CN210380841U - 基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种山区水库地震台网数据传输系统，尤其涉及一种基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统；其包括台网数据中心和多级台站；台网数据中心与一级台站、各个台站之间的距离不大于三十千米；最下级的台站为只具有数据输送的传输站，其余级的台站为具有数据汇集、数据转发和数据输送的中继站；台站包括数据采集系统和扩频微波无线通信装置。由于实施上述技术方案，本申请实现了点对点、点对多点的网络连接，实现了山区的水库地震台网在无运营商提供的网络条件下的数据传输；通过中继站的建立，消除了受地形、地质影响而不能相互传输数据的弊端；本申请一次性投入，长期受益，大大减少了山区水库地震台网的建设、运行成本。
Description
技术领域
本申请涉及一种山区水库地震台网数据传输系统，尤其涉及一种基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统。
背景技术
水库诱发地震是由于人类工程建设活动对大自然活动规律的影响而产生的，如何有效的监测和预测各类水库诱发地震成为关注的重点。根据《水库诱发地震危险性评价》（GB21075）和《水库地震监测管理办法》第九条规定：要对坝高100m以上，库容5亿m3以上的水库，应当建设水库地震监测台网，开展水库地震监测，进水水库诱发地震危险性评价。
然而，水利水电工程大多修建在边远山区，水库地震监测台站往往受地形和地质条件的限制，地处偏僻，却要均匀分布在库坝区，台站孔距受限在几十公里范围内。因此，如何在不同地形和地质条件下，实现地震台站数据实时、高效、稳定、可靠的传输，已成为急需解决的问题。
现有的数据传输方式，基本上是通过有线连接或通信运营商提供的网络、超短波方式进行数据传输的，成本高、建设不够灵活、不够快捷。
发明内容
本申请的目的在于提出一种稳定、可靠、抗干扰能力强、成本低、建设简单、快捷基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统。
本申请是这样实现的：基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其包括台网数据中心和多级台站；台网数据中心与一级台站、各个台站之间的距离不大于三十千米；最下级的台站为只具有数据输送的传输站，其余级的台站为具有数据汇集、数据转发和数据输送的中继站；台站包括数据采集系统和扩频微波无线通信装置；台站的数据采集系统通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送给上级台站；一级台站通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送台网数据中心。
进一步的，所有台站均布在水库坝区，距离台网数据中心最近的台站为一级台站。
进一步的，最下级的台站包括数据采集系统和扩频微波无线通信装置；其余级的台站包括数据采集系统、交换机和扩频微波无线通信装置；下级台站的数据采集系统通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送给上级台站的交换机；交换机通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送给上级台站的交换机；一级台站通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送。
进一步的，数据采集系统包括相连的地震计和数据采集器；地震计为一体化三分向短周期地震计；数据采集器为24位数据采集器，数据采集器内置硬盘。
进一步的，台站还包括供电系统；供电系统包括太阳能板、充电控制器、蓄电瓶、12V直流稳压电源；多个太阳能板并联后接入充电控制器输入端；充电控制器输出端接入蓄电瓶的输入端；蓄电瓶的输出端接入12 V直流稳压电源；12V直流稳压电源与数据采集器相连。
进一步的，扩频微波无线通信装置为Canopy无线网桥接入系统。
由于实施上述技术方案，本申请通过扩频微波无线通信装置实现扩频微波无线通信，其支持TCP/IP协议，实现了点对点、点对多点的网络连接，实现了山区偏远地带的水库地震台网在无运营商提供的网络条件下的数据传输；通过中继站的建立，消除了受地形、地质影响而不能相互传输数据的弊端；本申请一次性投入，长期受益，大大减少了山区水库地震台网的建设、运行成本。
