盧文軍

（永州市水文局 湖南永州 425006）

水文監(jiān)測系統(tǒng)中GPRS技術(shù)的應(yīng)用分析

盧文軍

（永州市水文局 湖南永州 425006）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水利監(jiān)測系統(tǒng)對于科技的需求也日益增加，傳統(tǒng)的人工方式難以適應(yīng)滿足現(xiàn)代的需求，需不斷運用新的技術(shù)對水文監(jiān)測手段和方式進行改進。本文就對我國水文監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀、GPRS技術(shù)及其優(yōu)勢、應(yīng)用進行了簡要的分析，以期為相關(guān)人員提供參考。

水文監(jiān)測系統(tǒng)；GPRS技術(shù)；應(yīng)用；分析

1 引言

所謂的水文監(jiān)測系統(tǒng)是指為了能夠適應(yīng)水利信息化以及現(xiàn)代化發(fā)展的需要，收集好降水、水位、流量以及含沙量等水文要素，并對這些信息進行處理。因為水文監(jiān)測的覆蓋率比較大，絕大多數(shù)的監(jiān)測點都分布在野外，數(shù)據(jù)量大且比較的分散，進行遠程傳輸時則比較的復(fù)雜，所以，就需要水文自動測報系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)較強，在水文監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用GPRS技術(shù)能夠有效將這些問題解決，還能有助于提高水文監(jiān)測技術(shù)的水平。

2 我國水文監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀分析

2.1 我國水文監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展

水文監(jiān)測系統(tǒng)包含了水文、通信以及計算機等多種學(xué)科以及技術(shù)，其可以采集、傳輸以及處理好河流、湖泊以及水庫的雨水信息。不斷開發(fā)并完善水文監(jiān)測系統(tǒng)能夠有助于提高水資源的利用效率，加強建立水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，并有效預(yù)防洪澇災(zāi)害。在我國防汛工作中水文監(jiān)測系統(tǒng)由來已久，而現(xiàn)如今隨著計算機以及通信技術(shù)的不斷發(fā)展，傳輸水文監(jiān)測數(shù)據(jù)的方式也在不斷變化。1970～1980年中期，傳輸數(shù)據(jù)主要使用的是國外進口的無線超短波設(shè)備；1980年代中后期，我國水利部門則開始鼓勵國內(nèi)研究所或者有關(guān)高校加強對超短波遙測設(shè)備的自行研發(fā)；1990年初始盡管有了超短波、衛(wèi)星以及有線公網(wǎng)進行傳輸，但超短波傳輸方式仍舊扮演著十分重要的作用，而在1990年末期，TERNET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GSM短信方式也陸續(xù)得到了應(yīng)用，但規(guī)模還不夠大，推廣的強度也不高。直至2002年5月，由中國移動推出的商用的GPRS移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，引發(fā)了一場新的革命。而GPRS是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，其所提供的無線口連接是從端到端的，使用者能夠利用無處不在的全球移動通信系統(tǒng)，以無線連接的方式，接入到固定的IP網(wǎng)絡(luò)，不但方便且十分的快捷。此方法跟原先的GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式相比，更具有實效性和穩(wěn)定性。

2.2 我國水文監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

近年來，我國的水情自動測報系統(tǒng)得到了較快的發(fā)展，且在技術(shù)上有了十分明顯的進步，但要是跟國際上先進國家的產(chǎn)品比起來，相差較大，經(jīng)分析，究其原因主要有以下幾點：

（1）用來自動測報水情的傳感器品種比較少，難以將其應(yīng)用范圍擴大，且有些傳感器的性能或者功能還不符合相關(guān)的技術(shù)要求。

（2）跟國際先進設(shè)備相比，硬件設(shè)備的可行性（一般指的是MTBF指標以及質(zhì)量穩(wěn)定性等方面）還需要不斷的提高。

（3）進行通信的方式比較的單一，難以跟特殊復(fù)雜的布網(wǎng)要求相符合。

（4）投入的新技術(shù)以及新產(chǎn)品研制力量不足，現(xiàn)階段，大部分的研制單位由于研發(fā)經(jīng)費不足，難以及時的研制新的產(chǎn)品以及應(yīng)用更為先進的技術(shù)，導(dǎo)致新技術(shù)的儲備不斷的下降，對技術(shù)的進步產(chǎn)生了一定的阻礙。

