1 引言
湘江为长江中下游一级支流，它是洞庭湖水系最大的河流，全长856公里，流域面积94600平方公里，地跨湖南省会城市长沙，途经永州、郴州、衡阳、株洲 和湘潭五大城市。
湘江流域属亚热带季风气候区，春季气温升降多变，阴雨连绵;夏季高温湿热，暴雨集中，洪旱交错;秋季干旱少雨，台风入侵较频繁，时有山洪暴发;冬季少严 寒，雨量稀少。地貌类型以山地为主，兼有丘陵、岗地和平原，不同地貌又纵横交叉、犬牙交错出现。该区域气候多变，降水时空分布不均，以及复杂的地形地貌，经常造成山洪暴发和洪涝灾害，给当地人们的生命财产造成了严重损失。
为了减少洪水灾害，湘江流域迫切需要建设一套具有现代化水平的水情信息采集系统。项目由法国cegelec公司承建的湘江水情信息采集系统是利用法国政府 贷款投资，全套终端设备均从法国引进。该工程是国家防汛指挥系统建设项目的重要组成部分，它能为湖南省湘江流域各大城市防洪抗灾提供宝贵的水情信息服务，缩短洪水预报期，最大限度的减少洪涝灾害所造成的经济损失。
2 无线电网
湘江水情信息采集系统共有水情遥测站121个:其中雨量站52个;水位站7个;水库站11个;水文站51个。根据湘江流域的地形特点及组网论证，该区域全部采用超短波为主通信方式，并以pstn作为备用信道。系统共设立遥测中继站20各，信息子中心2个，水情分中心6个。
3 系统功能
本系统功能主要是将采集到的水情实时数据采用无线或有线信道以最短时内传输到分中心，本系统采用的是以超短波为主信道，pstn(公共交换电话网络)为备 用信道的通信方式，因此，本文将着重讨论超短波信道通信原理。
3.1 采集站
系统采用的是“定时自报”、“超限自报”和“人工召测”的混合工作模式。这种工作方式能大大降低功耗，提高系统运行可靠性和实时性。若仅采取自报方式，了 解遥测站的实时水情参数的变化将受到限制，中心站也无法直接从遥测站获得实时数据;若只采取定时召测方式，则两次召测之间的数据将被遗漏，如果两次召测之 间水文参数发生过较大变化时，则将影响洪水预报的准确性。
遥测站rtu每5min对雨量、水位传感器进行数据采集，并将采集到的最新数据保存在rtu的闪存中;同时判断是否达到超限自报门限，若达到则启动电台将 数据发送出去，若没有达到则在每隔20min后将实时水情信息无条件发送给中心站。
由于遥测站采用太阳能供电，为了确保电源供应正常，rtu具有充电控制功能，在低电压情况下，它将向中心站发出报警信号。为了节省遥测站电源消耗，rtu 在完成数据采集和发送任务后，会自动进入休眠状态;人工置数板也具有自动休眠功能。
遥测站出现超短波通信故障并通过几次尝试通信均失败后，遥测站会自动启用有线modem完成数据发送;当超短波通信恢复正常时，遥测站会自动切换返回超短 波通信方式。
遥测站rtu机箱还具有开门报警功能。即在工作人员忘记关上rtu机箱门或有非法开启rtu机箱时，中心站将接收到相应的报警。
3.2 中继站
为了节省功耗，中继站rtu每5min开启一次，除了具有遥测站的基本功能外，其主要完成收集和转发遥测站实时水情数据任务。
3.3 中心站
前置机rfu的主要功能包括:负责接收由超短波或pstn信道发来遥测站数据，并传输给数据处理计算机;负责发送管理系统发出的参数设置及校时等指令。
4 硬件配置
系统遥测设备包括:遥测站rtu(远程终端控制系统)、中继站rtu和前置机rfu(无线上网)，这些设备具有相同的硬件结构，但处理软件配置参数不同。
4.1 遥测站rtu
遥测站rtu配置包括vhf数传电台、pstn调制解调器、人工置数板、数据采集控制器等设备，其结构见图1所示。
图1 遥测站结构图
4.2 中继站rtu
中继站rtu配置包括vhf数传电台、中央控制器、避雷器等设备，其结构见图2所示。
图2 中继站结构图
4.3 前置机rfu