附图说明
本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：
图1是本申请中台站的结构示意图；
图2是本申请中台站与台网数据中心的通信链路示意图；
图3是本申中各台站数据传输示意图。
图例：1.台网数据中心，2.壹号台站，3.贰号台站，4.叁号台站，5.肆号台站，6.地震计，7.数据采集器，8.交换机，9.太阳能板，10.充电控制器，11.蓄电瓶，12.12V直流稳压电源，13.扩频微波无线通信装置。
具体实施方式
本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
如图1至3所示，基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统包括台网数据中心1和多级台站；台网数据中心1与一级台站、各个台站之间的距离不大于三十千米；最下级的台站为只具有数据输送的传输站，其余级的台站为具有数据汇集、数据转发和数据输送的中继站；台站包括数据采集系统和扩频微波无线通信装置13；台站的数据采集系统通过对应的扩频微波无线通信装置13将数据传送给上级台站；一级台站通过对应的扩频微波无线通信装置13将数据传送台网数据中心1。
频率在100MHz～10GHz的电磁波信号叫做微波信号。扩展频谱技术又称扩频技术，是近年发展非常迅速的一种技术。自50年代中期美国军方便开始研究，一直用于军事通信、电子对抗等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域，之后被广泛地应用到了通信的各个方面。
扩频微波无线通信装置13通过无线扩频微波传输信息；其传输信息所用信号的频带宽度远远大于信息本身的带宽。频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传送数据无关。它分为直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）两种最常用的扩频通信实现方法。一般采用直接序列扩频技术。
扩频微波通信技术就是将放射端输入的数据信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到发射端发送出去，在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发射端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始数据信息输出。
台网数据中心1是无线通信网络的控制中心与数据汇集中心，监控全网运行状态，实时接收地震台站观测数据，中继站承担着数据汇集与转发的任务。
如图1至3所示，所有台站均布在水库坝区，距离台网数据中心1最近的台站为一级台站。下级与上级台站之间不易有过高的遮挡物。
如图1至3所示，最下级的台站包括数据采集系统和扩频微波无线通信装置13；其余级的台站包括数据采集系统、交换机8和扩频微波无线通信装置13；下级台站的数据采集系统通过对应的扩频微波无线通信装置13将数据传送给上级台站的交换机8；交换机8通过对应的扩频微波无线通信装置13将数据传送给上级台站的交换机8；一级台站通过对应的扩频微波无线通信装置13将数据传送。
如图1至3所示，数据采集系统包括相连的地震计6和数据采集器7；地震计6为一体化三分向短周期地震计6；数据采集器7为24位数据采集器，数据采集器7内置硬盘。
一体化三分向短周期地震计6，最适于地方震与近震，响应灵敏度高；该地震计6无外接电源，通过数据采集器7进行供电，用电量也十分微小。24位数据采集器，属低功耗数据采集器7，通过电缆线与地震计6进行连接完成数据的采集；其能够同时提供网络数据与串口数据，且内置20G硬盘，在数据采集及传输的同时将采集到的数据实时写入缓存，每日定时打开硬盘，将缓存中一天的数据写入硬盘，完成了对数据的实时备份。数据采集器7采用GPS定位与授时，可以准确的给出摆房的经度、纬度、高程，每隔10分钟就会对卫星进行重新锁定，不断校对时间，充份保证了数据采集器7内部时间的准确性。
如图1至3所示，台站还包括供电系统；供电系统包括太阳能板9、充电控制器10、蓄电瓶11、12V直流稳压电源12；多个太阳能板9并联后接入充电控制器10输入端；充电控制器10输出端接入蓄电瓶11的输入端；蓄电瓶11的输出端接入12V直流稳压电源12；12V直流稳压电源12与数据采集器7相连。
