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絡短波水文自動測報系統(tǒng)衛(wèi)星數據采集與傳輸系統(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，隨著遙測技術和網絡、衛(wèi)星等現代通訊技術的飛速發(fā)展，水文信息的采集與傳輸開始進入全新的現代化時代。本章將扼要介紹信息、遙測和計算機網絡的基本原理和組成，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絡來實現。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設備的總稱。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輸出信號的性質不同分為：

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、數據、視頻、圖象、多媒體（多種信息的集合）。模擬（語音、視頻） 數字。WUHEE（二）發(fā)送設備發(fā)送設備的基本功能：是將信息源和傳媒介匹配起來，將信息源產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。目前多采用數字通信系統(tǒng)。其發(fā)送設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)的信息變換為數字信號；

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

如多路復用、保密處理、糾錯編碼等。WUHEE（三）傳輸媒介傳輸媒介：發(fā)送設備地接收設備之間信號傳遞經過的媒介。可以是有線的，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）接受設備接受設備的基本功能是完成發(fā)送設備的反變換就，即解調、譯碼解密等。以上是單向通信系統(tǒng)，多數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)或通信網絡。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（金屬或玻璃導體）、受約束媒體、導向媒體、傳導系統(tǒng)。2、無線媒體：以無線電波形式傳輸。無導向系統(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)路和室內線及室內電纜。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，它由兩條導線組成，即中心導體和外屏蔽層。如圖1-1-5所示。主要應用于大寬帶的數據連接。如主機到主機、機箱到機箱、主機到外設以及局域網和有線電視網中。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。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重，而需要經常改變其工作頻率。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，當遙測

站檢測出主站探測信號，并經分析得到理想的同步和碼信號后，遙測站立即把預先存貯的數據通過同一流星余跡發(fā)射到主站，主站收完數據后立即發(fā)一個認可信號傳輸到遙測站，該數據收集結束。WUHEE（三）超短波通信超短波是指頻段在30~1000MHz的電磁波。我國已建設的大多數山區(qū)的中小流域的遙測網基本上工作在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。必須建立相應的中繼站。微波的通信質量、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):完成遙測任務的所有設備的總合。一般包括輸入設備、傳輸設備和終端設備。如下圖4-2-1所示。WUHEE輸入設備：包括傳感器和信號調節(jié)器。傳感器的作用是感受被測物理量（參數）并把它變換成便于傳輸、處理、顯示和記錄的電信號。信號調節(jié)器是將信號放大、調制、匹配和補償，提高傳感器的變換精度。WUHEE傳輸設備和終端設備傳輸設備的作用是把輸入設備輸出的信號傳輸到很遠的終端設備?？梢允怯芯€的導線、電纜和光纜；無線的收發(fā)機、天線和傳輸媒介（信道）。終端設備的作用是對傳輸設備的輸出信號進行處理、顯示和記錄。終端設備可能十分簡單，也可能非常復雜。WUHEE遙控:遙控是對遠距離的被測對象的間接控制。習慣上稱為“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)測設備相當于遙控系統(tǒng)的輸入設備，指令產生設備相當于遙控系統(tǒng)的終端設備。遙測與遙控關系十分密切，通常把它們合起來稱為“運動系統(tǒng)”或“二遙技術”。當前已經把遙測、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)省的是傳輸設備。即一套傳輸設備可完成多功能的傳輸任務。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）經過輸入設備轉換的遙測信號；各副載波調制器和相加器總稱為多路設備、主載波和轉換器為發(fā)射端（站），轉換器（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；接收站中的轉換器是將電磁波轉換為電信號；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，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，并將信息轉換為便于傳輸系統(tǒng)傳輸的信號。傳感器的定義是感受非電量并轉換為電量的器件。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。當彈性膜盒（感應元件）內腔痛入被測物體，在其壓力作用下，膜盒中心產生位移，使連桿運動，從而帶動電位器（感應元件）的點刷滑動，將位移量變成電量（電壓或電流）。WUHEEWUHEE三、調制與解調WUHEE調制是指把一種信號變換成另一種信號的過程。調制的目的是：1、為了有效地輻射電磁波，增加傳輸距離；2、保證多路傳輸的實現；3、提高傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能；4、增加信息傳輸的保密性，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。載波調制：正弦波(幅度調制、頻率調制和相位調制)；脈沖波（脈沖幅度調制、脈沖持續(xù)時間調制和脈沖位置調制）。模擬調制：脈沖編碼調治、增量調制。解調：是指從已調載波信號中將原調制信號解調（解放）出來的過程，也稱檢波。由于調制和解調的方法不同，構成了不同的傳輸系統(tǒng)，也就構成不同的遙測、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。有以下兩種調制方式：第一種是幅度調制。即正弦波的振幅A0——隨著信號f（t）的大小而變化，故稱為幅度調制簡稱調幅，（AM）。表達式為Sc=［A0+f（t）］COS（ω0+θ0）

