王云昭，田 宇，賈亦辰，王得潤(rùn)

（水利部海河水利委員會(huì)，天津 300170）

水利通信網(wǎng)由水利通信專(zhuān)網(wǎng)及電信公網(wǎng)共同構(gòu)成，其中水利通信專(zhuān)網(wǎng)是由水利部門(mén)投資建設(shè)并專(zhuān)門(mén)用于水利行業(yè)的通信網(wǎng)絡(luò)，電信公網(wǎng)則是由各大運(yùn)營(yíng)商投資建設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于公眾服務(wù)[1]。海河流域水利通信網(wǎng)自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始建設(shè)，經(jīng)過(guò)幾代水利部海河水利委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)海委）通信人的不懈努力，通信建設(shè)從短波、超短波到“一點(diǎn)多址”、數(shù)字微波、無(wú)線接入再到光纖、衛(wèi)星通信，從模擬交換到數(shù)字程控交換再到軟交換，從無(wú)到有、從小到大、從點(diǎn)到面取得了較快的發(fā)展[2]。到目前為止，已建成以數(shù)字微波、租用公網(wǎng)光纖電路為骨干，衛(wèi)星通信為應(yīng)急保障的多手段、廣路徑的海河流域水利通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了海委與水利部，海委與委直屬各管理局、重要水庫(kù)及重點(diǎn)防洪地區(qū)、海河流域內(nèi)部分重點(diǎn)河系、省（市）重點(diǎn)防洪地區(qū)的語(yǔ)音交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、防汛調(diào)度視頻異地會(huì)商，為重要水情工情等多媒體信息的傳輸提供了準(zhǔn)確、及時(shí)、安全、可靠的通信保障，取得了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 海河流域水利通信網(wǎng)建設(shè)回顧

海河流域水利通信網(wǎng)主要由微波、衛(wèi)星、租用公網(wǎng)電路、語(yǔ)音交換、工程視頻及短波、超短波通信系統(tǒng)組成，不僅為各級(jí)防汛部門(mén)傳遞水情、傳達(dá)防汛調(diào)度指令提供了有效的通信聯(lián)絡(luò)手段，也為水利工程管理現(xiàn)代化提供了可靠的信息傳輸通道，在流域防洪搶險(xiǎn)和水利工程管理中發(fā)揮了重要作用[3]。

1.1 微波通信

1985 年，海委在永定河泛區(qū)及小清河分洪區(qū)建設(shè)了800 MHz 無(wú)線通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)由2 條干線組成，包括1 個(gè)中心站、1 個(gè)樞紐站、3 個(gè)中繼站和3 個(gè)端站，共8 個(gè)站，分別為水利部、海委、北京市水利局、天津市水利局、屈家店樞紐管理處、廊坊市水利局、涿州市水利局和新蓋房閘，提供語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)傳輸2 種業(yè)務(wù)。隨著我國(guó)無(wú)線通信事業(yè)的飛速發(fā)展，800 MHz頻段被城市無(wú)線集群移動(dòng)通信占用，在京津地區(qū)，海委已建的800 MHz 通信系統(tǒng)經(jīng)常受到嚴(yán)重的同頻干擾，設(shè)備不能正常工作，1996 年800 MHz通信系統(tǒng)停止使用。

1993 年，建設(shè)了海委至海河下游管理局及五閘（海河防潮閘、屈家店閘、西河閘、獨(dú)流減河進(jìn)洪閘、獨(dú)流減河防潮閘）的“一點(diǎn)多址”通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用1.5 GHz 4 Mb/“s一點(diǎn)多址”數(shù)字微波設(shè)備，共建有7個(gè)站，其中海委為中心站、海河下游管理局及五閘為外圍站。該系統(tǒng)的建成實(shí)現(xiàn)了海委與海河下游管理局程控交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)和低速數(shù)據(jù)傳輸，提高了海河下游管理局所轄五閘的通信水平。

