GPRS在水文自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

劉耀峰

（山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001）

GPRS在水文自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

劉耀峰

（山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001）

水雨情遙測系統(tǒng)是一個采集某一流域或區(qū)域內(nèi)雨量、水位等水雨情信息的實(shí)時系統(tǒng)，能實(shí)時采集、傳輸、接收遙測站的水雨情信息。基于對水文觀測現(xiàn)狀的分析，結(jié)合水情自動測報系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定了以GPRS為主、短信方式為輔的通訊方式作為上下位機(jī)的通信方式。

GPRS；水雨情測報系統(tǒng)；遠(yuǎn)程通信；信息安全

水雨情遙測系統(tǒng)是當(dāng)前我國大力推進(jìn)水利信息化的重要組成部分之一，廣泛應(yīng)用于防汛、流量計(jì)量、航道監(jiān)測等實(shí)際工程中。遙測系統(tǒng)的應(yīng)用提高了觀測數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性和及時性，將某一流域內(nèi)的水雨情信息在短時間內(nèi)傳遞至信息中心，以便及時進(jìn)行水雨情預(yù)報，減少了水害損失，提高了水資源利用率，產(chǎn)生了較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)介紹

水雨情遙測系統(tǒng)是一個采集某一流域或區(qū)域內(nèi)雨量、水位等水雨情信息的實(shí)時系統(tǒng)，能實(shí)時采集、傳輸、接收遙測站的水雨情信息；具有數(shù)據(jù)監(jiān)測、糾錯等處理功能；能進(jìn)行水位和雨量聯(lián)合預(yù)報；能可靠地?zé)o人值守穩(wěn)定運(yùn)行，具有較強(qiáng)的防雷、抗干擾能力；能與本地計(jì)算機(jī)水雨情局域網(wǎng)共享水雨情信息。通信方式作為該系統(tǒng)的最重要方面之一，在傳統(tǒng)的水雨情遙測通信方式中有超短波、短波、衛(wèi)星，有線撥號等方式，然而這些通信方式常常會受到通信質(zhì)量、通信條件、通信范圍、地理環(huán)境、建設(shè)成本及運(yùn)行費(fèi)用等因素的限制，不能很好地滿足實(shí)際水雨情數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰o線接入以其方便、快捷和廉價的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了有線方式的不足。近年來，覆蓋全國的GPRS網(wǎng)絡(luò)已成為一種可持續(xù)利用和開發(fā)的資源，因而在此基礎(chǔ)上開發(fā)出滿足需求的無線接入產(chǎn)品成為可能。

我國水雨情自動測報技術(shù)的開發(fā)研制始于20世紀(jì)70年代中期，初期主要應(yīng)用于一些水庫。當(dāng)時受日本應(yīng)答式機(jī)制產(chǎn)品影響較大。我國早期也有過自報式水雨情測報裝置，但其設(shè)計(jì)缺陷較多，誤差很大，未能達(dá)到實(shí)用階段。90年代，該專業(yè)技術(shù)發(fā)展最快，一些較大的系統(tǒng)相繼建成，其中包括贛江、閩江、酉水、瀾滄江等。近10年內(nèi)有更多較小的水雨情自動測報工程建成，發(fā)揮了很好的作用。

2 現(xiàn)狀分析

從水雨情自動測報系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r來看，技術(shù)的發(fā)展主要有兩方面：一是硬件系統(tǒng)的構(gòu)建，即所采用的硬件技術(shù)，主要由微電子等技術(shù)的發(fā)展決定。最初的產(chǎn)品由分立式電子元器件等組裝而成，隨著單片機(jī)芯片的出現(xiàn)和發(fā)展，單片機(jī)在測報系統(tǒng)上得到了廣泛應(yīng)用，更多更新的電子技術(shù)應(yīng)用于測報系統(tǒng)中。二是所采用的通信技術(shù)。最初使用較多的是電臺、電報或有線電話等，隨著數(shù)據(jù)傳輸方式的多樣化，GSM、衛(wèi)星通信等技術(shù)被廣泛使用。

為了能更全面地為全省大水網(wǎng)建設(shè)服務(wù)，必須盡快全面實(shí)現(xiàn)水位、雨量在線監(jiān)測和報汛自動化，部分水位站實(shí)現(xiàn)無人值守。這給報汛自動化提出了更高要求，不僅要維護(hù)現(xiàn)有設(shè)備的正常運(yùn)行，而且要利用新技術(shù)加強(qiáng)自動報汛能力。針對上述問題，提出一種新的解決方案：基于GPRS技術(shù)的水雨情測報系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，利用ARM技術(shù)對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，利用公用的GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3 總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)階段我國的國情，水雨情自動測報系統(tǒng)應(yīng)符合以下要求：操作簡單、價格便宜、數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確、自帶電源，耗能少，能適應(yīng)野外工作環(huán)境，有抗雷擊功能，數(shù)據(jù)傳輸可靠，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本低。下位機(jī)及測量部分應(yīng)滿足上位機(jī)除能隨時調(diào)看當(dāng)前的水位、流量、雨量數(shù)據(jù)外，還可根據(jù)監(jiān)測站點(diǎn)的水位值和雨量值變化自動向中心站加報相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警、報警的自動化管理。此外還可將歷史數(shù)據(jù)匯總保存，供日后查看、分析，以便掌握不同時期的水雨情變化情況，真正實(shí)現(xiàn)水文工作的信息化、數(shù)字化。

