唐素娟，毛建峰，湯文

（浙江省江山市碗窯水庫管理局大壩管理站，浙江江山324100）

1 工程概況

碗窯水庫位于浙江省江山市碗窯鄉(xiāng)碗窯村，大壩建在錢塘江源頭之一——江山港支流的達(dá)河溪上，壩址距江山市區(qū)10 km，是一座以灌溉為主，結(jié)合供水、發(fā)電、防洪等綜合利用的大（2）型水利工程。水庫系多年調(diào)節(jié)水庫，壩址以上控制流域面積212.5 km2，庫區(qū)多年平均降雨量1835 mm，多年平均徑流深1103 mm，多年平均徑流量2.34億m3，多年平均流量7.434 m3/s，總庫容2.228億m3，正常蓄水位194.24 m（國(guó)家85高程基準(zhǔn)），相應(yīng)庫容2.08億m3。

2000年，庫區(qū)建立了水雨情遙測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的規(guī)模為1∶1∶8，即1個(gè)中心站、1個(gè)中繼站和8個(gè)遙測(cè)站。中心站設(shè)在碗窯水庫大壩管理站，中繼站設(shè)在中路亭，遙測(cè)站有5個(gè)雨量站（設(shè)在大坂、塘源口、白石、下城淤、天井），2個(gè)雨量水位站（設(shè)在長(zhǎng)坑壟、大壩尾），1個(gè)水位站（設(shè)在碗窯大壩頂）。各遙測(cè)站位置見圖1。

碗窯水庫原有的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)利用超短波電臺(tái)數(shù)話兼容的自報(bào)方式工作，即系統(tǒng)工作以遙測(cè)站主動(dòng)報(bào)數(shù)、中繼站自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)、中心站被動(dòng)接收的自報(bào)方式為主，在安裝調(diào)試和維護(hù)時(shí)，系統(tǒng)兼有話路功能。只有當(dāng)外界參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，自報(bào)式遙測(cè)站才工作，且數(shù)據(jù)發(fā)送完后就立即停止工作，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。但整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、電子元件老化，中繼站地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，經(jīng)常信道不通暢，導(dǎo)致遙測(cè)數(shù)據(jù)丟失。雖然試圖通過增加天線等多種途徑解決信道差的問題，但收效甚微。為了徹底解決這一問題，2010年，決定對(duì)原有的遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，將原來超短波信道改為以GPRS為主信道、GSM為輔信道的雙通道水情遙測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前已投入正常使用。

2 GPRS系統(tǒng)的原理

GPRS（General Packet Radio Service）通用分組無線業(yè)務(wù)是一種基于數(shù)據(jù)包的無線通訊服務(wù)。理論上它將使通訊速率從56 kbps上升到114 kbps，且支持計(jì)算機(jī)和移動(dòng)用戶的持續(xù)連接。GPRS基于GSM網(wǎng)絡(luò)，理論上，GPRS數(shù)據(jù)包通訊服務(wù)的花費(fèi)比電路交換服務(wù)所花的費(fèi)用要少，其通信信道是共享的，僅在需要的時(shí)候才有數(shù)據(jù)包傳輸產(chǎn)生，因此比使用專用的連接要節(jié)省很多資源。GPRS移動(dòng)用戶可以隨時(shí)訪問自己的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN（Virtual Private Network），而不是每次都需要撥號(hào)上網(wǎng)，從而為用戶提供更加簡(jiǎn)單的應(yīng)用服務(wù)。

GPRS是按GSM標(biāo)準(zhǔn)定義的封包交換協(xié)議，可快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。它在移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)了“永遠(yuǎn)在線”的連接，網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)才被占用。

圖1 庫區(qū)遙測(cè)站分布示意圖Fig.1 Distribution of measuring stations

3 GPRS組網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 組網(wǎng)及中心站的GPRS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)，對(duì)中國(guó)移動(dòng)提供的GPRS接入方法進(jìn)行綜合分析，考慮到性價(jià)比和易用性，系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入選擇了在水情分中心采用GPRS無線Modem接入的應(yīng)用方式，為用戶建立自己的無線虛擬VPN[1，2]專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，提供各種速率的高質(zhì)量、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠谰没虬胗谰眯詫Ｓ猛ㄓ嶆溌?，在遠(yuǎn)地遙測(cè)端，水文數(shù)據(jù)的傳輸均通過GPRS無線DDN來實(shí)現(xiàn)[3]。無線DDN利用GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，非常適合點(diǎn)多、分散、野外環(huán)境條件差的系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)上傳

各個(gè)水文遙測(cè)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APN（Access Point Name）[4]連接方式將打包好的數(shù)據(jù)增加部分冗余碼和校驗(yàn)碼并轉(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)。移動(dòng)公司局端的專用APN收到信號(hào)后透明傳遞到水情分中心。

