灌区信息化通信组网的方式探讨

庞军城，张 坤，王宁渝

（江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012）

通信系统是信息化管理平台的枢纽，是灌区系统信息采集，各部门对水资源管理、渠道运行管理、水资源配置，各部门通信、视频会议（电话会议）的重要基础，在灌区信息化系统中扮演着非常重要的角色。随着现代化农业不断发展，对于国内诸多灌区，特别是大型灌区，如何解决通信传输问题成了信息化发展的一大瓶颈。

1 灌区特点对组网通信网络的影响

就灌区而言，其受到当地环境、管理模式、经济发展等影响，组网不能单凭借一种技术模式实现组网目标，而是应结合各类技术手段构建网络体系。

1.1 地理位置

大部分灌区处于山区丘陵渠道，基本都是沿着山前等高线布设总干、干渠，灌区周围的山地、河流数量较多，地形起伏较大。因此，在整个灌区领域散落布置水量采集点、视频监控点、闸门控制点，如果是建设通信塔，就会受到地理环境以及资源分布影响，点与点之间的直线传播难度大。

1.2 管理模式

一些大型灌区由灌区管理局负责统一取水，然后通过各个枢纽完成配水工作，给各个区域灌溉，经营运行模式相对独立的。因此，大型灌区通常具有取水分散、多点配水、双重管理的特性，在组网框架中，应按照灌区管理模式设置信息中心，分级管理。其中，信息中心负责获取灌区运营信息，各分级管理系统可对信息系统进行设置，各个分中心自成体系，运行相对独立[1]。

1.3 发展现状

灌区覆盖范围广，不同乡镇、村落经济差异较大，导致较为发达地区的网络系统较为完善，欠发达地区多数是未接入公网或处于初期接入阶段，这限制了灌区组网内容、结构、形式。

2 灌区组网方案对比分析

2.1 自建通信系统组网

（1）无线传输方式。部分灌区在信息化建设中更倾向于修建通信铁塔，自主建设无线网络。该方式的主要优势如下：①不仅可以实现当地统一防汛调度，还可以利用周围的已经建设通信铁塔基础资源，降低一部分投资；②虽然新建铁塔一次性投资较大，但后期运维费用较低，灌区信息系统运用经费负担不大，可借助国家、地方投资用作经营支撑。该方式的主要劣势如下：可能会受到灌区地理环境限制，需增建多个中继站，总建设成本较高，运行直接受到气候环境影响，难以保证信号的稳定性。

（2）自建光纤传输方式。自建光纤对专业要求非常高，维护工作量较大，虽然过去灌区信息化建设中自建光纤传输方式规划设计手段不完善，但后续随着自建光纤技术的不断完善和推广，其优势也在不断显现。该方式的主要优势如下：①可沿着渠道布置测站、水闸等信息化节点，在网络结构层面上铺设光纤组网；②自建光纤具有传输距离远、抗干扰能力强、保密性好等优势。该方式的主要缺陷如下：各个网络节点的间距较远，自建光纤一次性投资较大，自行维护工作量大，同时渠道需要穿越河流、山谷，在架杆、深埋等铺设流程可能受到场地环境限制[2]。

2.2 公网传输方式组网

（1）有线传输。随着网络覆盖面越来越广，利用公网组网的案例也不断增多。该方式的主要优势如下：①随着灌区覆盖区域不断发展，公网覆盖面积和延伸区域不断增加，为灌区公网组网提供了有利条件；②公网使用费用逐年下降，网速逐年上升；③公网的兼容性、稳定性、安全性非常好，是灌区组网的主要趋势之一。该方式的主要缺陷如下：①灌区多处于乡村，地理位置较为偏僻，与城镇时间的距离较远，公网通信宽带受限，不能完全覆盖运营范围；②公网常年使用、长期维护费用高；③在有线网络传输下，灌区水情、工情信息传输存在较多局限性。

（2）无线传输。虽然如今已经有了4G通信技术乃至5G通信技术，但灌区地区偏僻，故依然以GPRS通信为主。GPRS通信技术适用于突发性、间断性、频繁性、多点分散、中小流量数据信息传输。该方式的主要优势如下：①数据传输稳定性高，建设费用较低；②技术成熟，应用便捷；③设备功耗低，可长期运行，维护成本低，且会随着运营商设备升级而升级。该方式的缺陷如下：①GPRS自身特性决定了该项技术的适用范围受限，且受网络终端影响数据传播速率较低；②GPRS采用不同方向传输数据到接收终端，在无线网络传输数据过程中，可能会出现分组丢失、错误等问题[3]。

