白石水庫GPRS水情自動測報系統組成及關鍵技術綜述

師寧焉

(遼寧省白石水庫管理局，遼寧朝陽122000)

白石水庫GPRS水情自動測報系統組成及關鍵技術綜述

師寧焉

(遼寧省白石水庫管理局，遼寧朝陽122000)

白石水庫GPRS水情自動測報系統的應用包括主要數傳儀及傳感器的選用、計算機網絡配置、系統通信組網、電源防雷等多項技術。這種技術的應用實現了全面準確地收集所需的水雨情信息，為準確地作出洪水預報，發揮了可靠的作用，有效提高了水庫防汛水情信息的預報能力和準確度。

GPRS;水情自動測報;水利信息化;信息流轉

1 工程概況說明

白石水庫位于大凌河干流上，是一座以防洪、供水為主兼顧發電、養魚等綜合利用的大(1)型水庫。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。2006年遼寧省供水集團有限責任公司決定對省直各水庫水情測報系統統一改造。新的雨量遙測站采用南京水利水文自動化研究所研制的YDH—1M型遙測終端機，通過無線通訊模塊，利用中國移動GPRS/GSM無線通訊方式完成對雨量的采集，并直接向白石水庫分中心站傳送數據。

2 白石水庫水情遙測系統

2.1 白石水庫水情分中心組網形式

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、太陽能板、免維護蓄電池、雨量計組成［1］，見圖1。

圖1 水情遙測系統雨量站點布置及GPRS網絡傳輸示意圖

2.2 白石水庫水情自動測報系統構成

新的水情遙測系統由中國移動通信的GPRS通信信道實現本系統數據的傳輸。水情自動測報系統總體框架是以白石水庫為中心，以遙測站為信息源形成的水情遙測報汛系統。系統由25個站點雨量傳感器及相應的自動采集設備組成，實時采集雨量信息并存入固態存儲模塊。由GPRS通訊信道把遙測站的數據傳送到中心站，中心站接收到數據后進行必要的規范化處理再存入水情調度自動化系統數據庫。實現了中心站可以隨時監測各遙測站實時信息和運行狀態，也可以在任意時間，通過中心站計算機進行遠程設定、遠程遙測各站終端機工作參數和數據。

2.3 水情自動測報系統的功能結構

2.3.1 遙測數據采集子系統

遙測數據采集子系統由遙測數據采集終端機、傳感器、通信設備、太陽能板、蓄電池等組成，其任務是完成遙測站數據實時采集與傳輸［2］。工作流程見圖2。

圖2 雨量采集與工作流程

2.3.2 遙測數據通信網

主備遙測站至分中心站的數據通信網絡采用GPRS為主信道，超短波通信網為備用信道混合組網方案。當GPRS信道出現故障時，遙測站自動切換到超短波備用信道進行數據傳輸。即當遙測站根據被測參數的增量變化或定時時間，自動采集并報送數據給中心站后，能夠自動接收到來自數據通信網通信協議的確認信號，以確認本次數據通信準確無誤;若遙測站在給定時間內未接收到應答確認，則能夠自動重發或切換到備份信道發送數據。

分中心站子系統:是水情自動測報系統的業務執行中心，負責對遙測站的控制、維護和管理，不僅接收、存儲和預處理來自各遙測站的全部信息，還將產生各種本專業的輔助決策信息。

遙測站通過無線通訊模塊，利用GPRS/GSM無線通訊方式完成對采集的雨量數據進行傳輸，并直接向白石水庫分中心站傳送數據，白石水庫分中心站中的計算機將數據進行存儲、顯示和分析處理后做出水情預報。

中心站子系統:運行業務軟件，為遼寧省防汛抗旱指揮部提供水雨情基礎數據，并承擔對外發布信息。

3 系統的關鍵技術

3.1 GPRS移動通信信道組網

GPRS在現有的GSM電路交換模式上增加了基于分組的空中接口，引入了無線分組交換功能，是一種基于GSM的移動分組數據業務，面向用戶提供移動分組的IP或者X.25連接。

3.1.1 構成GPRS系統的方法

在GSM系統中引入3個主要組件，既GPRS服務支持結點、GPRS網關支持結點及分組控制單元;對GSM的相關部件進行軟件升級。

3.1.2 GPRS移動通信信道組網的優點

優點有4點:①實時性強:GPRS網絡具有永遠在線的特點，只要設備打開在1～3S內就可以登陸到核心網絡，數據時延在700～3000MS;②穩定性好、覆蓋好:GPRS網絡是在GSM網絡上加載的分組交換網，核心設備在移動公司機房，無線設備有原來GSM的設備。在信號較弱的地方可以自動切換編碼方式，增加冗余碼保證數據的傳輸。依托移動公司強大的網絡維護和優化隊伍，在移動手機有信號的地方都可以使用GPRS網絡;③安全性高:移動公司可為水情部門提供專用的APN或虛擬VPN，使用加密技術，保證數據的安全性;④價格低:GPRS網絡按照流量收費。

3.1.3 各內部子系統間的信息流轉

整個系統采用中心站/分中心站結構，中心站在遼寧省防汛抗旱指揮部防洪值班室，分中心站在白石水庫防汛值班室。其系統信息流程采用自下而上分級處理。按照遙測站到中心站這個流程來進行。水情測報系統的數據采集和處理可以用以下的模型來表述，見圖3。

