GPRS技術在白石水庫水情自動測報系統中的應用

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技術在白石水庫水情自動測報系統中的應用

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移動通信技術具有覆蓋范圍廣、網絡能力強的特點,克服了傳統的專網通信系統費用高，網絡覆蓋范圍和用戶數量有限的缺點。白石水庫水情遙測系統利用GPRS技術來改造了原有的超短波通信和衛星通信水情遙測系統，既節約了成本,又實現了數據的實時監測。

GPRS技術；水情自動測報系統；應用；白石水庫

1 工程概況

白石水庫控制流域面積17 649 km2，水情自動測報系統于2000年建成使用，由1個中心站，2個中繼站、4個水文站、1個水位站、13個雨量站組成，承擔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。整個系統以超短波無線通信形式將上述各站的水情數據自動傳送到白石水情分中心，再通過水情預報調度軟件處理，完成水情與洪水預報。在白石水庫與遼寧省防汛辦之間由點對點衛星通信。由于該系統費用較高、維護困難、受鄰近電臺干擾較大，且設備運行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與水情信息流程，實現統一規劃、統一設備、統一管理的目的，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實施GPRS通信改造。

2 GPRS技術工作特點

GPRS是通用分組無線業務的簡稱，是在GSM全球移動通訊系統上發展出來的一項新的分組數據承載業務。它是一項高速數據處理的科技，能提供短消息和數據通信兩大功能。其中由于GPRS短消息具有隨時在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等特點，特別適合于傳輸小流量低頻度監測數據的應用。白石水庫水情分中心充分利用了GPRS能適應全天候工作，傳輸速度快、安全性高，聯網范圍廣，成本低及可靠的工作性能和廣泛的適用性的成熟技術，來進行降雨量和水位監測的。

3 白石水庫水情遙測系統

3.1 分中心組網形式

遼寧省水情自動測報系統實行三級網絡管理：一級管理為省水情中心；二級管理為14個市水情分中心和9個省直屬水庫水情分中心；三級管理為342個省管水情遙測站、245個市管水情遙測站和9個省直屬水庫的水情遙測站。白石水庫水情分中心是9個省直屬水庫水情分中心之一，白石水庫水情遙測系統實施GPRS通信技術改造后，對原有水情遙測站點進行了加密，由原來的17個增加到25個，以適應遼寧西部地區降雨不均的特點。每個遙測站由1臺YDH—1型遙測終端機 (內含數據采集處理器、GPRS模塊、室內天線)、太陽能板、免維護蓄電池、雨量計（壩前遙測站包括水位計）組成。

3.2 GPRS組網設計

1）GPRS組網及中心、分中心站的數據接入方法。根據水文數據傳輸應用的特點，移動運營商為用戶建立自己的無線VPN（Virtual Private Network）專用數據網，遙測站將各項水情數據實時采集后通過GPRS模塊將數據發送到中國移動GPRS網絡。GPRS網絡將各個遙測站的采集數據傳輸到指定的水情分中心站進行數據處理，通過水情調度軟件完成對各遙測站的監視控制、水情警戒以及歷史曲線顯示等功能。

2）虛擬專用網VPN業務實現方式。用戶申請了GPRS專用VPN后，根據移動運營商分配給數據中心的網內固定IP地址，數據中心通過無線GPRS Modem與遙測站實現多點對中心的數據通信，遠地遙測站根據配置的數據中心網內IP地址與數據中心建立數據通道。數據在自己的VPN專網內進行通訊，外界的終端或節點不能進入，數據安全性好；保證了數據傳輸的實時性；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有25個遙測終端，每個站自報遙測數據包為20個字節，單站數據流則為200 bit，25個站為5 kbit，若要求在2秒內全部傳送完畢，其占用帶寬約為2.5 kbps，若要求在1s內全部傳輸完畢，其占用帶寬約為5 kbps，小于中心端實際傳輸帶寬。由于水情遙測站點的分布特點，一個基站范圍內站點數目非常有限，所以能夠有效保證站點數據上傳。

4）數據傳輸方式。各個水情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接入點名稱APN（Access Point Name）連接方式將打包好的數據增加部分冗余碼和校驗碼轉換成適合在無線鏈路上傳送的網絡數據包信號，發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端遙測站的設置參數等傳遞到遙測站點，從而實現數據遠程讀取和遙測站工作參數的遠程設置。

3.3 遙測站的工作原理

遙測終端機平時處于休眠狀態，當某一觸發信號(雨量計動作、時鐘或定時器到時等)將其喚醒后即進入工作狀態。遙測終端機采集雨量、水位等數據后判斷是否滿足設定的發送條件，若滿足，則將數據經 GPRS模塊發往各中心站，之后重新進入睡眠狀態；若不滿足，則直接重新進入睡眠狀態。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 系統運行中遇到的幾個實際問題

白石水情分中心GPRS水情自動測報系統正式投入使用后，及時為省水情中心及水庫調度提供了有效數據，保證了水庫水情預報調度的及時性、準確性，為水庫的防汛決策提供了技術支持，但也出現了如下幾個問題：

1）站點選址。因當時有的站點選址只考慮到雨量站點的組網范圍和信號的強弱，未與當地的建設規劃相結合，有的站點因住戶拆遷或房屋轉讓需重新建站，因此在系統實施前應切實做好測站選址的論證。

2）移動信號強弱對數據傳輸效果影響較大，有的站點安裝后因信號不穩定經常發生數據丟失現象，后來在附近增加移動基站或站點設備更換信號放大天線，才保證了數據的穩定傳輸。

3）有的站點終端機模塊經常發生死機現象，經過檢查發現是由于測站濕度較大，造成設備模塊內部出現銹蝕，引起模塊死機故障。

4）雖然使用公網免去了自己建設通信網絡的困難，而實際使用中公網的故障是水情維護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文，系統管理員就只能等待移動公司的人員進行維修。

5）由于系統數據通訊涉及網絡流量費用結算，有的站因故障收不到信息停止命令，造成數據不停的補報，發生大量的通信費用，因此對來數異常的水情遙測站應及時進行維護。同時使用方應專人跟蹤各測站數據通信業務運行情況，以免因SIM卡號過期失效，導致更換新卡增加去現場維護頻次。

5 結語

早期水情遙測系統往往采用自建專用無線通信網或有線通信網來進行數據傳輸，但這些技術大多存在通信范圍有限、費用高、維護困難等缺點。GPRS通信技術和理念為水情遙測系統建設提供了新的解決方案，實踐證明在水情自動測報應用方面，GPRS通信與其它的通信方式比較具有很大的優勢，相信未來的3G時代，現代通信技術同水利事業相結合的技術發展會更趨明顯。

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