1997 年，為解決永定河泛區(qū)及小清河分洪區(qū)800 MHz 通信干線停用后的通信聯(lián)絡(luò)問(wèn)題，以海委至海河下游管理局及五閘“一點(diǎn)多址”通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，建設(shè)了永定河泛區(qū)及小清河分洪區(qū)應(yīng)急通信網(wǎng)。該應(yīng)急通信網(wǎng)的建成不僅恢復(fù)了原800 MHz通信干線功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)該應(yīng)急通信網(wǎng)，永定河泛區(qū)及小清河分洪區(qū)內(nèi)的水文遙測(cè)數(shù)據(jù)信息可快速傳輸?shù)缴霞?jí)管理部門(mén)，確保了海委、北京、天津、河北等?。ㄖ陛犑校?、地區(qū)防汛指揮部門(mén)及時(shí)掌握防汛信息和災(zāi)情及防汛調(diào)度指令的上傳和下達(dá)，在防洪調(diào)度、保障泛區(qū)及分洪區(qū)內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要作用。2000 年，國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)項(xiàng)目在海河流域永定河泛區(qū)及小清河分洪區(qū)建設(shè)了水利部至海委及水利部至河北省水利廳大興至保定段微波通信干線，其中水利部至海委采用SDH 155 Mb/s 數(shù)字微波、大興至保定采用PDH 34 Mb/s 數(shù)字微波。該微波干線不僅解決了海委與水利部、海委與北京市水務(wù)局和海委與重要水利管理單位之間的信道帶寬問(wèn)題，而且為永定河泛區(qū)的防汛業(yè)務(wù)信息、重要水利樞紐的工情信息傳輸提供了高速的數(shù)據(jù)傳輸通道。該項(xiàng)目共新建、改建10 個(gè)微波站，分別為水利部、海委、北京市水務(wù)局、武清、廊坊、大興、盧溝橋、涿州、容城、保定。2012 年，對(duì)水利部至海委SDH 微波通信干線進(jìn)行了更新改造，傳輸速率仍沿用SDH 155 Mb/s，進(jìn)一步提高了海委至水利部之間的通信傳輸保障能力。

2008—2010 年，通過(guò)海委基層單位通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，建設(shè)海委至滄州PDH 34 Mb/s 數(shù)字微波通信干線。該通信干線共設(shè)6 個(gè)微波站，在滄州站接入漳衛(wèi)南運(yùn)河微波通信干線，實(shí)現(xiàn)海委與漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局微波干線的互聯(lián)互通。該項(xiàng)目的建成完善了海河流域南系的通信體系，提升了流域防洪調(diào)度通信系統(tǒng)的協(xié)同保障能力。

1.2 衛(wèi)星通信

海河流域衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)起步較早，發(fā)展穩(wěn)健，效用發(fā)揮顯著。

1.2.1 衛(wèi)星地面站

1998 年，作為水利通信的應(yīng)急備用電路，水利部在海委建設(shè)流域衛(wèi)星地面站，容量為10路語(yǔ)音、2路數(shù)據(jù)。1999 年，又分別在漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局、引灤工程管理局建設(shè)4 路語(yǔ)音的衛(wèi)星地面站。海委、漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局、引灤工程管理局衛(wèi)星地面站均為水利衛(wèi)星通信網(wǎng)的組成部分，主要用于程控交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。

2009 年，水利部組織開(kāi)展衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器更新和衛(wèi)星主站改造工程，并進(jìn)行流域衛(wèi)星地面站改造和轉(zhuǎn)星工作，海委于2011 年5 月完成衛(wèi)星地面站改造。至此，海河流域新一代水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)投入使用，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻圖像的傳輸，承擔(dān)起異地會(huì)商、應(yīng)急搶險(xiǎn)機(jī)動(dòng)通信、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)音通信等重要防汛通信任務(wù)。

1.2.2 洪水現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況信息采集傳輸應(yīng)急通信系統(tǒng)

2005 年，在水利部已建Ku 波段衛(wèi)星通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上，海委建設(shè)洪水現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況信息采集傳輸應(yīng)急通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)由車(chē)載衛(wèi)星移動(dòng)站和海委中心站組成，在洪水現(xiàn)場(chǎng)主要用于工情、險(xiǎn)情、災(zāi)情及搶險(xiǎn)救災(zāi)實(shí)況信息的采集、監(jiān)視、傳送及防洪搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)和上級(jí)防汛指揮部門(mén)之間的異地會(huì)商。