3 GPRS通訊技術(shù)及其在水文監(jiān)測應(yīng)用中的優(yōu)勢

3.1 GPRS通訊技術(shù)概述

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的英文簡稱。它是利用分組交換的技術(shù)發(fā)展出的一種無線傳輸方式，屬于國際上流行的2.5代移動通信技術(shù)。GPRS是在原有的GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供移動分組數(shù)據(jù)服務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。

由于在GSM網(wǎng)絡(luò)中加入了分組交換功能的實體來支持采用分組交換方式的數(shù)據(jù)傳輸。所謂分組交換就是將數(shù)據(jù)分裝成許多獨立的數(shù)據(jù)包，再將這些數(shù)據(jù)包一個一個傳送出去，形式上很像寄包裹。每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源得到了有效利用，GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應(yīng)用帶寬大約為20～60Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于Internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。采用分組交換的好處是在有數(shù)據(jù)需要傳送的時候才會占用頻寬，即使用GPRS技術(shù)的用戶永遠在線且按流量計費，大大降低了通信成本，這對于用戶來說是比較合理的。在防汛決策系統(tǒng)中，水情信息的數(shù)據(jù)傳輸量不大，但測點所處地理位置偏僻，需要進行頻繁、定期的數(shù)據(jù)傳輸以保證用戶能夠及時掌握最新的水情、雨情，從而作出正確的決策，GPRS技術(shù)特別適合間斷、突發(fā)、頻繁少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適合偶爾的大數(shù)據(jù)量的傳輸。因此是實現(xiàn)防汛決策系統(tǒng)的一種理想通信方式。

3.2 GPRS通訊技術(shù)應(yīng)用在水文監(jiān)測中的優(yōu)勢

3.2.1 具有后臺服務(wù)功能，全天候?qū)崟r在線

連接GPRS后，保持其處于在線狀態(tài)，并確保無線終端已經(jīng)開機，這樣就能夠隨時保持網(wǎng)絡(luò)連接，并且此技術(shù)具有后臺服務(wù)的功能，在每次傳輸數(shù)據(jù)時能夠自行呼叫連接。GPRS技術(shù)能夠?qū)Χ鄠€點的數(shù)據(jù)傳輸提供相應(yīng)的支持，在數(shù)據(jù)監(jiān)測中心能夠進行快速的雙星通信，避免雙向通信之間產(chǎn)生不必要的干擾，這樣用戶就能夠在網(wǎng)絡(luò)上收發(fā)數(shù)據(jù)，且不會斷線。

3.2.2 監(jiān)測范圍廣泛，覆蓋面大

如今，全國范圍內(nèi)都已經(jīng)覆蓋了GPRS技術(shù)，因而這些網(wǎng)絡(luò)接入點不會受到地點的限制，在進行水文監(jiān)測時使用GPRS技術(shù)后就會確保水文監(jiān)測的點不會被銅線線路以及地區(qū)所限制，很少有無線網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)，所以即使地區(qū)處于比較偏遠的地域也能夠接收到GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，這樣就便于對水文信息進行監(jiān)測并采集。

3.2.3 運營成本低，傳輸耗能少

GPRS進行收費時是根據(jù)使用的流量費用進行收費的，沒有流量就不會產(chǎn)生費用，如果按照包月的方式進行計算，則可以不受流量的限制進行收費。在GPRS系統(tǒng)中，使用的收費方式都比較的統(tǒng)一，就避免了漫游的費用，從某種程度上來說極大的減少了水文監(jiān)測部門的成本投入。利用GPRS技術(shù)在進行野外監(jiān)測點工作時，一旦需要跟遠距離的數(shù)據(jù)監(jiān)測中心進行數(shù)據(jù)傳輸以及雙向通信時，傳輸設(shè)備所消耗的平均能量為210MW，這跟傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備消耗能量相比要小很多。