中心站rfu配置包括vhf数传电台、pstn 调制解调器、中央控制器等设备，其配置见图3所示。
图3 中心站结构图
5 工作原理
在移动通信领域，时分多址tdma是一种先进的频谱复用技术，即在有限的频率资源下，它能有效扩展通信容量。在水情自动测报系统vhf通信中，因为水情自 动测报系统通信网络主要覆盖在偏远的山区，测站电源供应及设备运行稳定性是系统建设的首要问题。采用tdma技术不但能节省有限的频率资源，而且还能有效 的控制电源消耗，提高系统运行可靠性。要实现tdma通信，除了要有高性能的硬件设备外，还要有高效力的控制软件和时钟处理模块。法国公司利用其先进的技 术条件，为湘江水情信息采集系统开发了由遥测终端、中继机和前置终端组成的通信设备，并根据不同的功能要求配置了不同的控制处理软件，以实现时分多址通信方式。下面介绍其工作过程。
中心站前置终端处于常开状态，遥测站根据不同的工作模式开启遥测终端。在通常情况下，遥测站随机产生的雨量数据保存在外部寄存器中;遥测终端cpu每 5min开启一次，采集雨量和水位数据，并检测自身的工作状态;在没有发生任何参数变化时，遥测终端20min开启一次电台设备向中心站发送当前数据，这是轮巡模式;当遥测站参数变化超过设定门限时，遥测终端在采集数据后会开启电台设备，向中心站发送数据，这是事件模式。遥测tdma时隙分配情况见图4所示。
图4 遥测站tdma时隙分配表
5.1 路由表
tdma通信方式能有效利用有限的频率资源，在同一无线网中采用可以采用相同的频点。前置机根据所在分中心站点无线通信路由设置路由表，在极短的时间内能采集到所有遥测数据。当某测站通信路由出现故障时，可随时更改路由,确保数据通信正常。
图5 两级中继遥测系统
如图5所示，在前置机中路由表应设置为:
rfu=1,2,10;1=3,11;2=12;3=13,14。
5.2 无线召测
该系统采用无线召测方式获得遥测数据，根据设计原理，无线召测分为3个步骤:
(1) 直接采集(一级遥测网)
请求帧发送，rtu请求等待采集数据，rfu等待rtu直到完成发送;
(2) 间接采集(二级以上网)
除发送和接收帧包含中继站路由地址外，发送和接收方式与第一步相同;
(3) 时间同步
rfu根据其路由表，有规律地同步各遥测站和中继站时钟。
5.3 工作模式
(1) 慢循环模式
系统遥测设备每5min唤醒一次，并发送测站最新水情信息和运行状况。为了减小功耗，水情参数都设有门限值，遥测站在没有超过门限值或状态报警的情况下，将不发送任何数据。为了检测遥测站工作是否正常，遥测站每20min主动向rfu报告当前状况。这就是一种慢循环工作模式，中继站和遥测站工作周期见图6 和图7所示。
图6 中继站工作周期
图7 遥测站工作周期
(2) 事件模式
当水情参数超限或工作状态报警时，事件模式能确保在最短的时间内将信息发送给rfu。通常情况下门限设置为:水位超过±1cm，雨量超过1mm。
(3) 点对点模式
rfu可以和rtu建立点对点的通信模式，实现远程参数修改和数据下载。
(4) 休眠和唤醒模式
为了节省功耗，遥测站电台和cpu控制板大部分时间处于休眠状态。当有遥测事件发生，或慢循环周期到来时，它们才处于唤醒状态。
5.4 数据存储和确保机制
根据设备配置，遥测站rtu均带有2mb数据存储空间，便于数据保存。遥测站数据确认机制如下:
通信正常时，遥测数据将自动发送至rfu，并在第二次通信时，rfu发出确认信号，以证明数据已存入数据库;
当出现通信故障时，遥测站rtu每次采集的数据将存储在本地;当通信恢复正常时，存储在本地的数据将自动传输到rfu，并一一确认存入数据库;
当 出现永久通信故障时，存储在本地的数据可通过人工用笔记本直接下载;在分中心将下载的数据文件通过监控软件转入数据库。
数据存储安全性机制如图8所示。
图8 数据存储安全<
