GPRS技術在白石水庫遙測中的應用

劉福林

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

水文數據遠程傳輸是自動測報系統中重要的環節，實現遠程數據傳輸的通信手段主要有超短波通信，有線PSTN通信,GSM 通信 (分SMS和GPRS兩種方式)，光纖通信以及衛星通信等。近年來，GPRS通信技術在水文自動測報中得到越來越廣泛的應用。白石水庫水文數據遙測系統充分利用了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，進行降雨量和水位監測，在水庫防洪調度中發揮了重要作用。

1 GPRS技術特點

GPRS是通用分組無線業務General Packet Radio Service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、防雷效果好等特點，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。

2 數據遙測系統

白石水庫控制流域面積為17 649 km2，總庫容16.45億m3。水情自動測報系統于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。在白石水庫與省防汛辦之間由點對點衛星通信。鑒于此套系統費用較高、維護困難、且受鄰近電臺信號干擾，設備運行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實施GPRS技術改造，至今已使用近6年時間，該系統自動化程度高，運行可靠、穩定，完全實現了對水、雨情的自動采集、傳輸和處理。

2.1 系統組成

白石水庫是遼寧省9個省直屬水庫水情分中心之一，實施GPRS通信技術改造后，充分利用GPRS組網優勢，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（圖1）。

2.2 GPRS通信實現

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 s內全部傳送完畢，其占用帶寬約為2.5 kbps，若要求在1 s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。

2.3 中心站

白石水庫水文數據遙測系統中心站設置在白石水庫水情分中心，中心站的服務器上安裝了GPRS數據采集軟件和水情信息查詢系統，通過讀取移動通信外網數據分發服務器通信平臺上儲存的遙測數據，對遙測站傳輸的水文數據進行分類、篩選和綜合分析，完成對數據的統計、運算、處理，并能自動生成各種報表，具有存儲、顯示、記錄、打印、統計等功能，對處理過的水情信息通過水情網絡傳輸到省水情中心，并監視系統運行狀況、對遙測站進行遠程監控、定期檢查和維護。

2.4 遙測終端

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 運行與實踐

GPRS通信技術在白石水庫水文數據遙測系統中的應用，及時為省防和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。在系統運行6年來，工作人員通過不斷實踐總結了如下規律：

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，未與當地的建設規化相結合，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）傳輸信號。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，后來通過與移動運營商協商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）安放位置。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終端機安放位置濕度較大，造成設備模塊內部出現銹蝕，引起模塊死機故障，對設備進行防潮處理后，設備運行穩定。

4）自主性。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）流量與SIM卡。由于系統數據通訊涉及網絡流量費用結算，有的站因故障信息停止指令不能實現，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。

4 結語

在水庫水文數據遙測系統中應用GPRS通信技術的優勢，是其信息采集的方便快捷及其造價的低廉，為水情遙測系統建設提供了新的設計方案，解決了通信范圍有限、費用高、維護困難等缺點。近年來大部分早期自建遙測系統專用通信網絡，逐漸被GPRS通信技術所取代，相信GPRS通信技術在水利行業的應用將愈來愈廣泛，GPRS通信技術的大力推進，將帶動水利事業的進一步發展。