3.2.4 傳輸量大

監(jiān)測水文時需要的數(shù)據(jù)數(shù)量較多，而GPRS技術(shù)則集合了IP、X25和ITU等技術(shù)，并依托GSM的無線分組交換網(wǎng)，因而能夠同時傳輸多個數(shù)據(jù)，傳輸?shù)牧枯^大，跟水文監(jiān)測的相關(guān)要求相符。

4 GPRS技術(shù)在水文監(jiān)測領(lǐng)域中的應(yīng)用與實現(xiàn)

4.1 GPRS系統(tǒng)工作流程

由于GPRS技術(shù)的水文自動測報系統(tǒng)的應(yīng)用是利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸功能將水情信息所形成的IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼居嬎銠C中，最終實時的傳輸并共享水情信息，而在水文監(jiān)測系統(tǒng)中每個遙測站都要配置具有GPRS功能的通信模塊并開通GPRS業(yè)務(wù)的SIM卡。如今，該項技術(shù)已經(jīng)在防汛工作中得到了廣泛的運用，實用價值比較的高，具有十分良好的發(fā)展前景。水文監(jiān)測系統(tǒng)的主要工作流程在于，當測站通信模塊通電后，會自動登錄到移動GPRS網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)有關(guān)規(guī)定進行撥號登錄GPRS移動通信網(wǎng)CMNET，一旦登錄成功，就表明遙測站與互聯(lián)網(wǎng)連接成功，就可以采用TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。使用GPRS傳輸水文數(shù)據(jù)的系統(tǒng)通常使用的是自報式，而各遙測點從移動公司獲取的GPRS通信模塊一般都只是動態(tài)的IP地址。需要在中心站設(shè)置一臺專線連接傳輸器，該傳輸器能夠申請到固定IP地址的GPRS通信模塊，且能夠跟移動中心之間進行數(shù)據(jù)連接。如果遙測站的數(shù)量比較多時，利用此結(jié)構(gòu)能夠提高傳輸?shù)男?，減少傳輸延時，傳輸?shù)乃閿?shù)據(jù)數(shù)量較小時，利用GPRS按流量計費方式，能夠減少運行的費用。

4.2 GPRS的安全措施

因采集水文數(shù)據(jù)的系統(tǒng)具有一定的特殊性，這就需要水文監(jiān)測系統(tǒng)具有較高的安全保障性以及穩(wěn)定性。具有一定的安全保障功能則能夠減少系統(tǒng)內(nèi)外有意或者無意的破壞，而網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。而所謂的穩(wěn)定性則是指系統(tǒng)能夠每天24h不間斷運行，即便系統(tǒng)中的硬件和軟件有故障發(fā)生，也不能夠?qū)⑾到y(tǒng)的運行中斷掉。數(shù)據(jù)中心則能夠利用公網(wǎng)進行接入，也可以接入到移動專網(wǎng)，而使用公網(wǎng)接入的方式不需要投入較多的成本，傳輸GPRS數(shù)據(jù)的相關(guān)設(shè)備要通過Radius服務(wù)器的認證，而設(shè)備能夠?qū)魉驼麄€數(shù)據(jù)過程進行加密，具有較強的安全性，能夠充分確保傳輸?shù)乃俣纫约熬W(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量。

5 結(jié)語

總之，在水文監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用GPRS通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對水文情況的在線監(jiān)測，及時準備好觀測數(shù)據(jù)，并對其進行傳輸、處理、整合并儲存，為有關(guān)部門提供相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，確保數(shù)據(jù)的科學(xué)性和合理性，并通過水利部門了解好水文的條件，對其進行有效的控制，避免重大的洪災(zāi)發(fā)生。

[1]艾爾肯·尼牙孜.水文監(jiān)測系統(tǒng)中GPRS技術(shù)的應(yīng)用分析[J].黑龍江水利科技，2013，41（11）：162～164.

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1004-7344（2016）10-0110-02

2016-3-18

盧文軍（1968-），男，工程師，大專，主要從事水文水資源監(jiān)測、管理工作。