（4-2-2）第二種是角度調制。定義A為常數而瞬時角度（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，稱為相位調制；如果載波瞬時頻率隨f（t）大小而變化，則稱為頻率調制。兩者合稱角度調制。正弦波調制示意圖見下圖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）對脈沖系列的調制稱為脈沖調制。脈沖調制示意圖見圖4-2-8。WUHEEWUHEE（三）數字調制數字調制也稱編碼調制。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制方式。編碼調制應包括采樣、量化和編碼三個基本過程。編碼調制主要有脈沖編碼調制和增量調制兩種。常見的脈沖編碼調制過程見圖4-2-9所示。WUHEEWUHEE表4-2-1WUHEE數字與代碼的對應關系表數字01234567代碼000001010011100101110111四、干擾與噪聲WUHEE干擾是指傳輸系統(tǒng)以外的其他設備（通信、雷達、電臺等）引起的信號以及電器開關設備產生的火花放電等。噪聲分外部內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；內部噪聲是指傳輸系統(tǒng)本身（主要是指接收機）產生的噪聲。外部干擾一般可以通過正確地設計安裝加以消除；噪聲（主要是內部噪聲）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。信噪比即采用信號強度與噪聲強度之比的對數的10倍來表示，即單位為分貝（dB），數值越大，噪聲影響小，通信質量越高。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?；蚍Q多路復用。多路傳輸的數學理論基礎是函數的正交性。目前，廣泛應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的。即在在發(fā)送端，個路信號通過調制，將其頻譜搬移到互相不重疊的頻帶內，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，恢復出原來被傳輸的各路信號。由于信號是以它們在頻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、數字傳輸系統(tǒng)的一些特性WUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEWUHEEF

4.3水文信息的計算機網絡WUHEE由于計算機技術和通信技術的飛速發(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以萬計的水文站及水庫、水電站等水利管理部門，對復雜的信息收集、存貯、處理和發(fā)布和檢索和信息資源的共享等需求，促進、加大了計算機網絡系統(tǒng)的應用。一、計算機網絡的概念WUHEE計算機網絡（計算機通信網）是指互聯起來的獨立自主的計算機的集合?！盎ヂ摗笔侵赶嗷ミB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。連接的介質（信息傳輸介質）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?！盎ヂ摗本哂形锢磉B接和計算機應用程序間信息交換的兩重性質。計算機的“獨立自主”，是為了將計算機網絡與主機加多臺設備構成的主從式系統(tǒng)區(qū)別開。早期的計算機應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資源和數據庫存貯功能，對用戶采用嚴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)），而不是計算機網絡。WUHEE隨著計算機技術的發(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絡得到延伸，典型的如文件和打印機資源等。出現了以帶有大型操作系統(tǒng)的主機（服務器）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，共享共同應用的數據庫和打印機等。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成的系統(tǒng)（多機系統(tǒng)）。也不是計算機網絡。WUHEE進入20世紀80年代末以來，計算機開始向小型化、網絡化方向發(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。同時計算機局域網和廣域網技術更加完善，人們已經不滿足上述的計算機資源共享模式。于是客戶機/服務器的計算模式應運而生。該模式下的系統(tǒng)是小型專用計算機網絡。WUHEE在網絡工作方式下，系統(tǒng)使用客戶機和服務器兩方面的智能、資源和計算能力了執(zhí)行一個特定的任務?？蛻魴C需要服務器提供信息，服務器存貯數據和程序，并向客戶機提供全網范圍的服務?？蛻魴C、服務器以及聯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：前端客戶應用和后端服務器應用。如圖4-3-1所示。WUHEEWUHEE在小型網絡中利用客戶機/服務器方式可以保證實現系統(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，任何的一種網絡都可以劃分兩部分：主機和子網。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（應用程序）；子網又叫通信子網，各入網主機的連接實體。其任務是在主機之間傳送數據分組，提供通信服務。WUHEEWUHEE計算機網絡是計算機和通信相結合的產物。主要目的是在于提供不同計算機和用戶之間的資源共享。通信子網是在小范圍內的數據傳輸網絡。而大范圍（城市、地區(qū)、國家等）則應用公用數據通信網構成通信子網。計算機網絡可以與各類電信網互連互通，使計算機網絡可以經電信上網。WUHEE計算機網絡根據其地理覆蓋范圍劃分為：局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣

網（WAN）、全球網（GAN）。它們之

間的連接如圖4-3-3所示。在各級網絡中一般包含交換、復用和傳輸設備，用于構成通信子網。WUHEEWUHEE二、計算機網絡的體系結構WUHEE所謂計算機網絡，是指互聯起來的獨立的計算機集合?！盎ヂ摗币馕吨嗷ミB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。并且是通信雙方必須遵守的共同約定（即網絡協議）。網絡協議與計算機通信的關系好比程序設計語言與計算的關系。各層次的協議相互協作，構成一個整體。（一）網絡結構的概念模式協議分層后，形成協議堆棧，其中沒一協議對應一個軟件模塊，負責處理一個子問題。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)互聯參考模型國際標準化

組織（ISO——Internationa

StandardsInstitutr）于1981年頒布了開放系統(tǒng)互聯參考模型（ISO/OSI參考模型），簡稱OSI七層模型，促進所有的計算機網絡走向標準化，從而具備了互聯的條件。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。利用物理傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接。2、數據鏈路層（Data

Link

Layer）3、網絡層（Network

Layer）4、傳輸層（Transport

Layer）5、會話層（Session

Layer）WUHEE6、表示層（Presentation7、應用層（ApplicationLayer）Layer）（三）

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

Institute

of

Electrical

and

ElectrEngineer）于1980年成立IEEE委員會，專門負責制定不同工業(yè)類型的網絡標準，主要有以下標準，見下表4-3-1所列。WUHEE表4-3-1

OSI與IEEE802標準比較表WUHEE較高層802.1較高界面標準(系統(tǒng)結構和網絡互聯)數據鏈路層802.2邏輯鏈路控制標準(LLC)802.3CSMA/CD802.4Token

Bus802.5Token

Ring802.6MAN物理層CSMA/CD介質Token

Bus介質Token

Ring介質MAN介質應當指出,IEEE

802局域網標準相對于OSI七層模型協議標準是有局限的,它只描述了較低的兩層，對其余高層協議并未制定。不過，在局域網中，由于數據以編址幀（含有地址信息的數據幀）的形式傳輸，并且不存在立即交換等特點，高層協議對局域網并不重要。實際上個別局域網產品盡管存在高層軟件不同，網絡操作系統(tǒng)也有差別的問題，但由于低層都采用了IEEE