1.2.3 衛(wèi)星便攜站

2008 年，海委配備衛(wèi)星便攜站，這也是水利系統(tǒng)第一批利用水利部衛(wèi)星資源和流域管理機(jī)構(gòu)衛(wèi)星地面站資源建設(shè)的衛(wèi)星便攜站，用于流域搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)、圖像采集和傳輸及對(duì)外通信聯(lián)絡(luò)，其圖像信息傳輸帶寬為768 kbps。

2012—2017 年，依托水利部相關(guān)項(xiàng)目，海委和委屬各管理局配備5 臺(tái)套衛(wèi)星便攜站，帶寬提升至2 Mbps，并可根據(jù)需要進(jìn)行靈活調(diào)整。此部分衛(wèi)星便攜站主要用于應(yīng)急通信場(chǎng)景，通過(guò)水利衛(wèi)星通信平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與中心站、其他終端站之間的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等信息的雙向傳輸。

1.2.4 衛(wèi)星小站

2012—2017 年，依托水利部項(xiàng)目，海委系統(tǒng)建設(shè)了21 個(gè)VSAT 衛(wèi)星小站，為偏遠(yuǎn)山區(qū)工程管理部門(mén)、水文站間語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等多種信息傳輸和防汛搶險(xiǎn)提供了可靠的通信保障。

1.3 語(yǔ)音交換系統(tǒng)

海委語(yǔ)音交換系統(tǒng)是海河流域程控交換網(wǎng)匯接中心。通過(guò)微波、衛(wèi)星、公網(wǎng)電路等傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)了海委與水利部、委屬各管理局、流域內(nèi)重點(diǎn)水利管理單位、重點(diǎn)防洪地區(qū)防汛部門(mén)的程控交換系統(tǒng)互連。

海委語(yǔ)音交換系統(tǒng)初期使用縱橫制交換機(jī)，根據(jù)技術(shù)及工作發(fā)展需要于1994 年改造為數(shù)字程控交換機(jī)。2005 年，再次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，增加移動(dòng)辦公等新的功能。2020 年，采用IP PBX+軟交換技術(shù)架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新改造，進(jìn)一步完善系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能。

1.4 工程視頻系統(tǒng)

自2004 年起，海委利用微波通信干線、光纖、公網(wǎng)4G等現(xiàn)有通信資源建設(shè)了工程視頻系統(tǒng)，目前已建成并投入使用的主要有盧溝橋樞紐工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，大寧水庫(kù)工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，四女寺水利樞紐工程視頻系統(tǒng)，潘家口、大黑汀水庫(kù)工程視頻系統(tǒng)，海河下游管理局所轄屈家店樞紐、西河閘樞紐、獨(dú)流減河進(jìn)洪閘樞紐、獨(dú)流減河防潮閘樞紐工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。工程視頻系統(tǒng)的建立使水利部、海委及有關(guān)?。ㄖ陛犑校┓姥粗鞴懿块T(mén)能實(shí)時(shí)監(jiān)視水利工程運(yùn)行情況，進(jìn)一步提高了海河流域水利工程管理的現(xiàn)代化水平[4]。

1.5 租用公網(wǎng)電路

海河流域通過(guò)租用公網(wǎng)電路，初步形成了覆蓋全流域水行政主管部門(mén)和重點(diǎn)防洪工程的水利專(zhuān)用骨干通信網(wǎng)，其中海委至水利部租用電路寬帶為200 Mbps、海委至委屬各管理局租用電路帶寬為4～50 Mbps、經(jīng)水利部轉(zhuǎn)接至流域8 省（自治區(qū)、直轄市）水行政主管單位租用電路寬帶為100 Mbps。

1.6 超短波通信系統(tǒng)

