師寧焉，王宏偉

（1.遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000；2.遼寧省水文水資源勘測局本溪分局，遼寧 本溪 117000）

GPRS技術(shù)在白石水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

師寧焉1，王宏偉2

（1.遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000；2.遼寧省水文水資源勘測局本溪分局，遼寧 本溪 117000）

GPRS移動(dòng)通信技術(shù)具有覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn),克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)費(fèi)用高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺點(diǎn)。白石水庫水情遙測系統(tǒng)利用GPRS技術(shù)來改造了原有的超短波通信和衛(wèi)星通信水情遙測系統(tǒng)，既節(jié)約了成本,又實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

GPRS技術(shù)；水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)；應(yīng)用；白石水庫

1 工程概況

白石水庫控制流域面積17 649 km2，水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)于2000年建成使用，由1個(gè)中心站，2個(gè)中繼站、4個(gè)水文站、1個(gè)水位站、13個(gè)雨量站組成，承擔(dān)白石水庫與上游閻王鼻子水庫之間的8 167 km2的流域水情測報(bào)。整個(gè)系統(tǒng)以超短波無線通信形式將上述各站的水情數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送到白石水情分中心，再通過水情預(yù)報(bào)調(diào)度軟件處理，完成水情與洪水預(yù)報(bào)。在白石水庫與遼寧省防汛辦之間由點(diǎn)對點(diǎn)衛(wèi)星通信。由于該系統(tǒng)費(fèi)用較高、維護(hù)困難、受鄰近電臺(tái)干擾較大，且設(shè)備運(yùn)行6年已趨于老化。2006年遼寧省防汛抗旱指揮部為了理順在遼寧省水情測報(bào)與水情信息流程，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)備、統(tǒng)一管理的目的，指定白石水庫與其它水庫一起由南京水利水文自動(dòng)化研究所對水情遙測系統(tǒng)實(shí)施GPRS通信改造。

2 GPRS技術(shù)工作特點(diǎn)

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，是在GSM全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)上發(fā)展出來的一項(xiàng)新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。它是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，能提供短消息和數(shù)據(jù)通信兩大功能。其中由于GPRS短消息具有隨時(shí)在線、不需撥號(hào)、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，特別適合于傳輸小流量低頻度監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用。白石水庫水情分中心充分利用了GPRS能適應(yīng)全天候工作，傳輸速度快、安全性高，聯(lián)網(wǎng)范圍廣，成本低及可靠的工作性能和廣泛的適用性的成熟技術(shù)，來進(jìn)行降雨量和水位監(jiān)測的。

3 白石水庫水情遙測系統(tǒng)

3.1 分中心組網(wǎng)形式

遼寧省水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)實(shí)行三級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理：一級(jí)管理為省水情中心；二級(jí)管理為14個(gè)市水情分中心和9個(gè)省直屬水庫水情分中心；三級(jí)管理為342個(gè)省管水情遙測站、245個(gè)市管水情遙測站和9個(gè)省直屬水庫的水情遙測站。白石水庫水情分中心是9個(gè)省直屬水庫水情分中心之一，白石水庫水情遙測系統(tǒng)實(shí)施GPRS通信技術(shù)改造后，對原有水情遙測站點(diǎn)進(jìn)行了加密，由原來的17個(gè)增加到25個(gè)，以適應(yīng)遼寧西部地區(qū)降雨不均的特點(diǎn)。每個(gè)遙測站由1臺(tái)YDH—1型遙測終端機(jī) (內(nèi)含數(shù)據(jù)采集處理器、GPRS模塊、室內(nèi)天線)、太陽能板、免維護(hù)蓄電池、雨量計(jì)（壩前遙測站包括水位計(jì)）組成。

3.2 GPRS組網(wǎng)設(shè)計(jì)

1）GPRS組網(wǎng)及中心、分中心站的數(shù)據(jù)接入方法。根據(jù)水文數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的特點(diǎn)，移動(dòng)運(yùn)營商為用戶建立自己的無線VPN（Virtual Private Network）專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，遙測站將各項(xiàng)水情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集后通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)。GPRS網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)遙測站的采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ乃榉种行恼具M(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過水情調(diào)度軟件完成對各遙測站的監(jiān)視控制、水情警戒以及歷史曲線顯示等功能。

2）虛擬專用網(wǎng)VPN業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式。用戶申請了GPRS專用VPN后，根據(jù)移動(dòng)運(yùn)營商分配給數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)內(nèi)固定IP地址，數(shù)據(jù)中心通過無線GPRS Modem與遙測站實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對中心的數(shù)據(jù)通信，遠(yuǎn)地遙測站根據(jù)配置的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)內(nèi)IP地址與數(shù)據(jù)中心建立數(shù)據(jù)通道。數(shù)據(jù)在自己的VPN專網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行通訊，外界的終端或節(jié)點(diǎn)不能進(jìn)入，數(shù)據(jù)安全性好；保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性；靈活性高，不需要土建施工。

