GPRS在水文自動測報系統中的應用

鄒源盛

【摘要】隨著無線通信技術的發展，GPRS技術已在水利、防汛等領域逐步應用起來，發揮著不可替代的作用。本文介紹了GPRS水文監測的優點，對GPRS系統在水文測報系統中的應用進行了探討，分析了系統的運行狀況，證明了GPRS在水文自動測報系統中應用的可行性。

【關鍵詞】GPRS水文自動測報系統 應用 運行狀態 展望

水文數據是水利部門在防汛決策過程中的重要數據，因此，水利部門的防汛決策是否科學合理，關鍵取決于能否及時、完整、準確地獲取本區域內各水文測點的數據。因此，加強水文自動測報基礎設施的建設，強化水文信息采集、傳輸的工作，提高水文測報質量成為當務之急。近年來，GPRS無線通信技術在水文自動測報系統中的應用，就大大提高了水文測報的質量，實現水文信息的數字化、自動采集。

1GPRS的水文監測方案優點

GPRS無線水文監控系統具備如下特點：

1.1可靠性高

與SMS短信息方式相比，GPRSDTU采用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。

1.2實時性強

GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

1.3監控范圍廣

GPRS網絡已經實現全國范圍內覆蓋，并且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于水文信息采集點數量眾多，部分水文信息采集點位于偏僻地區，而且地理位置分散。

1.4系統建設成本低

GPRS不是基于傳統的電路交換技術，而是基于無線分組交換技術，所謂的分組交換就是把數據先分成若干個小的數據包，可通過不同的路由，以存儲轉發的接力方式通過通信子網傳送到目的端，再組裝成完整的數據。

1.5可對各監測點儀器設備進行遠程控制

通過GPRS雙向系統還可實現對儀器設備進行反向控制，如時間校正、狀態報告、開關等控制功能，并可進行系統遠程在線升級。

1.6系統的傳輸容量，擴容性能好

GPRS中心要和每一個水文信息采集點實現實時連接。由于水文信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監測中心可輕松支持幾千個現場采集點的通信接入。

1.7GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境

與遠在千里的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可，其整體功耗與一臺普通GSM手機相當，平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。

2系統組成

采用GPRS無線技術的水情逢動測報系統一般由遙測站、GPRS通信網絡和系統中心站組成。

2.1GPRS遙測站

遙測站主要作用是自動完成被測參數的采集，將取得的數據經過預處理后存入存儲器，并完成數據傳輸。遙測站的主設備為PTU（RenoteTerminateunit）和收發信機。PTU主要負責水情參數的自動采集，預處理，存儲。收發信機使用GPRS模塊來傳輸數據。PTU將采集到數據按照給定方案通過串口傳送給GPRS模塊。GPRS模塊再將數據通過GPRS網絡來傳輸到中心站。需要說明的是市場上GPRS工業手機模快大致分兩種，一種是GPRS模塊本身就有內嵌的PPP協議，另一種是GPRS模塊本身不支持PPP協議。PTU只要把數據發送模塊而不必關心它是如何傳輸的。

2.2GPRS通信網絡

系統采用中國移動公司鋪設好的GPRS網絡進行數據傳輸。移動中心通信網關負責將數據轉發到中心站數據服務器。

2.3系統中心站

系統中心通過Interne連接移動中心GGSN有透明和非透明兩種方工，如果移動運營商作為GPRS運營商的同時，直接作為ISP（Interne服務提供商）提供Interne接入服務，建議采用透明方工，用戶接入因特網無須進行認證，由移動用戶鑒權替代，這樣可加快用戶接入速度，減少投資；采用非透明方式接入，GGSN接入Interne要通過進行用戶認證。

為了保證數據可靠性和及時性，移動中心GGSN與系統業務處理中心連接方案一般通過專用線路（DDN專線等）采用透明接入方式直接接入系統業務處理中心，專線接入GGSN時（無須參與認證），GPRS網絡僅僅作為承載通道，將數據包透明地發往業務處理中心。這種方式需要給業務處理中心分配一個公網IP地址，并在各測站設備GPRS模塊目的IP地址和對應的接收端口即可在中心站通過端口映射接收遙測站發送的數據了。

3系統的運行狀態分析

該系統已經運行了一段時間，傳輸信息穩定可靠，實現了設計功能，可以滿足水情信息傳輸的各頂指標要求。

首先，數據傳輸的準確性高，可以滿足水情預報的精確度需求；其次是時效性好。由于GPRS系統的時時在線的特點，水情數據的傳輸完全是實時的，可以滿足在規定時限內收集水情信息的要求；三是可靠性高。只要采集數據的一次儀表運行可靠，數據可及時地發送至傳輸網絡中，因此GPRS系統的運行是十分可靠的，在網絡覆蓋范圍內，基本上可以做到無中斷現象；四是系統軟件功能強，人機界面清晰簡單，可操作性強，給系統管理人員提供了工作的便利，從而大大提高了系統的可應用性。

4安全措施

由于水文數據采集系統的特殊性，本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過公網接入或者移動專網接入，采用公網接入方式成本比較低，企業不用租用專線，而使用數據專線接入時，GPRS數據傳輸設備要經過Radius服務器的認證，整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

（1）APN數據專網模式：企業內部網絡中配置APN服務器，移動終端使用APN數據專網，由于采用數據專網，服務器與公網Internet隔離，可以有效避免非法入侵。

（2）用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍，只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

（3）可以為每個GPRS數據傳設備單獨配置DTUId號和密碼，通過數據中心在其登陸時進行應用層認證，其他沒有數據中心分配的DTUID號和密碼的GPRS的設備將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

（4）數據加密：可對整個數據傳送過程進行加密保護。

（5）網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。

5前景和展望

5.1GPRS的局限性

（1）小區容量有限。GPRS并不能增加網絡現存小區的總容量，也就是說，GPRS不能制造資源，它只是能更有效的使用現有的資源。

（2）實際傳輸速率和理論值之間存在著較大的差距。

（3）GPRS使用的調制方式還有待改進。GPRS的調制方式是基于GMSK調制方式，這并不是最好的調制方式。

（4）傳輸時延。GPRS分組通過不同的路徑被送到同一目的地，在通過無線連接的傳輸過程中有可能會丟失或損壞一個或部分分組。

5.2GPRS向第三代移動通信系統的演變

由于GPRS存在一定局限性，為了保證水情信息快速、準確的傳輸，傳輸方式向3G的演變是一種必然。大力發展GPRS系統，是向3G過渡的步驟之一。在GSM經過直接過渡到3G的情況下，其核心的演進可以分為兩個階段：

第一階段把第三代WCDMA-UMTS地接入網UTRAN可以先引入到GSM/GPRS網絡中，通過互通單元IWU接入第二代移動通信系統中。然后引入3G（UMTS）核心網，第二代、第三代核心網絡混合組網，核心網之間通過網絡實現業務互聯。

6結語

綜上所述，在水文自動測報中采用GPRS技術，能及時、完整、準確地獲取本區域內各水文測點的數據，而且費用較低。雖然在應用過程中，仍存在一定的局限性，但相信，隨著GPRS技術的不斷發展，該技術也會得到不斷完善，基于它的應用也會越來越廣泛。

參考文獻：

[1]劉耀峰.GPRS在水文自動測報系統中的應用研究[J].山西水利.2011年第07期.