1994—1999 年，通過(guò)國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)等項(xiàng)目，采用150 和400 MHz 超短波無(wú)線電臺(tái)，海河流域在12 個(gè)蓄滯洪區(qū)建成縣至鄉(xiāng)至村的預(yù)警反饋通信系統(tǒng)。該預(yù)警反饋通信系統(tǒng)覆蓋了約36 個(gè)縣、200 個(gè)鄉(xiāng)、2 200 個(gè)自然村，為蓄滯洪區(qū)內(nèi)防洪調(diào)度、搶險(xiǎn)救災(zāi)、人員及物資轉(zhuǎn)移提供了可靠的通信保障[5]。

2 面臨形勢(shì)

2.1 數(shù)字孿生流域建設(shè)對(duì)通信業(yè)務(wù)提出新要求

當(dāng)前，智慧水利建設(shè)正處于重要的戰(zhàn)略機(jī)遇期。數(shù)字孿生流域建設(shè)是貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于治水重要論述和黨中央、國(guó)務(wù)院決策部署的重要舉措，是適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展形勢(shì)的需要，是推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的有效措施。通信網(wǎng)絡(luò)是智慧水利的基礎(chǔ)，數(shù)字孿生流域建設(shè)離不開(kāi)水利通信網(wǎng)的建設(shè)。進(jìn)一步發(fā)展建設(shè)水利通信網(wǎng)，增強(qiáng)對(duì)信息交換和服務(wù)的支撐能力，加強(qiáng)在水旱災(zāi)害防御信息傳輸、指揮調(diào)度通信、預(yù)警通信、應(yīng)急搶險(xiǎn)通信等方面的建設(shè)管理，同時(shí)針對(duì)防汛調(diào)度指揮、蓄滯洪區(qū)建設(shè)、水資源管理、水利工程管理等各項(xiàng)事業(yè)對(duì)通信需求的不斷增強(qiáng)，建立可靠、穩(wěn)定的通信系統(tǒng)，逐步完善流域水利通信網(wǎng)絡(luò)，保證水利信息化的先進(jìn)性，為水利現(xiàn)代化提供有力的技術(shù)支撐。

2.2 新一代通信技術(shù)為通信業(yè)務(wù)發(fā)展提供新機(jī)遇

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層次的不斷解聚是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的總體趨勢(shì)，融合是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展主題。根據(jù)智慧水利和數(shù)字孿生海河建設(shè)發(fā)展需求，未來(lái)對(duì)通信綜合業(yè)務(wù)功能的要求將會(huì)越來(lái)越高，而現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不適合支撐綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用，不利于今后網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)和演進(jìn)。以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、4G/5G 網(wǎng)絡(luò)為代表的新一代信息技術(shù)正成為水利信息化發(fā)展的新動(dòng)力，推動(dòng)水利發(fā)展向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變已經(jīng)完全具備技術(shù)條件。

2.3 海河流域水利高質(zhì)量發(fā)展對(duì)通信業(yè)務(wù)提出新需求

水利通信網(wǎng)是水利信息化的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著海河流域水利高質(zhì)量發(fā)展的不斷推進(jìn)，建設(shè)先進(jìn)、實(shí)用的水利通信網(wǎng)，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和歷史作用。新時(shí)期的水利工作要求對(duì)水情、雨情、工情、旱情、災(zāi)情等信息要“測(cè)”得更準(zhǔn)、“看”得更多、“動(dòng)”得更快，水利工程被“看”得更透、“用”得更順、“管”得更好，這就要求水利通信網(wǎng)絡(luò)“聯(lián)”得更廣、“傳”得更快，全面應(yīng)用衛(wèi)星、微波、光纖等通信技術(shù)，保證語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等信息更加高效、安全的傳輸。

3 海河流域水利通信網(wǎng)的發(fā)展對(duì)策

數(shù)字孿生海河建設(shè)依托骨干網(wǎng)和流域?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）網(wǎng)，提升海委及委屬各管理局水利信息網(wǎng)通信能力，利用SDN 網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行IPv6 適配改造，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)帶寬。同時(shí)，建設(shè)北斗三號(hào)水利短報(bào)文服務(wù)平臺(tái)，利用北斗高精度位置服務(wù)和短報(bào)文通信功能，開(kāi)展創(chuàng)新應(yīng)用。在水利部升級(jí)水利衛(wèi)星通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)的互聯(lián)互通，建成“覆蓋海河流域、隨遇接入、按需服務(wù)、安全可信”的天地一體化海河流域通信網(wǎng)絡(luò)體系，為各類(lèi)信息傳輸提供必要的支撐。