圖3 系統信息流程圖

3.2 數傳儀及傳感器的選用

數傳儀及傳感器的質量直接關系到系統運行質量及其可靠性，本系統所采用的YDH-1M遙測終端機RTU是由微處理器控制的通用設備，優化設計后用于對遠端設備的監視和控制。它具有本地處理和控制能力，采用模塊式結構，可以根據應用的需要組成不同的類型。其特點如下:

1)內置固態存儲器:設備獨有的固態存儲選件能夠完整地保存全年的水情數據，支持本地、外地下載。

2)數據發送控制:可實時發送、定時發送和人工發送。

3)工作制式:自報——確認式。考慮到分中心站調整遙測站配置時，遙測終端機要有自報——確認方式，遙測終端機主動向分中心站發送水情數據、分中心站應答確認信息，在分中心站的確認信息幀中，加載配置參數。

4)信號防干擾設計:遙測終端機對所有輸入輸出引線都需采取光電隔離等多級措施、電路設計有干擾吸收措施，最大限度地避免雷擊等過電壓過電流對遙測終端機的破壞。

3.3 計算機網絡配置

水情自動測報系統分中心站設在白石水庫防汛值室，中心站設在遼寧省防汛抗旱指揮部防洪值班室，利用兩地之間的光纖將中心站和分中心站連接成一個局域網。

分中心站作為水情自動測報系統的業務執行中心，不僅接收、存儲和預處理來自遙測站的全部信息，還將產生一些如洪水預報等功能的輔助決策信息。

分中心站計算機以分布式多微機的局域網方式配置，系統采用客戶機/服務器結構。多路數據通信終端連接到水情采集工作站上，采集來自于GPRS系統的數據。水情工作部使用3C905B網卡。網絡結構采用對等網，網絡互聯采用工業標準TCP/IP協議，運行Windows NT Workstation 4.0操作系統。網絡拓撲結構采用星型網，網絡互聯采用工業標準TCP/IP協議，運行Windows NT Server 4.0操作系統。分中心站系統軟件是在基于Windows NT環境下開發的一個開放式實時應用系統，防汛水情應用軟件采用YZJ9000網絡版水調系統軟件包。

3.4 主要設備

3.4.1 服務器

選用HP ProLiant ML150 G2塔式服務器，其性能良好，能夠滿足系統需求，還可通過網卡向網絡傳送數據，供其它工作站共享數據資源。

3.4.2 中心控制儀

中心站多路數據通信終端為YSK-1型，向實時監控的計算機傳輸數據;以應答方式向指定測站提取原始數據;具有向中繼機和遙測終端機發布控制指令功能;有自動復位功能，軟件無法運行時，硬件可復位;配有雙路無線調制解調節器，完成雙路信號的接收和數據中繼轉發功能;能對數據錯誤進行檢查，并能進行預處理;包含4個異步串行通信口。

4 系統通信組網

通信系統是水情自動測報系統的信息傳輸基礎，它的優劣直接影響到水情信息是否能夠及進、準確地傳遞到中心站，是信息采集系統設計的關鍵環節。

4.1 備用信道組網VHF超短波

超短波是一種地面可視通信，其傳播特性依賴于工作頻率、功率、地形及氣象因子等因數。白石水情已建有覆蓋整個流域的超短波數據通訊網，本項目增加站點若VHF信道信號余量達到數據通信增益要求，可不增加組網VHF的數據通訊費用;VHF為白石水庫自已建設的遙測系統通訊專網，白石水庫對該通訊網具有完全的控制權和管理權。而使用公網，異常故障的響應時間可能無法滿足水電廠水調/防汛的要求。

4.2 合理配備電源，精心考慮防雷

雷電進入系統主要有3個途徑:①工業電源線;②信號線;③天線饋線。為了避免或減少雷電對系統的干擾，主要采取以下措施:

1)整個系統所有測站和中繼站均采用太陽能電池對蓄電池充電的供電方式，而分中心站則采用交流電供電，在雷雨天采用UPS(不間斷電源)加蓄電池的供電方式，這樣全系統就避免了雷電對工業電源干擾的可能性。

2)為了減少雷電對信號線的干擾，首先降低站點的接地電阻(≤4 Ω)，這個要求均已基本達到。另外，盡量縮短信號線的長度，當信號線的長度不能縮短時，使信號線穿管埋地(如壓力水位計信號線)。

3)為了減少雷電從天饋線進入系統設備，除降低接地電阻外，選用可靠的銅軸避雷器。

5 結語

白石水庫水情自動測報系統于2006年對原超短波測信道改GPRS信道后，較好的實現了汛期各站點的水情信息自動測報，發揮了系統應有的設計功能。在運行過程中出現一些常見問題，只要順著信息流轉鏈條往前查找，一般都可以找到故障源頭。構件更換方便，廠家售后服務及時。水庫水情處通過了解水情自動測報系統構成、功能結構及內部子系統間的信息流轉，掌握了關鍵技術，便于迅速查找和確定系統異常或故障部件，從而使水情自動測報系統更好地發揮作用。

［1］王德君，任麗榮，郭勇，馬傳波.GPRS通信技術在水情自動測報系統中的應用［J］.現代農業科技，2007(13):204-205.

［2］魏德華，何廷霖，劉占京，狄偉進.基于GPRS的小流域水情自動測報系統［J］.中國農村水利水電，2006(07):18-19.

TV123

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1007-7596(2014)06-0091-03

2014-04-22

師寧焉(1977-)，女，遼寧阜新人，高級工程師，從事水利工程管理工作。