802IEEE局域網標準協議，幾乎所以局域網都可以實現互聯。WUHEEIEEE

802標準還為局域網的每個節(jié)點規(guī)定了一個48位（bit）的全局地址，即“物理”地址。IEEE是世界上局域網全局地址的

法定管理機構，負責分配高24位的地址。世界上所有生產局域網網卡的廠商都必須向IEEE購買高24位組成的地址編碼。而低于24位由生產廠商自己決定。WUHEELAN的覆蓋范圍小，傳輸時間有限，可簡化網絡管理。早期的局域網LAN通常使用一種傳輸技術，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，可達沒秒數百兆位。傳輸技術實現多條線路連接所有計算機。局域網可以有多種拓撲結構，常見有以下四種：WUHEE（一）總線型拓撲結構總線型拓撲結構是局域網最常用的拓撲結構之一。它是樹型拓撲結構的一個特例。它是采用單根傳輸線作為傳輸介質，網絡上所有的工作站點都通過相應的硬件接口直接連接到傳輸介質或總線上，各工作站間的通信可通過公共介質直接進行，如圖4-3-6所示。WUHEEWUHEE（二）環(huán)型拓撲結構環(huán)型拓撲結構是局域網較常用的拓撲結構，如圖4-3-7所示。環(huán)型拓撲結構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）星型拓撲結構星型拓撲結構是采用中央控制，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，必須經過中央節(jié)點傳接。見圖4-3-8。WUHEE（四）樹型拓撲結構樹型拓撲結構實際上是一種分級結構。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)點即為網絡的根，每個分支還可延伸出分分支。樹型拓撲結構中處于最高位置的節(jié)點為根節(jié)點，負責網絡的控制。樹型拓撲結構的優(yōu)點是擴展容易，路警選擇方便。WUHEEWUHEE四、城域網WUHEE城域網又稱MAN，基本上是種大型的LAN，通常使用與LAN相似的技術。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玫摹AN使用一條或兩條電纜或光線，并且不包含交換單元，即把分組數據分流到幾條可能的引出的電纜設備，可以簡化設計。見圖4-3-10。WUHEE五、廣域網WUHEE廣域網稱WAN，它是跨越大地域的網絡，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。主機通過通信子網相互連接，如圖4-3-11所示。子網的功能是將信息從一臺主機傳到另一臺主機，通過把網絡純粹通信部分（子網）和應用部分（主機）分開，使整個網絡的設計和理解簡化許多。WUHEE六、無線網WUHEE七、互聯網和因特網（Internet）WUHEE互聯網是不同應用目的的計算機組成的網絡的簡稱。也稱為互聯的網絡集合。WUHEE八、國家水利信息網絡（一）國家水利信息網絡的組成國家水利信息網絡的建設分為三個部分就，即全國實時水情計算機廣域網、全國防汛計算機網和中國水利信息網。全國實時水情計算機廣域網是連接全國水文系統(tǒng)的廣域網絡，它以傳輸實時水情為目標；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、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絡，并全部投入運行。WUHEE國家水利信息網絡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、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，是以224個水情分中心和267個旱情分中心為基礎的連接國家防辦、七大流域機構和31個省市區(qū)防汛抗旱部門的計算機網絡系統(tǒng)。它是以傳輸防汛信息為目標，實現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，是國家防汛指揮系統(tǒng)工程的重要組成部分。WUHEE中國水利信息網是一個面向整個水利系統(tǒng)的綜合信息網，它是一個包含防汛、水利經濟、水利科技、水資源、水質監(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，是防汛抗旱、辦公自動化、水文水資源、水利經濟和科技教育等各種應用綜合業(yè)務網絡。國家水利信息網是一個多層次的網絡系統(tǒng)，網絡分為骨干網、地區(qū)網、園區(qū)網和部門網四個等級。如圖4-3-14所示。WUHEEWUHEE1、骨干網：包括中央網絡中心與備用網絡、7個流域機構、31個省（區(qū)、市）之間的互聯網絡。2、地區(qū)網：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省（區(qū)、市）之間的互聯網絡。3、園區(qū)網：同一城市異地辦公的同級水文、防汛和抗旱部門之間、局域網無法實現連接的網絡。4、部門網：中央、流域、省（區(qū)、市）及國家水利信息網絡系統(tǒng)設計范圍內信息分中心的內部局域網。WUHEE（二）國家水利信息網絡通信子網水利信息網絡骨干網和地區(qū)網可供選擇的信道資源主要有：中國公用數字數據網（CHIN

ADDN）；中國公用分組交換網（CHINPAC）；中國幀中繼網（CHINA

FRN）；綜合業(yè)務數據網（ISDN）和防汛衛(wèi)星網。通信子網的計算機網絡物理結構如圖4-3-15所示。WUHEEWUHEE骨干網中，中央到各流域、重點防洪?。▍^(qū)、市）、備用網絡中心，采用CHINAADDN或（CHINAFRN）為主信道，以防汛衛(wèi)星網高速調制調節(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)星網的撥號方式組網。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，完成江河流域降水量、水位、流量、閘門開啟等數據的實時采集、報送和處理構成的信息系統(tǒng)。F按水文自動測報系統(tǒng)規(guī)模和性質的不同，可分為水文自動測報基本系統(tǒng)和水文自動測報網。

