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中小河流水文監(jiān)測(cè)站因所處區(qū)域多為偏遠(yuǎn)山區(qū)或鄉(xiāng)村,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱,數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇與網(wǎng)絡(luò)適配能力,直接影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性。在數(shù)據(jù)傳輸方式上,中小河流水文監(jiān)測(cè)站主要采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸、衛(wèi)星通信傳輸及有線傳輸三種方式,且根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境靈活切換。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸是中小河流水文監(jiān)測(cè)站常用的方式之一,主要包括 4G、5G 和 LoRa 技術(shù)。4G 和 5G 傳輸方式適用于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋較好的中小河流沿岸,具有傳輸速率快、延遲低的特點(diǎn),能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(如水位、流量)的傳輸需求,數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 1 - 100Mbps,延遲控制在 100 毫秒以內(nèi),可實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)甚至秒級(jí)數(shù)據(jù)上傳。例如,在某流經(jīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的中小河流,監(jiān)測(cè)站部署在距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)基站 3 公里范圍內(nèi),采用 4G 傳輸方式,每天可穩(wěn)定上傳約 1440 組水位數(shù)據(jù)和 720 組流量數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)完整率達(dá) 99% 以上。LoRa 技術(shù)則適用于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較弱但監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布較集中的區(qū)域,其傳輸距離可達(dá) 10 - 15 公里,且功耗低,能通過(guò)搭建 LoRa 網(wǎng)關(guān),將多個(gè)監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)匯聚后再上傳至云端平臺(tái),降低單個(gè)站點(diǎn)的通信成本。某山區(qū)流域內(nèi)分布有 8 個(gè)水文監(jiān)測(cè)站,各站點(diǎn)之間距離 3 - 5 公里,且均無(wú)穩(wěn)定 4G 信號(hào),工作人員搭建了 2 個(gè) LoRa 網(wǎng)關(guān),各監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)通過(guò) LoRa 傳輸至網(wǎng)關(guān)后,再通過(guò)衛(wèi)星通信上傳至管理平臺(tái),有效解決了該區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸難題。
衛(wèi)星通信傳輸則是中小河流水文監(jiān)測(cè)站在無(wú)地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的重要保障,主要采用北斗衛(wèi)星和海事衛(wèi)星。北斗衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、不受地理環(huán)境限制的特點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸,不僅可上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),還能接收管理平臺(tái)下發(fā)的控制指令,如調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率、校準(zhǔn)傳感器等,數(shù)據(jù)傳輸速率約為 1 - 2kbps,雖低于無(wú)線網(wǎng)絡(luò),但能滿足中小河流水文監(jiān)測(cè)的基本需求,且在暴雨、洪水等惡劣天氣下,衛(wèi)星信號(hào)穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于地面網(wǎng)絡(luò)。某位于深山峽谷的中小河流水文監(jiān)測(cè)站,周邊無(wú)任何地面網(wǎng)絡(luò)信號(hào),采用北斗衛(wèi)星通信方式后,即使在汛期遭遇山體滑坡導(dǎo)致道路中斷,仍能穩(wěn)定上傳水位和流量數(shù)據(jù),為上游水庫(kù)調(diào)度提供了關(guān)鍵依據(jù)。海事衛(wèi)星通信則適用于部分偏遠(yuǎn)且無(wú)北斗信號(hào)覆蓋的區(qū)域,但其通信成本較高,通常作為北斗衛(wèi)星通信的備用方式。
在網(wǎng)絡(luò)適配方面,中小河流水文監(jiān)測(cè)站的通信模塊具備自動(dòng)檢測(cè)與切換功能。設(shè)備通電后,通信模塊會(huì)先檢測(cè)周邊 4G/5G 信號(hào)強(qiáng)度,若信號(hào)強(qiáng)度大于 - 90dBm,自動(dòng)選擇無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸;若信號(hào)強(qiáng)度低于 - 110dBm,則切換至 LoRa 或衛(wèi)星通信。同時(shí),監(jiān)測(cè)站還具備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能,若當(dāng)前傳輸方式出現(xiàn)信號(hào)中斷,會(huì)在 10 秒內(nèi)自動(dòng)嘗試切換至備用傳輸方式,并向管理平臺(tái)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)切換告警信息。此外,為適應(yīng)中小河流區(qū)域的供電條件,數(shù)據(jù)傳輸模塊采用低功耗設(shè)計(jì),在采用衛(wèi)星通信時(shí),可通過(guò)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸頻率(如從 1 分鐘 / 次調(diào)整為 5 分鐘 / 次)降低功耗,延長(zhǎng)設(shè)備續(xù)航時(shí)間。例如,在某冬季嚴(yán)寒的中小河流區(qū)域,監(jiān)測(cè)站采用太陽(yáng)能供電,冬季日照時(shí)間短,工作人員通過(guò)管理平臺(tái)將衛(wèi)星通信的數(shù)據(jù)傳輸頻率調(diào)整為 10 分鐘 / 次,使設(shè)備在無(wú)日照情況下仍能維持 10 天以上的正常運(yùn)行。