太阳能板9为太阳能硅电池板。库区内所选的台站有些不具备交流供电条件，因此采用太阳能加免维护蓄电瓶11的供电方式。各太阳能硅电池板之间进行并联，最后接入充电控制器10中，同时充电控制器10对蓄电瓶11进行有控制的充电，防止太阳能硅电池板对免维护蓄电瓶11产生过充从而造成蓄电瓶11的损坏。12V直流稳压电源12完成对各类设备的供电，它的输入端连接蓄电瓶11，进一步的稳压后输出稳定的12V直流电给台站各用电设备，比如数据采集器7。
如图1至3所示，扩频微波无线通信装置13为Canopy无线网桥接入系统。其工作模式为全双工（要实现水库地震台网中心对子台发送遥控指令，或进行远程管理，必须采用全双工通信模式），基于TCP/IP的传输协议，能提供灵活的网络接入解决方案。通过Canopy无线网桥接入系统，用户不需投资有线基础设施，就能够实现同一个区域内的设备互联，尤其适合地处偏远、偏僻的山区，没有通信基础设施或基础设施费用高昂的山区水库地震台网。该系统价格合理、方便架设，理论上，点对点的最远传输可达56km，数据传输速率在6Mbps～14 Mbps之间，点对多点系统的覆盖范围可达16km，数据传输速率为4 Mbps，其性能指标满足山区水库地震监测台网建设需求。
实施例1，某大型水利枢纽工程，最大坝高121.5m，库容24.19亿m3，兼顾供水、发电和防洪等综合效益的大型工程，地处山区，地形和地质较为复杂地带，该水利枢纽工程地处偏僻的山区，四周基本都是连绵起伏的山丘，而该台网中心的位置相对地势较低，台网中心的南部有一片海拔超过800m的山丘，在这样的环境条件下，想要使用扩频微波将4个台站直接与台网中心进行通信的方案基本不可行，因此，采用中继的方式进行传输。
在库区周边均匀布置4个台站，各台站直接距离在30km范围内，用于监测水库诱发地震。各通信链路间使用点对点通信方式，所有观测节点数据最终汇集到台网数据中心1。该水库地震台网扩频微波通信包括1个台网数据中心1、2个中继站（1、2号地震台站）、2个传输站（3、4号地震台站）。
如图3所示，其中叁号台站4是距离台网数据中心1最远的台站，也是台网内海拔最高的台站，海拔为974m，该台站与台网中心之间完全不能通视，不可能直接与台网中心进行数据通信，因此，该台站首先与唯一能够通视的贰号台站3建立通信链路，将数据先传输至贰号台站3。也是同样的原因，肆号台站5也是先与贰号台站3建立通信链路，将数据也传输至贰号台站3，这样，贰号台站3就成为了叁号台站4和肆号台站5的中继站。而贰号台站3同样也不能够与台网中心直接通视，在台网中心的南部有一片海拔超过800m的山丘，这片山丘阻隔了贰号台站3与台网中心的通讯链路，因此贰号台站3将所有数据传输至能够与台网中心直接通视的壹号台站2，壹号台站2即和贰号台站3通视，又与台网中心通视，所有的数据通过壹号台站2就可以传输至台网数据中心1，完成数据的传输任务。
因为各台站距离相对较近，为了避免收发设备距离太近，而影响数据传输效率，故此对各台站的信道扩频编码进行了相应的调整。肆号台站5是肆号台站5和贰号台站3数据传输的主端，贰号台站3与肆号台站5数据传输的从端在贰号台站3，信道的传输频率为2415.5MHz，color值为1（用来加密）。贰号台站3与壹号台站2数据传输的主端在贰号台站3，壹号台站2为壹号台站2与贰号台站3传输的从端，信道的传输频率为5735 .0MHz，color值为0。叁号台站4为叁号台站4与贰号台站3数据传输的主端，贰号台站3与叁号台站4数据传输的从端在贰号台站3，信道的传输频率为2457.5MHz，color值为2。壹号台站2为壹号台站2与台网中心数据传输的主端，台网中心为壹号台站2与台网中心数据传输的从端，信道的传输频率为2457.5MHz，color值为1。通过这样的信道频率调整，从而保证了各台站的运行率。
本申请一次性投资、建设简便、快捷、组网灵活，易于管理，设备可再次利用且设备寿命长，长期受益，大大减少了山区水库地震台网的建设、运行成本。通过扩频微波无线通信装置13建设无线扩频微波通信目前无需申请、带宽较高，传输速率高，建设周期短，抗噪声和抗干扰能力强，数据信息传输安全、可靠、稳定，能与传统的调制方式共用频段，保密性强，伪随机噪声使得不易发现信号的存在而有利于防止窃听。
当无线组网后，可实现山区水库地震台网各个台站数据的组网传输，实现在无运营商提供的网络条件下进行数据传输；实现了点对点、点对多点的网络连接和基于TCP/IP协议的IP数据传输，各节点的双向访问；实现了双工通信，通信容量大；实现了对台站设备的远程管理和监控；通过调整信道和扩频编码，消除了频率带来的干扰，提高了台网的运行率。