3.3 命令下傳

同樣，由于是透明傳遞，水情分中心可以將命令、對(duì)遠(yuǎn)端遙測(cè)站的設(shè)置參數(shù)等透?jìng)鞯竭b測(cè)站點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取和遙測(cè)站工作參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置。

4 GPRS使用方法

根據(jù)GPRS的原理，在遙測(cè)站中配置GPRS無線DTU，中心站使用GPRS無線Modem。在有GPRS信號(hào)覆蓋的地點(diǎn)組網(wǎng)建站，實(shí)際使用GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。遙測(cè)站組成框見圖2。

圖2 遙測(cè)站組成框圖Fig.2 Structure of the measuring stations

GPRS終端采用符合工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的GPRS無線DTU/GPRS模塊HT7118。

DTU/GPRS通信模塊是一款專門為無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備開發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換器。DTU/GPRS實(shí)現(xiàn)了無線GSM協(xié)議棧的轉(zhuǎn)換，與之相連的終端設(shè)備無需支持GMS協(xié)議處理能力，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需通過串口向DTU/GPRS發(fā)送串口格式數(shù)據(jù)，DTU/GPRS會(huì)自動(dòng)地加上GSM無線通信的協(xié)議，把串口數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成GSM無線通信的協(xié)議數(shù)據(jù)包，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)；同時(shí)對(duì)方主機(jī)通過無線GSM發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過DTU/GPRS協(xié)議轉(zhuǎn)換后，也以透明的串口數(shù)據(jù)方式傳回給中心站水情工作站主機(jī)。只要提供RS-232接口的設(shè)備，都可以通過DTU/GPRS實(shí)現(xiàn)無線GSM數(shù)據(jù)傳輸。終端設(shè)備和DTU/GPRS間交互采用簡(jiǎn)單的串口包格式，所有的GSM協(xié)議都由DTU/GPRS完成轉(zhuǎn)換。通過DTU/GPRS實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能。

5 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)利用原有的YDH-1A水文遙測(cè)終端設(shè)備。YDH-1A型遙測(cè)數(shù)傳終端RTU是由微處理器控制的通用設(shè)備，由于采用拔插式模板結(jié)構(gòu)而成為分布式的終端類型，根據(jù)應(yīng)用的需要可以組成不同的類型。借助YDH-1A通信控制模板，利用模板上的RS-232硬件接口對(duì)GPRS無線DTU模塊進(jìn)行控制，完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程收發(fā)任務(wù)。

6 升級(jí)后系統(tǒng)的功能

（1）正常情況下，實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)通過GPRS信道傳輸?shù)酵敫G水庫中心站；在中心站GPRS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，遙測(cè)站自動(dòng)切換到GSM信道，實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)通過短消息方式傳輸?shù)酵敫G水庫中心站；在中心站GPRS網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，遙測(cè)站能自動(dòng)將信道切換回GPRS信道。

（2）實(shí)時(shí)水情信息短信告警和發(fā)布功能：自動(dòng)發(fā)送實(shí)時(shí)水雨情功能；主動(dòng)查詢實(shí)時(shí)水雨情；水雨情自動(dòng)告警功能；作為防汛系統(tǒng)內(nèi)部的公共信息發(fā)布平臺(tái)，可群發(fā)、組發(fā)送相關(guān)通知、通告等信息到相關(guān)人員手機(jī)上；本系統(tǒng)自成體系，不需要移動(dòng)公司額外的支持，只需要買張普通的手機(jī)卡即可。

（3）系統(tǒng)具備客戶端查看功能，安裝有水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)客戶端軟件的電腦能夠通過internet網(wǎng)實(shí)時(shí)查詢各遙測(cè)站點(diǎn)的水雨情信息。

（4）能夠和現(xiàn)有的洪水預(yù)報(bào)軟件進(jìn)行無縫結(jié)合，不影響洪水預(yù)報(bào)軟件的使用。

7 結(jié)語

升級(jí)后的GPRS網(wǎng)絡(luò)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水雨情的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。改造前的系統(tǒng)采用超短波通訊方式，中路亭中繼站更是通訊咽喉，一旦出問題則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，不僅維修不方便，還經(jīng)常造成數(shù)據(jù)丟失。改造后的系統(tǒng)采用了GPRS模塊通訊方式，維護(hù)方便快捷，數(shù)據(jù)傳輸完整可靠，確保了水雨情信息收集的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和完整性。改造后的系統(tǒng)軟件具備客戶端查看功能、水雨情信息短信群發(fā)功能，方便了相關(guān)部門、領(lǐng)導(dǎo)了解水庫水雨情信息，在滿足水庫防洪調(diào)度需要的同時(shí)，大大提高了工作效率和水庫現(xiàn)代化管理水平?！?/p>

[1]韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社.2003.

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