GPRS網絡水情自動測報系統在碗窯水庫的應用

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碗窯村，大壩建在錢塘江源頭之一——江山港支流的達河溪上，壩址距江山市區10 km，是一座以灌溉為主，結合供水、發電、防洪等綜合利用的大（2）型水利工程。水庫系多年調節水庫，壩址以上控制流域面積212.5 km2，庫區多年平均降雨量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（國家85高程基準），相應庫容2.08億m3。

2000年，庫區建立了水雨情遙測系統，系統的規模為1∶1∶8，即1個中心站、1個中繼站和8個遙測站。中心站設在碗窯水庫大壩管理站，中繼站設在中路亭，遙測站有5個雨量站（設在大坂、塘源口、白石、下城淤、天井），2個雨量水位站（設在長坑壟、大壩尾），1個水位站（設在碗窯大壩頂）。各遙測站位置見圖1。

碗窯水庫原有的水文自動測報系統利用超短波電臺數話兼容的自報方式工作，即系統工作以遙測站主動報數、中繼站自動轉發、中心站被動接收的自報方式為主，在安裝調試和維護時，系統兼有話路功能。只有當外界參數發生變化時，自報式遙測站才工作，且數據發送完后就立即停止工作，實時性較強。但整個系統運行時間長、電子元件老化，中繼站地處偏遠山區，經常信道不通暢，導致遙測數據丟失。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，決定對原有的遙測系統進行升級改造，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系統。該系統目前已投入正常使用。

2 GPRS系統的原理

GPRS（General Packet Radio Service）通用分組無線業務是一種基于數據包的無線通訊服務。理論上它將使通訊速率從56 kbps上升到114 kbps，且支持計算機和移動用戶的持續連接。GPRS基于GSM網絡，理論上，GPRS數據包通訊服務的花費比電路交換服務所花的費用要少，其通信信道是共享的，僅在需要的時候才有數據包傳輸產生，因此比使用專用的連接要節省很多資源。GPRS移動用戶可以隨時訪問自己的虛擬專用網絡VPN（Virtual Private Network），而不是每次都需要撥號上網，從而為用戶提供更加簡單的應用服務。

GPRS是按GSM標準定義的封包交換協議，可快速接入數據網絡。它在移動終端和網絡之間實現了“永遠在線”的連接，網絡容量只有在實際進行傳輸時才被占用。

圖1 庫區遙測站分布示意圖Fig.1 Distribution of measuring stations

3 GPRS組網設計

3.1 組網及中心站的GPRS數據接入方法

根據水文數據傳輸應用的特點，對中國移動提供的GPRS接入方法進行綜合分析，考慮到性價比和易用性，系統數據接入選擇了在水情分中心采用GPRS無線Modem接入的應用方式，為用戶建立自己的無線虛擬VPN[1，2]專用數據網，提供各種速率的高質量、透明數據傳輸的永久或半永久性專用通訊鏈路，在遠地遙測端，水文數據的傳輸均通過GPRS無線DDN來實現[3]。無線DDN利用GPRS移動數據通信網絡組成的數字數據傳輸網絡，非常適合點多、分散、野外環境條件差的系統。

3.2 數據上傳

各個水文遙測站采集系統所需要的數據，通過數據轉換和數據打包后送到GPRS模塊，GPRS模塊根據實現定義的APN（Access Point Name）[4]連接方式將打包好的數據增加部分冗余碼和校驗碼并轉換成適合在無線鏈路上傳送的網絡數據包信號。移動公司局端的專用APN收到信號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、對遠端遙測站的設置參數等透傳到遙測站點，從而實現數據遠程讀取和遙測站工作參數的遠程設置。

4 GPRS使用方法

根據GPRS的原理，在遙測站中配置GPRS無線DTU，中心站使用GPRS無線Modem。在有GPRS信號覆蓋的地點組網建站，實際使用GPRS進行遠程數據傳輸。遙測站組成框見圖2。

圖2 遙測站組成框圖Fig.2 Structure of the measuring stations

GPRS終端采用符合工業應用標準的GPRS無線DTU/GPRS模塊HT7118。

DTU/GPRS通信模塊是一款專門為無線數據傳輸設備開發的無線數據傳輸協議轉換器。DTU/GPRS實現了無線GSM協議棧的轉換，與之相連的終端設備無需支持GMS協議處理能力，數據傳輸時只需通過串口向DTU/GPRS發送串口格式數據，DTU/GPRS會自動地加上GSM無線通信的協議，把串口數據包轉換成GSM無線通信的協議數據包，把數據傳輸到目的主機；同時對方主機通過無線GSM發送過來的數據通過DTU/GPRS協議轉換后，也以透明的串口數據方式傳回給中心站水情工作站主機。只要提供RS-232接口的設備，都可以通過DTU/GPRS實現無線GSM數據傳輸。終端設備和DTU/GPRS間交互采用簡單的串口包格式，所有的GSM協議都由DTU/GPRS完成轉換。通過DTU/GPRS實現無線數據傳輸功能。

5 硬件設計

硬件系統利用原有的YDH-1A水文遙測終端設備。YDH-1A型遙測數傳終端RTU是由微處理器控制的通用設備，由于采用拔插式模板結構而成為分布式的終端類型，根據應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GPRS無線DTU模塊進行控制，完成數據遠程收發任務。

6 升級后系統的功能

（1）正常情況下，實時水情數據通過GPRS信道傳輸到碗窯水庫中心站；在中心站GPRS網絡出現故障時，遙測站自動切換到GSM信道，實時水雨情數據通過短消息方式傳輸到碗窯水庫中心站；在中心站GPRS網絡恢復后，遙測站能自動將信道切換回GPRS信道。

（2）實時水情信息短信告警和發布功能：自動發送實時水雨情功能；主動查詢實時水雨情；水雨情自動告警功能；作為防汛系統內部的公共信息發布平臺，可群發、組發送相關通知、通告等信息到相關人員手機上；本系統自成體系，不需要移動公司額外的支持，只需要買張普通的手機卡即可。

（3）系統具備客戶端查看功能，安裝有水情自動測報系統客戶端軟件的電腦能夠通過internet網實時查詢各遙測站點的水雨情信息。

（4）能夠和現有的洪水預報軟件進行無縫結合，不影響洪水預報軟件的使用。

7 結語

升級后的GPRS網絡水情自動測報系統實現了水雨情的實時自動監測。改造前的系統采用超短波通訊方式，中路亭中繼站更是通訊咽喉，一旦出問題則會導致整個系統癱瘓，不僅維修不方便，還經常造成數據丟失。改造后的系統采用了GPRS模塊通訊方式，維護方便快捷，數據傳輸完整可靠，確保了水雨情信息收集的準確性、及時性和完整性。改造后的系統軟件具備客戶端查看功能、水雨情信息短信群發功能，方便了相關部門、領導了解水庫水雨情信息，在滿足水庫防洪調度需要的同時，大大提高了工作效率和水庫現代化管理水平。■

[1]韓斌杰.GPRS原理及其網絡優化[M].北京機械工業出版社.2003.

[2]曹衛,董航飛,李宗寶.GPRS技術在水利監測系統中的應用[J].排灌機械,2007,25(5):40-41.

[3]邵江麗.基于GPRS技術的水情自動測報系統設計[J].華電技術,2009,32(2):24-25.

[4]胡勝利,萬晉軍.基于GPRS的地下水自動監測系統設計[J].水利水電技術,2011,42(1):89-91.