以上技术特征构成了本申请的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。
Claims (10)
1.一种基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：包括台网数据中心和多级台站；台网数据中心与一级台站、各个台站之间的距离不大于三十千米；最下级的台站为只具有数据输送的传输站，其余级的台站为具有数据汇集、数据转发和数据输送的中继站；台站包括数据采集系统和扩频微波无线通信装置；台站的数据采集系统通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送给上级台站；一级台站通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送台网数据中心。
2.根据权利要求1所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：所有台站均布在水库坝区，距离台网数据中心最近的台站为一级台站。
3.根据权利要求1或2所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：最下级的台站包括数据采集系统和扩频微波无线通信装置；其余级的台站包括数据采集系统、交换机和扩频微波无线通信装置；下级台站的数据采集系统通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送给上级台站的交换机；交换机通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送给上级台站的交换机；一级台站通过对应的扩频微波无线通信装置将数据传送。
4.根据权利要求1或2所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：数据采集系统包括相连的地震计和数据采集器；地震计为一体化三分向短周期地震计；数据采集器为24位数据采集器，数据采集器内置硬盘。
5.根据权利要求3所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：数据采集系统包括相连的地震计和数据采集器；地震计为一体化三分向短周期地震计；数据采集器为24位数据采集器，数据采集器内置硬盘。
6.根据权利要求1或2所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：台站还包括供电系统；供电系统包括太阳能板、充电控制器、蓄电瓶、12V直流稳压电源；多个太阳能板并联后接入充电控制器输入端；充电控制器输出端接入蓄电瓶的输入端；蓄电瓶的输出端接入12V直流稳压电源；12V直流稳压电源与数据采集器相连。
7.根据权利要求3所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：台站还包括供电系统；供电系统包括太阳能板、充电控制器、蓄电瓶、12V直流稳压电源；多个太阳能板并联后接入充电控制器输入端；充电控制器输出端接入蓄电瓶的输入端；蓄电瓶的输出端接入12 V直流稳压电源；12V直流稳压电源与数据采集器相连。
8.根据权利要求4所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：台站还包括供电系统；供电系统包括太阳能板、充电控制器、蓄电瓶、12V直流稳压电源；多个太阳能板并联后接入充电控制器输入端；充电控制器输出端接入蓄电瓶的输入端；蓄电瓶的输出端接入12 V直流稳压电源；12V直流稳压电源与数据采集器相连。
9.根据权利要求5所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：台站还包括供电系统；供电系统包括太阳能板、充电控制器、蓄电瓶、12V直流稳压电源；多个太阳能板并联后接入充电控制器输入端；充电控制器输出端接入蓄电瓶的输入端；蓄电瓶的输出端接入12 V直流稳压电源；12V直流稳压电源与数据采集器相连。
10.根据权利要求1或2所述的基于无线组网的山区水库地震台网扩频微波数据传输系统，其特征在于：扩频微波无线通信装置为Canopy无线网桥接入系统。
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