劉福林

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

水文數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸是自動測報(bào)系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ攀侄沃饕谐滩ㄍㄐ?，有線PSTN通信,GSM 通信 (分SMS和GPRS兩種方式)，光纖通信以及衛(wèi)星通信等。近年來，GPRS通信技術(shù)在水文自動測報(bào)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。白石水庫水文數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)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)，進(jìn)行降雨量和水位監(jiān)測，在水庫防洪調(diào)度中發(fā)揮了重要作用。

1 GPRS技術(shù)特點(diǎn)

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)General Packet Radio Service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、防雷效果好等特點(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。

2 數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)

白石水庫控制流域面積為17 649 km2，總庫容16.45億m3。水情自動測報(bào)系統(tǒng)于2000年建成投入使用，由1個中心站，2個中繼站、4個水文站、2個水位站、13個雨量站組成，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)。在白石水庫與省防汛辦之間由點(diǎn)對點(diǎn)衛(wèi)星通信。鑒于此套系統(tǒng)費(fèi)用較高、維護(hù)困難、且受鄰近電臺信號干擾，設(shè)備運(yùn)行6年已趨于老化。2006年委托南京水利水文自動化研究所對遙測系統(tǒng)實(shí)施GPRS技術(shù)改造，至今已使用近6年時(shí)間，該系統(tǒng)自動化程度高，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，完全實(shí)現(xiàn)了對水、雨情的自動采集、傳輸和處理。

2.1 系統(tǒng)組成

白石水庫是遼寧省9個省直屬水庫水情分中心之一，實(shí)施GPRS通信技術(shù)改造后，充分利用GPRS組網(wǎng)優(yōu)勢，對原有水情遙測站點(diǎn)進(jìn)行了加密，由原來的17個增加到25個，以適應(yīng)遼寧西部地區(qū)降雨不均的特點(diǎn)。每個遙測站由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（圖1）。

2.2 GPRS通信實(shí)現(xiàn)

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個遙測終端，每個站自報(bào)遙測數(shù)據(jù)包為20個字節(jié)，單站數(shù)據(jù)流則為200 bit，25個站為5 kbit，若要求在2 s內(nèi)全部傳送完畢，其占用帶寬約為2.5 kbps，若要求在1 s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。

2.3 中心站

白石水庫水文數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)中心站設(shè)置在白石水庫水情分中心，中心站的服務(wù)器上安裝了GPRS數(shù)據(jù)采集軟件和水情信息查詢系統(tǒng)，通過讀取移動通信外網(wǎng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器通信平臺上儲存的遙測數(shù)據(jù)，對遙測站傳輸?shù)乃臄?shù)據(jù)進(jìn)行分類、篩選和綜合分析，完成對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、運(yùn)算、處理，并能自動生成各種報(bào)表，具有存儲、顯示、記錄、打印、統(tǒng)計(jì)等功能，對處理過的水情信息通過水情網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞∷橹行?，并監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀況、對遙測站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、定期檢查和維護(hù)。

2.4 遙測終端

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)。遙測終端工作原理如圖2所示。

圖2 遙測終端工作原理示意圖

3 運(yùn)行與實(shí)踐

GPRS通信技術(shù)在白石水庫水文數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)中的應(yīng)用，及時(shí)為省防和水庫調(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。在系統(tǒng)運(yùn)行6年來，工作人員通過不斷實(shí)踐總結(jié)了如下規(guī)律：

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)化相結(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）傳輸信號。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，后來通過與移動運(yùn)營商協(xié)商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）安放位置。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)是由于測站終端機(jī)安放位置濕度較大，造成設(shè)備模塊內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕，引起模塊死機(jī)故障，對設(shè)備進(jìn)行防潮處理后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

4）自主性。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）流量與SIM卡。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，有的站因故障信息停止指令不能實(shí)現(xiàn)，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。

4 結(jié)語

在水庫水文數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)中應(yīng)用GPRS通信技術(shù)的優(yōu)勢，是其信息采集的方便快捷及其造價(jià)的低廉，為水情遙測系統(tǒng)建設(shè)提供了新的設(shè)計(jì)方案，解決了通信范圍有限、費(fèi)用高、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。近年來大部分早期自建遙測系統(tǒng)專用通信網(wǎng)絡(luò)，逐漸被GPRS通信技術(shù)所取代，相信GPRS通信技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用將愈來愈廣泛，GPRS通信技術(shù)的大力推進(jìn)，將帶動水利事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。