水雨情終端內(nèi)部集成了微處理器、儲存器、無線通信模塊等，可實(shí)現(xiàn)太陽能及鉛酸蓄電池兩種供電方式的靈活切換，保證系統(tǒng)運(yùn)行。同時通過無線網(wǎng)絡(luò)與中心站通信，由水文工作人員通過筆記本等手持設(shè)備現(xiàn)場讀取固態(tài)存儲器中保存的水位、雨量等信息。

監(jiān)控中心通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和軟件平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。監(jiān)控中心存有各監(jiān)測站點(diǎn)的信息，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，監(jiān)控中心可對水雨情終端的運(yùn)行參數(shù)（如水位/雨量的報警限、終端主動發(fā)起通訊的時間等）進(jìn)行設(shè)定，并可在計(jì)算機(jī)上以曲線、圖形的方式動態(tài)顯示監(jiān)測站點(diǎn)的水位、雨量變化情況，便于水文工作人員對監(jiān)測點(diǎn)的情況進(jìn)行觀察和分析。

4 遠(yuǎn)程無線通信實(shí)現(xiàn)方案

在水雨情自動測報系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通信技術(shù)是重要環(huán)節(jié)之一。遙測的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)可由有線或無線信道組成。有線信道傳輸數(shù)據(jù)的信號質(zhì)量較好，有條件的地區(qū)可優(yōu)選有線傳輸。無線信道可以使遙測子站方便地移動，給站點(diǎn)的選擇帶來了極大便利。采取相應(yīng)的技術(shù)措施后，數(shù)據(jù)通信質(zhì)量完全可以滿足實(shí)際要求。無線通信方式主要有短消息、GPRS、CDMA、衛(wèi)星通訊等。

短消息業(yè)務(wù)不用撥號建立連接，是GSM中唯一不用建立端到端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)，點(diǎn)對點(diǎn)短消息以任意形式的字母數(shù)字串，通過數(shù)字控制信道傳送。在GSM系統(tǒng)中，點(diǎn)對點(diǎn)短消息的傳遞與發(fā)送由短消息服務(wù)中心提供服務(wù)，具有收費(fèi)低廉、不受地域限制的特點(diǎn)。雖然每條容量有限，且具有一定的延時，但可以用于在無GPRS網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況不理想情況下的聯(lián)絡(luò)，并可以實(shí)現(xiàn)將監(jiān)測系統(tǒng)的一些故障報警信息及時發(fā)送到水文工作人員的手機(jī)上。

GPRS采用與GSM相同的頻段、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)以及TDMA幀結(jié)構(gòu)，信號覆蓋很好，目前已達(dá)到無盲區(qū)覆蓋。

GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的數(shù)據(jù)傳輸，同時可提供GSM和GPRS的業(yè)務(wù)，也可使用IP協(xié)議連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。

CDMA技術(shù)接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。其系統(tǒng)容量大、頻率規(guī)劃靈活、頻帶利用率高，但由于該系統(tǒng)處于建設(shè)之中，覆蓋范圍不如GPRS廣。

綜上所述，短消息和GPRS技術(shù)均可被本水雨情自動測報系統(tǒng)所采用。

5 主控制器實(shí)現(xiàn)方案

主控制器即微處理器，是水雨情自動測報系統(tǒng)的核心，對測報系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能產(chǎn)生決定性影響。在選擇微處理器時，一般應(yīng)從字長、指令的種類和數(shù)量、內(nèi)部寄存器的種類數(shù)量、微處理器的速度、中斷處理能力及微處理器的外圍電路配套等方面來考慮。

6 結(jié)語

根據(jù)全省現(xiàn)階段水雨情工作實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，針對水雨情自動測報系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，提出了測報系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，選擇了適應(yīng)實(shí)際情況的主控制器實(shí)現(xiàn)方案以及對應(yīng)的開發(fā)平臺，分析了短信、GPRS、CDMA、衛(wèi)星通信四種主要通信技術(shù)的應(yīng)用方案及特點(diǎn)，并由此確定了以GPRS為主、短信方式為輔的通訊方式作為上下位機(jī)的通信方式。

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1004-7042（2011）07-0051-02

劉耀峰（1985-），男，2007年畢業(yè)于太原科技大學(xué)信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)，助理工程師。

2011-05-15；

2011-06-18