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水文自動測報網是通過計算機的標準接口和各種信道，把若干個基本系統(tǒng)聯接起來，組成進行數據交換的自動測報網絡。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，通信質量高，缺點是受地形限制，而需要設立中繼站。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（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，將水文參數變成數字信號，并解除信號間的內在聯系，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據信號轉換成符合一定規(guī)則的數碼，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原為水文參數。F4、調制和解調。為了將編碼器輸出的數字信號送到遠方的收信點，必須對所有載波進行某種調制后才能傳輸信息。F調制器的作用是把數字信號變成適合于信道傳輸的載波信號；解調器則是把接收到的已調載波信號恢復成數字信號。WUHEEF

5、信道。包括傳輸電信號的媒質和通信設備。在傳輸過程中對數據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。對數據的發(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)現和糾正數據在傳輸過程中的發(fā)生差錯的控制。F8、報警。當出現水文參數超過警戒值、設備故障等異常情況時發(fā)出警報信號。F9、數據處理。包括對水文數據進行合理性檢查、整理、打印、存貯，進行預備和調度等。WUHEEF

（二）水文自動測報網F水文自動測報網是基本系統(tǒng)中心站作為節(jié)點，通過中心站計算機系統(tǒng)（DTE）的標準接口、數據通信設備（DCE）、信道和數據交換設備（DSE），把這些基本系統(tǒng)和上級中心站聯接起來組成的數據通信網，如圖4-4-2所示。F該通信網在網絡軟件的支持下，把各個基本系統(tǒng)收集到的遙測數據迅速地傳送給網內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（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當一級中繼不能滿足信息傳輸情況下，可設多級中繼站。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。流量參數通常是在計算機實時數據處理中由水位值轉換而來。對其他水文參數，需要時可另由人工置數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制，形成適于信道電路傳輸的數據信號碼（信道編碼和調制）。4、按一定通信格式和規(guī)約將水情信息發(fā)送出去（數據處理和發(fā)送）。5、遙測站一般還應具有人工置數的功能，必要時可將人工置入的多種非自動采集的水文參數發(fā)送給中心站。WUHEE（二）遙測站網布設的論證雨量和水位的遙測站網的布設是建設水文自動測報系統(tǒng)首先涉及的問題。其實質是要在控制的區(qū)域或流域的雨情、水情在保證洪水預報精度的前提下，以最經濟的系統(tǒng)規(guī)模和投資了布設遙測站點。1、為了保證水文資料的連續(xù)性，盡可能減少組建通信網的困難，對已有的水文站一般不得變更其位置；2、所設代表性雨量站，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。（等值線圖法或加權平均法）；F（2）同時采用本流域（區(qū)域）的產匯流方案，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)，并結合當地綜合的暴雨等值線圖，分析確定遙測站點的布設位置。WUHEEF遙測雨量站點布設與洪水預報模型的匹配問題。F不同的洪水預報模型對遙測雨量站點的布設要求是不同的。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根據歷史暴雨洪水資料才洪水預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，要重點考慮系統(tǒng)所在流域和地區(qū)的河段情況。若以河網匯流為主，則站網以控制干流和主要支流來水的遙測水位站為主，只布設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匯流為主，且工程控制運用又要求有足夠成的預見期，則應考慮布設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報精度和有效預見期的影響，并且要對不同站網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報效益。WUHEEF為了能控制水庫上游來水，應選擇在庫區(qū)各主要控制站增加遙測水位站，同時應考慮盡量在原有測站附近或在同一地點布設遙測水位站，以保持水文資料的連續(xù)性，另外，為滿足工程運行的需要，應該布設壩上水庫水位和壩下尾水遙測站。WUHEEF在站網布設中，站網密度不是一個絕對指標，按防洪要求和預報精度，大體上有一個數量范圍。F從我國已建成的一些水文自動測報系統(tǒng)看，站網密度多在250~600km2/站。且站網密度往往與系統(tǒng)所控制的面積相關，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，設置站點8個，站網密度為338km2/站；鳳灘系統(tǒng)控制面積為19500km2，設置站點36個，站網密度為520km2/站；而萬安系統(tǒng)控制面積為33000km2，設置站點55個，站網密度為600km2/站。F總體上我國自動測報的站網密度比國外要低得多。日本的站網密度達50km2/站。WUHEEF

