埃塞俄比亚至吉布提跨境供水项目的供水规模为10万m³/d, 供水范围是吉布提市和阿里萨比、阿尔塔、迪基勒3个镇。工程内容为从埃塞俄比亚Shinile地区的KulenVally区域的水源地打28口深井取水, 收集汇总后分别通过Kulen泵站、Adigala泵站提升, 输送至Anthill高位水池, 然后依据重力, 输送至本工程管线的终点PK20水池, 中间设置1#~4#水池, 并有一支线至Dikhill水池。从Kulen泵站至PK20水池输送管线总长约210.2km, 同时还包括吉布提市区内80km配水管道。

　　 工程横跨两国, 单管线、长距离、重力流输水, 全程管控是保障安全输水实现的重要前提, 而实现全程管控的前提是通讯系统需要得到优先保障。

　　 目前埃塞俄比亚及吉布提广大地区由于诸多原因, 信息通信建设不健全。项目所在地埃塞俄比亚境内及吉布提境内绝大多数地理条件复杂, 高山林立, 存在很多通信实现上的困难, 通讯网络运行环境相对恶劣;在山区、丘陵地带进行通讯网络的建设与运行维护存在巨大困难。

　　 通讯网络构架初期设计有很多种, 能用的网络结构一般有5种:光纤、无线电台、蜂窝电话通讯、卫星通讯、微波通讯。

　　 光纤方式是从控制交换中心引出光纤到各通讯节点, 再用电缆做数据连接, 借用杆线 (或直埋) 连接节点通讯设备, 即光纤到控制节点。光纤优势比较多, 但因为本工程沿线地势复杂, 沿管线布线会付出较大成本代价, 同时一旦管路出现问题, 必然影响光纤, 考虑沿管线为少人无人地方居多, 穿越山区地带居多, 也考虑到受当地管理条件限制, 会出现盗挖可能, 这给后续的维护带来较大困难, 投入的人均维护成本高, 不能满足本项目通讯要求。

　　 当地蜂窝电话通讯和3G信号网络很不稳定, 运营商价格高;本项目沿线运营商覆盖不全, 无法满足全线通讯要求;覆盖面不光受天气影响, 还受运营商的影响, 依据当地实际情况, 经常1~2天没有信号, 就无法满足实时监控需求。

　　 卫星通讯可以无视地理环境, 并且可以实现远程项目运营维护:铱星系统、舒拉雅系统及海事系统都是选择之源。结合本项目实际情况, 考虑实际传输节点超过50个, 按照每个节点50个字节/次传输计算, 在控制中心会有百兆传输量, 不考虑卫星传输的滞后性, 虽然前期建设成本减少, 但每个点传输的费用太过昂贵, 后期运营费用较高。

　　 微波通讯需要站点之间可视, 而PK20到高位水池之间地势复杂, 数据传送点之间存在大量的高山阻碍, 建设的辅助设施会比较多。

　　 在本项目中采用无线电台组建专用435~470MHz无线数据传输系统实现远程数据采集、监视与控制, 具有维护量少、开通速度快、投资成本低等优势, 特别是对于本项目中有两个节点在80km左右的传输上更能体现组网的便捷。

　　 该项目建设目的是将埃塞俄比亚Shinile地区的KulenVally区域的水源地28口深井水源经Kulen泵站、Adigala泵站、Anthill高位水池、以及依靠重力, 经过1#水池、2#水池、3#水池、4#水池将水自动合理调度输送至本工程管线的终点PK20水池, 并包括一支线至Dikhill水池的输水。工艺流程如图1所示。

　　 依据工艺流程实际物理环境, 项目实际需要传输节点共计有:28口井群、Kulen泵站、Adigala泵站、Anthill高位水池提升阶段的节点、1#~4#水池、PK20水池、Dikhill水池及根据工艺调整的1#前置调流阀点, 维护管线安全需要设置的3个管线测压点、4个减压阀点、3个支管测点, 共计48个节点需求, 其中吉布提境内设置13个。

　　 为了保证专用无线数据传输信号的稳定性、可靠性、实时性, 设计采用点到点、点到多点拓扑网络结构, 考虑实际埃塞俄比亚和吉布提的工程地形环境较差, 个别点通讯距离要求较远, 增加中继实现数据传输, 电台的整体组网采用主从模式设计。

　　 井群由28口井组成, 地势相对很平坦, 28口井中两两井间距相差都不大, 最远的井和Kulen泵站距离不超过20km;基本都是可视范围, 中间没有任何阻碍的山峰或建筑。

　　 在定位设计上, 通过软件仿真, 模拟第一菲涅尔区反射点的椭圆体, 中间有遮挡物, 但信号传输性能仍得到保障, 传输特性图如图2所示。

　　 在测试中, 信号强度在-78.48dBm以内, 信号通讯成功率比较高, 十分适合采用无线通讯这种方式;其他水井测试类同, 传输特性数据见表1。

　　 采用的是主从方式通讯为主, 井群所有的信息直接汇集到Kulen泵站, 主从通讯的优点是, 通讯速度快, 采用主从询问方式进行通讯, 避免无序通讯导致的无线信号干扰, 见图3所示。

　　 Kulen泵站到Adigala泵站直线距离为32km左右, 与Anthill水池距离36km左右, Adigala泵站和高位水池距离4.6km左右, 地势比较开阔, 无山峰或高大建筑阻碍, 依据测试Kulen泵站与Adigala泵站之间信噪比24dBm, 信号强度-81dBm;Adigala泵站与Anthill水池之间信噪比28dBm, 信号强度-66dBm, 信号通讯成功率比较高。