3 灌区信息化通信组网方式

3.1 基本思路

综合考虑各类灌区组网的优劣势，应采用综合组网方案，利用现有的公网资源，构建有线与无线、公网与自建的综合传输方案，统筹兼备、因地制宜完成组网建设，短距离干线自建光纤，在干线上汇聚重要信息化节点，散点借助GPRS独立传输，采用各种传输方式实现优劣互补，从而实现信息传输网络的优化目标。

3.2 网络架构建设

很多主干网都是选用无线传播技术，但受距离、气候等因素限制，工程建设难度大，数据传输质量较差，无法满足一步通信的标准。针对这一问题，可以采用光缆通道来保证传输率、稳定性，提高整个系统的互操作性。考虑到铺设光缆成本高、施工周期长，实际操作中可采用资源置换方案，组建总局到灌区管理局的公网光纤链路（速度为100～300M）用作灌区主干通信传输链路。如果之前有无线传输链路可用作应急备用，主要借助公网构建高速、稳定、安全的通信渠道负责一、二级数据通信业务。

分干网建设主要采用互联网接入方式，应用网络宽带系统，保持中高等传输速率，借助管理局信息中心IP地址，实现管理局和干渠管理部门的通信连接。

基层网借助光纤接入方案与配水枢纽连接，枢纽借助VPN与管理局信息中心连接，干渠管理部门和管理所借助网络连接。水量采集点借助采集系统，通过GPRS输送到管理局信息中心，信息中心获取信息后进行统计、处理，实现统一管理模式。干渠管理部门根据上级授权权限访问网站和中心软件，管理采集点的数据信息，同时对数据信息进行使用、备份[4]。

3.3 无线宽带系统

借助射频技术构成局域网，如今无线传输技术在短距离信息传递的质量有了保障，在短距离信息传递可以使用无线宽带系统。由于灌区数据节点具有覆盖面广、分布零散等特点，因此在无线宽带组网时可以选择多点、点到点的灵活组网方案。无线宽带设备主要用于二、三级节点间的数据传输，带宽设计为100～300M，整个无线系统基站设置GPS芯片，与GPS技术结合实现全同步。在整个系统设计中，应对视频监控、语音、浏览器等进行优化，缩短分组包的延迟时间，提升信息反馈速度。

3.4 水情数据通信网络系统

灌区信息化建设中需设置大量、分散的数据采集点，出于实用性、成本等方面考量，应采用体积小、耗能低、成本低的传输设施实现无线远传。水情数据通信系统对信息采集的优先性、可靠性、及时性、精准性有非常高的要求，应采取低能耗、可移动、无线的通信模块，网络布局为“一对多”的布局形式[5]。无线数据传输可根据集控中心距离、网络条件等情况，选择通信供应商GPRS通信模块，确保覆盖无盲区，如图1所示。

图1 水情监测示意图

3.5 IP语音通信网络

IP语音电话主要是借助无线宽带通信设备、计算机广域网络实时传播语音数据，为其提供电话服务功能。IP语音电话在我国普及度较高，语音传输技术经过十几年发展已经十分成熟，因此可以充分利用带宽资源，对IP电话进一步推广和普及，开通相应的IP网络业务，降低通信成本投入，提高各个部门沟通交流便捷性，减少通信费用[6]。

结合灌区总局架构模式以及各项业务特性，信息中心机房作为IP语音通信网络系统核心接入二、三级节点的基层单位，挑选高性能语音交换机设备用于全区范围呼叫处理、用户管理，交换机、中继系统对接，实现管辖区域内通信，实现IP语音护筒。IP语音系统的拨号方式、号码分配与普通手机操作并无明显差异，用户可直接使用，不同单位根据用户使用量可以选择性接入32用户或8用户。IP语音系统既可与相应的IP语音对象互通，又可直接与移动通信用户互通。

3.6 无线固话平台

灌区受特殊条件限制，存在布局难、无线安装难、通信成本高等特性。这一问题可以借助无线固话平台解决，且该方式可以最大程度上保证通话质量。将老旧的电台通信系统淘汰，借助电信运营商提供的无线网络，在原有的点、段、站更换为无线固话平台，可以直接与语音IP电话互通，实现无障碍电话通信。另外，建设无线固话平台之后，可采用接口与普通电话通信，与当地运营商合作，通话使用网络资源，使用户可以像用普通固话一样进行通信交流，从而实现IP语音电话的免费互通与交流。

4 结束语

综上所述，在灌区信息化通信中，做好组网方式选择和网络系统建设是非常重要的一环，也是推动灌区信息化发展的第一步。考虑到不同灌区的地理条件、使用要求不同，其通信条件存在一定差异，因此应结合当地实际情况，剖析各类组网方案的优劣势，采用综合网络通信模式解决各类组网方式的问题，从而实现全面覆盖、经济适用的目标。