（三）自動測報體制F

遙測站應根據功能要求和管理維護力量，電源、交通、信道質量等條件，按經濟合理、便于維護的要求，可選用自報式、查詢—應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自動向中心站發(fā)送一次數據。增量報是當被測水文參數發(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)送一次數據。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，設備簡化，成本也低。WUHEEF

2、查詢—應答式F

由中心站自動定時或隨時呼叫遙測站，

遙測站響應中心站的查詢，實時采集水

文數據并發(fā)送中心站。定時自動巡測的

時間間隔，看根據數據處理懷念預報作

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—應答式遙測站是雙向的數據傳輸系統(tǒng)，一般用在比較重要的測站。查詢—應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，并將信息轉換成便于傳輸系統(tǒng)傳輸的信號。水文自動測報系統(tǒng)中的采集雨量、水位的設備稱為遙測雨量計、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降水經過進水漏斗流如翻斗，當水量達到定值后，引起翻斗翻轉，并由磁鋼磁吸合（或釋放），舌簧管產生一個通電信號，此信電號作為數據脈沖。接著由翻斗另一邊盛水作下一次計量翻轉。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：單翻斗式結構，雨水集入小漏斗+全方向虹吸附件，翻斗翻轉時帶動磁鋼吸合舌簧，發(fā)出斷信號并傳給紀錄、發(fā)送系統(tǒng)。F

翻斗計量誤差≤4%，F

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型數字雨量計（存儲式）F

紀錄時間：≥90天；F

分辨率為0.1mm；F

紀錄方式：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，并經繩索帶動水位比例輪產生圓周運動，即將直線位移量轉換為角位移量。水位輪帶動同軸的角編碼器產生數據編碼輸出。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等部件組成，作為浮子式的數字編碼輸出。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成，其中單

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

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

我國最新遙測水位計產品F

1、簡介FWPH-3型遙測水位計，是集現代數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備，我們在大家熟悉的40日記水位計的基礎上增加了光電信號傳感器、智能數據采集儀、無線數據傳輸裝置、服務器和客戶端軟件、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)儀器和現代遙測技術結合于一體的解決方案，WPH-3型遙測水位計即能實現原來傳統(tǒng)的模擬水位記錄存儲功能，又能實現水位數據的數字化和網絡化。WUHEEF

2主要技術指標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小時存儲一次當前水位數據。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定，范圍：2～99厘米）時，5分鐘存儲一次當前水位。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℃（水面不結冰）。F

2.10相對濕度：≤90%。F

3特點：F3.1使用GPRS/GSM網絡成本低，無維護成本，可靠性高、覆蓋面廣。F

3.2水位數據多重備份，可確保數據可靠存儲。

F3.3數據中心站投資少：一臺能上網的有IP地址的計算機即可組成數據監(jiān)測中心，也可使用重慶華正公司的服務器。F3.4凡是能上網的計算機經授權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。WUHEEWUHEE三、信道與中繼站F在基本系統(tǒng)中，超短波通信是數據傳輸的主要方式，但應充分利用已有的通信線路（如郵電通信網、已設報汛電臺）。整個系統(tǒng)可以用單一通信方式組網，也可以用幾種通信方式混合組網。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一般情況下應盡量選擇以上水情頻率。如果選用其他頻率應向國家無線電管理委員會申請。系統(tǒng)暢通率（正確數據的遙測站數n與總遙測站數N之比）應大于