　　 Anthill水池与1#前置调流阀控制点直线距离5km, 之间信号强度-65dBm, 信号通讯成功率比较高。

　　 Anthill水池到1#水池约78.6km, 依据测试及勘测, 中间有多重高山阻隔, 无法直接通讯, 为此在1#水池对面, 直线距离6km处的高山上, 海拔在1 120m左右的山头建立中继塔, 通过测试及勘测, 高山中继与1#水池及Anthill水池中间无山峰或高大建筑阻碍, 在测试中, 信号强度都在-80dBm以内, 信号通讯成功率比较高。

　　 在定位设计上, 通过软件仿真, 模拟出80km距离的Anthill水池与高山中继第一菲涅尔区反射点的椭圆体, 中间没有遮挡物, 信号传输性能得到保障, 选点合适, 传输特性如图4所示。

　　 根据上述测试并经现场测试, 高山中继选点合适, 该点的选择至关重要, 它是贯通埃塞俄比亚和吉布提各点的要道, 具体测试特性数据见表2所示。

　　 Anthill水池到1#水池依据设计要求设置2个测压点, 分别是GC406和GD297, 通过勘测, 2个测压点与高山中继之间无山峰或高大建筑阻碍, 可与高山中继通讯成功, 但不能保证一定成功。为此在Aysha镇设置一个中继, 作为备用, 方便直接连接2个测压点。Aysha中继到高位水池及高山中继信号很好, 信号强度都在-80dBm以内, 信号通讯成功率比较高。

　　 基于上述描述, 在埃塞境内的的通讯网络拓扑结构见图5。

　　 吉布提境内包含了2#~4#水池、Pk20水池、Dikhill用户水池以及4个减压阀点、1个测压点GN234和3个分支点。

　　 吉布提境内地形很复杂, 高山阻碍很多, 点与点通讯存在困难。通过勘测和测试, 高山中继与2#水池、3#水池信号强度在-80dBm以内, 信号通讯成功率比较高。

　　 4#水池和PK20水池由于地形问题不能与高山中继直接通讯也不能与2#水池、3#水池直接通讯。为此设置ARTA中继站, 链接4#水池和PK20水池, 信号强度在-80dBm以内, 信号通讯成功率比较高。

　　 ARTA中继站点选择非常重要, 是实现与埃塞俄比亚境内数据通讯的关键节点, 也是贯通吉布提境内多个监控点的节点。

　　 在定位设计上, 通过软件仿真, 模拟出80km距离的高山中继站与ARTA中继站第一菲涅尔区反射点的椭圆体, 中间没有遮挡物, 信号传输性能得到保障, 选点合适, 传输特性图如图6所示。

　　 通过勘测和测试, 高山中继与ARTA中继站信号强度在-79.73dBm以内, 信号通讯成功率比较高, 传输特性数据见表3。

　　 Dikhill用户水池由于高山阻隔, 同样不能直接与外界通讯, 通过设置的Dikhill中继站才能与AR-TA中继站建立通讯, 但与高山中继站通讯有难度。

　　 2个减压阀点:3#至4#水池GJ323、4#至PK20水池GK141通过勘测, 可以与ARTA中继站直接通讯;另外2个减压阀点:埃塞边境到2#水池GH49、2#至3#水池GN155实现通讯有难度, 待测试。

　　 1个测压点GN234和3个分支点实现通讯有难度, 待测试。

　　 基于通讯测试, 在吉布提境内的ARTA中继站是关键节点, 是主干线路是最后一个关键通讯中转点, 其他Dikhill中继站、2#水池、3#水池设置定向与高山中继通讯, 4#水池和PK20水池定向与AR-TA中继站通信, 以此实现整体链路贯通。

　　 基于上述描述, 在吉布提境内的的通讯网络拓扑结构见图7。

　　 当沙尘暴天气短暂通讯中断, 配合合适的自动控制方案, 能保证输水管线全线通讯和调度的安全。

　　 根据对各传输监控点软件模拟、实地勘察和测试, 最终选择组建由Kulen泵站和28口井群站组成的井群无线电台数据网络;由Kulen泵站、Adigala泵站、高位水池、高山中继站和ARTA中继站组成的无线电台数据网络主干网络;由28口井群站、Kulen泵站、Adigala泵站、高位水池、Aysha中继站、高山中继站、1#水池站、1#水池前移调流阀站和2个测压点组成埃塞境内水池无线电台数据网络;由高山中继站 (中转, 埃塞境内) 、2#水池站、ARTA中继站、3#水池站、4#水池站、PK20水池站、Dikhill水池站、Dikhill水池中继站及4个减压阀点、1个测压点GN234和3个分支点组成的吉布提境内水池无线电台数据网络。

　　 上述布置的无线专用通讯数据网络是个整体布局, 上述搭建能很好地规划通讯的链路、通讯的速度和通讯的方式, 同时关键节点通讯设备配置能较好地保证全线通讯的安全运行, 使得无线通讯更安全高效、准确、快捷。

　　 目前主回路网络及支线网络已经完成现场搭建和调试, 按既定的网络互连方式及网络频点实现全线数据的传输, 数据的上传及下载通讯速率能够得到保障。基于此, 监控系统已实现实时监控埃塞俄比亚至吉布提跨境供水全线, 初步实现全线长距离输水管控目标, 下一步需要进一步进行网络和系统完善工作, 充分保障重力管线输水的运行安全、可靠。

　　 本项目采用435~470 MHz无线专用通讯数据网络实现埃塞俄比亚至吉布提跨境供水项目的实际应用, 较好地解决了本项目中距离远、地形复杂、部署困难、运营贵的难题, 这为实现全程输水的管控实时一体, 实现各点自动化、配电信息化奠定了坚实的基础, 也成为本工程重点保障点:重力管线输水的运行安全、可靠和稳定奠定了坚实的基础。