3）GPRS帶寬選定。白石水庫水情分中心系統(tǒng)有25個(gè)遙測終端，每個(gè)站自報(bào)遙測數(shù)據(jù)包為20個(gè)字節(jié)，單站數(shù)據(jù)流則為200 bit，25個(gè)站為5 kbit，若要求在2秒內(nèi)全部傳送完畢，其占用帶寬約為2.5 kbps，若要求在1s內(nèi)全部傳輸完畢，其占用帶寬約為5 kbps，小于中心端實(shí)際傳輸帶寬。由于水情遙測站點(diǎn)的分布特點(diǎn)，一個(gè)基站范圍內(nèi)站點(diǎn)數(shù)目非常有限，所以能夠有效保證站點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳。

4）數(shù)據(jù)傳輸方式。各個(gè)水情遙測站采集系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)打包后送到GPRS模塊，GPRS模塊根據(jù)實(shí)現(xiàn)定義的接入點(diǎn)名稱APN（Access Point Name）連接方式將打包好的數(shù)據(jù)增加部分冗余碼和校驗(yàn)碼轉(zhuǎn)換成適合在無線鏈路上傳送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包信號(hào)，發(fā)送到移動(dòng)公司局端的專用APN后透明傳遞到水情分中心。同樣，水情分中心可以將命令對遠(yuǎn)端遙測站的設(shè)置參數(shù)等傳遞到遙測站點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取和遙測站工作參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置。

3.3 遙測站的工作原理

遙測終端機(jī)平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)某一觸發(fā)信號(hào)(雨量計(jì)動(dòng)作、時(shí)鐘或定時(shí)器到時(shí)等)將其喚醒后即進(jìn)入工作狀態(tài)。遙測終端機(jī)采集雨量、水位等數(shù)據(jù)后判斷是否滿足設(shè)定的發(fā)送條件，若滿足，則將數(shù)據(jù)經(jīng) GPRS模塊發(fā)往各中心站，之后重新進(jìn)入睡眠狀態(tài)；若不滿足，則直接重新進(jìn)入睡眠狀態(tài)。遙測站工作原理如圖1所示。

圖1 遙測站工作原理示意圖

4 系統(tǒng)運(yùn)行中遇到的幾個(gè)實(shí)際問題

白石水情分中心GPRS水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)正式投入使用后，及時(shí)為省水情中心及水庫調(diào)度提供了有效數(shù)據(jù)，保證了水庫水情預(yù)報(bào)調(diào)度的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，為水庫的防汛決策提供了技術(shù)支持，但也出現(xiàn)了如下幾個(gè)問題：

1）站點(diǎn)選址。因當(dāng)時(shí)有的站點(diǎn)選址只考慮到雨量站點(diǎn)的組網(wǎng)范圍和信號(hào)的強(qiáng)弱，未與當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)規(guī)劃相結(jié)合，有的站點(diǎn)因住戶拆遷或房屋轉(zhuǎn)讓需重新建站，因此在系統(tǒng)實(shí)施前應(yīng)切實(shí)做好測站選址的論證。

2）移動(dòng)信號(hào)強(qiáng)弱對數(shù)據(jù)傳輸效果影響較大，有的站點(diǎn)安裝后因信號(hào)不穩(wěn)定經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，后來在附近增加移動(dòng)基站或站點(diǎn)設(shè)備更換信號(hào)放大天線，才保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

3）有的站點(diǎn)終端機(jī)模塊經(jīng)常發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是由于測站濕度較大，造成設(shè)備模塊內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕，引起模塊死機(jī)故障。

4）雖然使用公網(wǎng)免去了自己建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)的困難，而實(shí)際使用中公網(wǎng)的故障是水情維護(hù)人員無能為力的事情，例如移動(dòng)的基站出了故障分中心收不到報(bào)文，系統(tǒng)管理員就只能等待移動(dòng)公司的人員進(jìn)行維修。

5）由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊涉及網(wǎng)絡(luò)流量費(fèi)用結(jié)算，有的站因故障收不到信息停止命令，造成數(shù)據(jù)不停的補(bǔ)報(bào)，發(fā)生大量的通信費(fèi)用，因此對來數(shù)異常的水情遙測站應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)使用方應(yīng)專人跟蹤各測站數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)運(yùn)行情況，以免因SIM卡號(hào)過期失效，導(dǎo)致更換新卡增加去現(xiàn)場維護(hù)頻次。

5 結(jié)語

早期水情遙測系統(tǒng)往往采用自建專用無線通信網(wǎng)或有線通信網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但這些技術(shù)大多存在通信范圍有限、費(fèi)用高、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。GPRS通信技術(shù)和理念為水情遙測系統(tǒng)建設(shè)提供了新的解決方案，實(shí)踐證明在水情自動(dòng)測報(bào)應(yīng)用方面，GPRS通信與其它的通信方式比較具有很大的優(yōu)勢，相信未來的3G時(shí)代，現(xiàn)代通信技術(shù)同水利事業(yè)相結(jié)合的技術(shù)發(fā)展會(huì)更趨明顯。

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