90%。信道的數據傳輸速率在300、600、1200bit/s檔次中選擇。一般可選用300bit/s，如果數據傳輸量較大，應在保證可靠的前提下，選用較高的頻率。數據傳輸的誤碼率應小于10-3。WUHEEF系統(tǒng)的數據傳輸在同一站內相距較近的設備間可采用基帶傳輸，相距很遠的站點間通信采用數字調制信號傳輸。對于超短波通信，調制方式宜采用移頻鍵控（FSK）制，并根據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，除少數測區(qū)和平原地區(qū)情況外，一般都需要設置中繼站，以便進行數據信號的竭力傳送。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發(fā)的數據信息并進行轉發(fā)，這種中繼站有的可不進行信令信號處理；查詢—應答式系統(tǒng)體制的中繼站，是按著信令信號對遙測站（或經下一級中繼站）進行數據信號的遙測和轉發(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，只是將模擬信號轉發(fā)；F再生中繼需要進行信號的調制解調，即首先將模擬信號解調為數字信號，并做糾檢錯處理，再重新進行信道編碼，最后將其調制成模擬信號轉發(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換為模擬中繼方式。F

中繼站一般都應具備以下基本功能：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/再生中繼站轉發(fā)功能；F3、按中繼站的設計要求不同，可相應要求具備多種數據類型（定長或不定長）、多種數據形式（單組或多組數據）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、具備數據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設計的主要環(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；具有一定的覆蓋面，盡可能降低中繼級數，減少中繼站的數量（系統(tǒng)的中繼級數，一般不宜超過3級）；在滿足信道指標要求的前提下，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)（包括調制解調部分）、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據收集執(zhí)行，它將遙測站采集和發(fā)送的數據信號接收下來，并與遙測站的工作流程相反，即先解調，再解碼，使其還原為水文數據，再進行處理、存儲，并能查詢、檢索和顯示。中心站的設備包括前置機系統(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、調制解調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據的實時接收、暫存和預處理，并將結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—應答式遙測站的數據，對接收的數據能進行檢錯、糾錯以及具有超限報警功能WUHEEF

國內大多數水文自動測報系統(tǒng)已逐漸由

單一系統(tǒng)發(fā)展為一個開放的系統(tǒng)，即建

成了一個計算機網絡，進行信息傳輸、

交換，實現資源共享。圖4-4-11為湖南資水流域超短波水情欣喜收集網絡示意圖，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)的梯級防洪調度網絡，兩個系統(tǒng)與長沙水文總站互聯，可以進行信息傳輸、交換，實現資源共享。WUHEEWUHEE第五節(jié)衛(wèi)星數據采集與傳輸系統(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)星普遍進入實際應用階段。除軍事偵察衛(wèi)星外，衛(wèi)星的主要業(yè)務分為以下三種：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)星系列均有星載數據收集裝置（DCS），接收分散在各地的無人管理的數據收集平臺（DCP）所收集的資料，以衛(wèi)星為中繼站，及時轉發(fā)給地面接收站。F衛(wèi)星數據采集與傳輸系統(tǒng)，實質上是用衛(wèi)星代替水文遙測系統(tǒng)中的地面中繼站。F將中繼站的通信設備移到衛(wèi)星上去，就相當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)星上都裝有數據轉發(fā)器和平臺定位系統(tǒng)。F它能夠收集和轉發(fā)觀測平臺所采集的水文氣象信息。F

衛(wèi)星數據接收系統(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)星把來自觀測站網所采集的數據和信息傳輸給一個或多個地面接收站。觀測站網稱為數據收集平臺（

Data

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

一、數據收集平臺（

DCP

）F數據收集平臺就是遙測站。是一種計算機化、模塊化、多功能數據采集系統(tǒng)，能接收數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?，保護其內部儀器不受周圍環(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。這種平臺復雜、價格昂貴。可用于有人管理的重點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。這種平臺結構簡單，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、臺風暴雨形成區(qū)、重要設施和工程地段（如大型水電站、內陸鐵路沿線）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計要求較高。WUHEEF

二、數據中繼衛(wèi)星F

數據中繼衛(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)星經過各地與當地的地方時間相同）。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、數據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，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)星上的數據接收系統(tǒng)（DCS）將分布在各地的DCP水文氣象等數據收集并轉發(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)，數據平臺按幾分鐘固定時間間隔連續(xù)不斷地向空中發(fā)射“數據群”，當極軌衛(wèi)星進入DCP范

圍之內時，接收其數據并轉發(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)星必須經過

DCP上空，完成中繼任務；③詢問通信系統(tǒng)，當衛(wèi)星位于DCP上空時，發(fā)生出詢問信號，由DCP將數據發(fā)射給衛(wèi)星中轉。分布在全球范圍的數據收集平臺（

