarsat—A發(fā)展為數(shù)字船載移動終端Inmarsat—B，及車載移動終端Inmarsat—M和數(shù)字移動終端

Inmarsat—C，還發(fā)展了機載移動終端

Inmarsat—AREO。WUHEEWUHEEFInmarsat—C組成的監(jiān)、測、控系統(tǒng)開始在水情自動測報中系統(tǒng)中應(yīng)用。FInmarsat—C水情自動測報系統(tǒng)由終端站和中心站組成，如下圖所示。F終端站由傳感器、遙測終端機、Inmarsat—C遙測終端轉(zhuǎn)換器及Inmarsat—C終端設(shè)備組成。其過程是遙測終端機把自動采集的雨量、水位信息通過基帶信號傳送給Inmarsat—C遙測終端轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)存儲，再通過協(xié)議轉(zhuǎn)換把數(shù)據(jù)按規(guī)定格式傳給Inmarsat—C站發(fā)送出去，同時，Inmarsat—C站也要接收由中心\站發(fā)來的信息，并傳給Inmarsat—C遙測終端轉(zhuǎn)換器，進行命令、修改參數(shù)等工作。F中心站由Inmarsat—C站和計算機組成。工作過程是中心計算機通過Inmarsat—C站接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理存儲、參數(shù)預(yù)置、命令等任務(wù)。WUHEE（三）

VSAT水情自動測報系統(tǒng)VSAT系統(tǒng)的英文全稱是Very

ApertureTerminal，即甚小天線地球站。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)由主控站（地面站）、小型站（又稱小站或遠程終端站）和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成。對于水情自動測報系統(tǒng)，主控站即中心站，小型站即遙測站，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可以應(yīng)用任何的同步衛(wèi)星。我國的VSAT水情自動測報系統(tǒng)使用的是“亞洲2號通信衛(wèi)星”。WUHEEF該項業(yè)務(wù)目前由北京蓋達衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)有限公司經(jīng)營，它是水利部、以色列吉來特衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)有限公司、加拿大塞納西電信開發(fā)公司聯(lián)合組建?，F(xiàn)已建成南京、常州、浙江、河北等地水情自動測報系統(tǒng)，還有龔嘴水電站水情自動測報系統(tǒng)（見下圖4-5-2所示），該系統(tǒng)采用自報式工作體制。WUHEEWUHEEFVSAT水情自動測報系統(tǒng)的組成和工作方式與Inmarsat—C相似。F

VSAT的小型站由終端機和各種傳感器及其

相應(yīng)的測控單元等部件組成水情自動測報系統(tǒng)的遙測站。主控站由終端機和中央處理器等設(shè)備組成水情自動測報系統(tǒng)的中心站。F遙測站可按設(shè)定的時間間隔和按設(shè)定的監(jiān)測參數(shù)的增量和變化自動向中心站發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，中心站也可向遙測站索取數(shù)據(jù)或發(fā)布控制命令。WUHEEFVSAT與Inmarsat—C相比，其最大優(yōu)點是具有通話功能，且數(shù)據(jù)速率較高?？捎糜谛枰ㄔ捖?lián)系的測報系統(tǒng)中。F而Inmarsat—C優(yōu)點是天線小，功耗低，無雨衰。可用于無需語言通信的系統(tǒng)中。WUHEE第六節(jié)

雷達測雨及雷達—水情自動測報綜合系統(tǒng)WUHEE雷達是微薄遙感的一種類型。它是向空間發(fā)射電磁波，并檢測經(jīng)目標(biāo)反射的回波，以識別目標(biāo)的位置和運動狀態(tài)。（又稱主動遙感）。雷達探測降水的思想是1941年提出的，1959年L。J巴

坦(Battan)在芝加哥提出了雷達氣象學(xué).現(xiàn)在世界各國都先后建立了雷達氣象觀測系統(tǒng),并在氣象雷達中采

用了信號處理\計算機、圖象和數(shù)字顯示等先進技術(shù)，在氣象預(yù)報方面發(fā)揮了它的實用價值，成為降水測定和降水預(yù)報的有利工具。F我國目前水情自動測報系統(tǒng)中的雨量站網(wǎng)密度較下，站網(wǎng)間距很大，特別是大暴雨的降雨分布很不均勻，對準(zhǔn)確計算區(qū)域平均雨量影響較大。F雷達測雨的定量精度雖然不夠高，但對大范圍的測報區(qū)域可實時提供暴雨的時、空變化的降雨資料，尤其是對雨強的變化和區(qū)域雨量的估算及暴雨預(yù)報等方面發(fā)揮主要作用。F將自動測報系統(tǒng)的雨量站點和氣象雷達組成聯(lián)合系統(tǒng)，用較少的自動測報雨量站點測得的雨量值對雷達測雨進行訂正，反過來用雷達測雨值來補充測區(qū)的面雨量值，這樣互為校補，可達到比較滿意效果。WUHEE一、氣象雷達工作原理WUHEEF雷達的工作原理是利用微波的反射作用來對目標(biāo)進行探測。F利用微波的方向性來測定目標(biāo)的方位角和高度角；F