3.1 完善流域水利通信網(wǎng)

按照公專(zhuān)結(jié)合、互為補(bǔ)充的原則設(shè)計(jì)海河流域水利通信網(wǎng)組網(wǎng)方案。該方案充分利用公網(wǎng)鏈路資源和4G/5G移動(dòng)數(shù)據(jù)資源，結(jié)合水利專(zhuān)網(wǎng)的光纖、水利衛(wèi)星、微波等通信技術(shù)手段，以有線、無(wú)線融合互補(bǔ)的方式完善海河流域水利通信網(wǎng)。

3.2 建設(shè)應(yīng)急通信系統(tǒng)

建設(shè)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、通信可靠、覆蓋全廣的應(yīng)急通信系統(tǒng)。加強(qiáng)衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)有衛(wèi)星地面站進(jìn)行升級(jí)改造；對(duì)縣級(jí)以上水行政主管部門(mén)、重要水利工程（水庫(kù)、水閘、堤防等）管理單位配備衛(wèi)星電話，適當(dāng)配置衛(wèi)星便攜站或衛(wèi)星應(yīng)急通信車(chē)，提高應(yīng)急通信反應(yīng)能力。建設(shè)無(wú)線寬帶集群通信系統(tǒng)，滿(mǎn)足防汛救災(zāi)等場(chǎng)景下現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)和集群調(diào)度需求。探索局部區(qū)域應(yīng)用短波電臺(tái)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。

3.3 整合工程視頻系統(tǒng)

整合現(xiàn)有工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，建設(shè)海河流域工程視頻級(jí)聯(lián)集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程視頻監(jiān)控資源便捷查看。整合海委和委屬各管理局、流域內(nèi)?。ㄖ陛犑校┧こ桃曨l資源，支持多層級(jí)工程視頻資源的聯(lián)網(wǎng)共享與應(yīng)用，與現(xiàn)有水利視頻會(huì)議系統(tǒng)融合，為水利一張圖等平臺(tái)和水旱災(zāi)害防御、水利綜合監(jiān)管等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供工程視頻資源服務(wù)。

3.4 探索建設(shè)北斗三號(hào)系統(tǒng)水利應(yīng)用信息平臺(tái)

聯(lián)合水文、水資源、水政、水工程管理等部門(mén)，就水文監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、水行政執(zhí)法、水利工程形變預(yù)警等業(yè)務(wù)探索建設(shè)基于北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的信息感知終端試點(diǎn)。在海委配備北斗三號(hào)信息采集服務(wù)器，搭建起海河流域北斗三號(hào)系統(tǒng)水利應(yīng)用信息平臺(tái)，匯聚各終端試點(diǎn)信息。將北斗三號(hào)水利應(yīng)用信息平臺(tái)接入數(shù)字孿生海河平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)互聯(lián)互通與無(wú)障礙調(diào)取。

3.5 探索建設(shè)無(wú)線接入網(wǎng)

在重要水庫(kù)和水閘工程管理區(qū)域探索建設(shè)無(wú)線接入基站，解決水利管理單位內(nèi)部大數(shù)據(jù)量通信傳輸問(wèn)題，滿(mǎn)足防汛搶險(xiǎn)、工程安全監(jiān)控、水量調(diào)度、水文測(cè)報(bào)、水政執(zhí)法等對(duì)通信傳輸?shù)男枰?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

海河流域水利通信網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展必須按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的要求，以落實(shí)數(shù)字孿生海河通信業(yè)務(wù)發(fā)展為主線，以尋求通信技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用為突破，為新階段流域水利高質(zhì)量發(fā)展提供安全、穩(wěn)定、可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)保障。