DCP）。設在法國圖魯茲（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聯系暢通，通信系統(tǒng)是衛(wèi)星的主體，也稱空間轉發(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發(fā)輸入信號；如果轉發(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取不同的數值，以便達到足夠的隔離。即空間轉發(fā)器內還應設置變頻轉換器。WUHEEF衛(wèi)星上除了通信系統(tǒng)外，為了掌握星內各種設備工作情況，衛(wèi)星上還應裝備能測量各種參數并把數據傳回地面的遙測設備。F

因此衛(wèi)星上應包括通信系統(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（數據接收平臺）的數據外，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)星運行的各種參數和控制信息。LES還是一個數據處理中心，將處理好的數據再由衛(wèi)星轉發(fā)給用戶，或將處理好的數據直接為用戶服務等。F

及用戶站WUHEE四、我國的衛(wèi)星數據采集與傳輸系統(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；傳輸質量好，可靠性高；不受環(huán)境和天氣的影響；整個系統(tǒng)建設周期短，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)星數據采集與傳輸系統(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日我國風云2號（FY-2）發(fā)射成功，定點在東經1050。這樣就健全了我國自己的衛(wèi)星數據采集與傳輸系統(tǒng)。WUHEEF

兩種衛(wèi)星各有所長。F極地衛(wèi)星可以實現全球觀測，分辨率高；但觀測次數少，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)星上還裝有一套數據采集和傳輸系統(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分鐘內準確收集水文數據和發(fā)布洪水預報，10分鐘內發(fā)布水情預報。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，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，經通信網中轉進行全球范圍內通信。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。F

Inmarsat在赤道上空約35700km高度布設了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)展為數字船載移動終端Inmarsat—B，及車載移動終端Inmarsat—M和數字移動終端

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遙測終端轉換器及Inmarsat—C終端設備組成。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遙測終端轉換器進行數據存儲，再通過協議轉換把數據按規(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遙測終端轉換器，進行命令、修改參數等工作。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)送數據，進行數據處理存儲、參數預置、命令等任務。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)星轉發(fā)器可以應用任何的同步衛(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)務目前由北京蓋達衛(wèi)星通信網絡有限公司經營，它是水利部、以色列吉來特衛(wèi)星網絡有限公司、加拿大塞納西電信開發(fā)公司聯合組建?，F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備組成水情自動測報系統(tǒng)的中心站。F遙測站可按設定的時間間隔和按設定的監(jiān)測參數的增量和變化自動向中心站發(fā)送監(jiān)測數據，中心站也可向遙測站索取數據或發(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，且數據速率較高?？捎糜谛枰ㄔ捖撓档臏y報系統(tǒng)中。F而Inmarsat—C優(yōu)點是天線小，功耗低，無雨衰?？捎糜跓o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，并檢測經目標反射的回波，以識別目標的位置和運動狀態(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.現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、圖象和數字顯示等先進技術，在氣象預報方面發(fā)揮了它的實用價值，成為降水測定和降水預報的有利工具。F我國目前水情自動測報系統(tǒng)中的雨量站網密度較下，站網間距很大，特別是大暴雨的降雨分布很不均勻，對準確計算區(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進行探測。F利用微波的方向性來測定目標的方位角和高度角；F

利用微波的速度來測定目標的距離；F利用微波的多譜勒效應來測量目標的運動速度。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），當電磁波能被目標阻截時，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，反映目標本身的特性，而電磁波在雷達和目標之間傳播所需要的時間，則反映了目標的相對位置，從而實現了對目標的探測和定位。F在大多數雷達中，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

）。有了目標的方位角和高低角既可確

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

fD

=2

υr/

λ（4-6-2）F

當目標逆雷達運動時（

υr

＞0

），則回波頻率大于發(fā)射頻率（

fD

＞0

）。反之，當目標朝向雷達運動時，則回波頻率小于發(fā)射頻率（

fD

＞0WUHEE）。當目標移動不在波束方向上時，徑向速度υr與目標真實速度υ的關系為F

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

氣象雷達的工作頻率內一般在微波波段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系，一般來數，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