利用微波的速度來測定目標(biāo)的距離；F利用微波的多譜勒效應(yīng)來測量目標(biāo)的運動速度。F

圖4-5-1所示，為雷達工作原理示意圖。WUHEEF發(fā)射機通過天線發(fā)射射頻電磁波（發(fā)射脈沖），當(dāng)電磁波能被目標(biāo)阻截時，一部分能量被反射回到天線（稱脈沖回波），被接收機放大，由記錄器記錄顯示。接收到信號的強弱，反映目標(biāo)本身的特性，而電磁波在雷達和目標(biāo)之間傳播所需要的時間，則反映了目標(biāo)的相對位置，從而實現(xiàn)了對目標(biāo)的探測和定位。F在大多數(shù)雷達中，發(fā)射都采用發(fā)射時間極短（1μm）的無線電脈沖，這種脈沖的發(fā)射頻率叫“脈沖重復(fù)頻率”。雷達的最大探測距離D等于兩個脈沖之間的時間間隔△t乘以光速C，即F

D=1/2

×△t

×

C （4-6-1）F

式中C=3×1010

cm/s。WUHEEF雷達波像手電筒個光束一樣，可將它聚成一個很窄的波束，從而具有方向性。8圖4-6-2中可以看出，自站O向目標(biāo)K發(fā)射的雷達波，雷達

波的波束OK與它在水平面的投影OM之間的夾

角可以確定，這就是高低角（∠KOM

）；同時，投影線OM與坐標(biāo)方向（正北方向）線的

ON的夾角也可以確定，這就是方位角（

∠（NOM

）。有了目標(biāo)的方位角和高低角既可確

定目標(biāo)的空間位置。WUHEEWUHEEF對于運動的目標(biāo)，當(dāng)雷達發(fā)射的電磁波被有徑向運動的目標(biāo)散射形成回波，由雷達天線接收時，接收頻率發(fā)生了變化，即產(chǎn)生了頻移，稱之為多譜勒頻移，相應(yīng)這種現(xiàn)象稱多譜勒效應(yīng)。根據(jù)該理論，可以測出多譜勒頻移fD，如果雷達波長用λ表示，則目標(biāo)的徑向速度υr為：WUHEEF

fD

=2

υr/

λ（4-6-2）F

當(dāng)目標(biāo)逆雷達運動時（

υr

＞0

），則回波頻率大于發(fā)射頻率（

fD

＞0

）。反之，當(dāng)目標(biāo)朝向雷達運動時，則回波頻率小于發(fā)射頻率（

fD

＞0WUHEE）。當(dāng)目標(biāo)移動不在波束方向上時，徑向速度υr與目標(biāo)真實速度υ的關(guān)系為F

υr=υrcosθ（4-6-3）F式中θ為目標(biāo)運動方向與波束方向的夾角。因此，只要測得多譜勒頻移fD，就可以確定目標(biāo)相對雷達的運動速度和方向。F

氣象雷達的工作頻率內(nèi)一般在微波波段WUHEE，分為：F

Ka

（波長0.8~1.1cm）,F

K（波長1.1~1.7cm）,

F

Kυ（波長1.7~2.4cm）,F

X（波長2.4~3.8cm）,

F

C（波長3.8~7.5cm）,

F

S（波長7.5~15.0cm）,F

L（波長15.0~30.0cm）,F

P（波長30.0~100.0cm）,F雷達的探測能力與波長有密切關(guān)系，一般來數(shù)，需要探測的微粒越小，需要的波長越短。F雷達測雨主要用于大范圍的降水量，可以適當(dāng)選擇波長使其后向散射的能量大一些，以便估算降雨量的大小。一般測雨雷達選用的波長為3.2cm、5.2cm和10.0cm。主要視雨滴大小而定。F雷達測雨的范圍：一般在半徑200km的范圍