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、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

遼寧省水情自動測報(bào)系統(tǒng)實(shí)行三級網(wǎng)絡(luò)管理：一級管理為省水情中心；二級管理為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，發(fā)送到移動公司局端的專用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(雨量計(jì)動作、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）移動信號強(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基站或站點(diǎn)設(shè)備更換信號放大天線，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)展會更趨明顯。

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