GPRS技術在供水工程無線監測系統中的應用

武建 徐永兵 錢繼兵 劉艋

GPRS技術在供水工程無線監測系統中的應用

武建 徐永兵 錢繼兵 劉艋

(山東省水利勘測設計院 山東濟南 250013)

聯系到無線供水監測系統建設的必要性，對較為成熟的GPRS無線通信技術進行了較為簡單的論述，并結合臨沂城30萬噸供水工程中的實際應用，參照上述技術的特點，分析其在該項目中實施的可行性；最后在確保可行性的前提下對具體方案做出了具體說明，以達到充分利用GPRS無線通信技術，方便數據采集、傳輸，提高數據安全性，降低運行成本的優點。

供水 GPRS 無線 監測

1 建設無線供水監測系統的必要性

由于供水管網地理位置分散，采集、控制功能對穩定性和安全性要求較高。過去通常采用人工抄表、電話報數、現場手動操作的原始調度方法；供水管網中的故障只能靠人工巡檢來完成，只能依靠工人的職業操守和責任心。因此，各種弊端顯現出來：信息量少，不便于收集，處理效率低等；帶來的結果則是調度能力差，無法適應新時期優化調度的要求，尤其遇到爆漏等突發事件，無法立即獲取情報。總之只能停留在不缺水或保持正常運行。

隨著我國社會經濟的快速發展，促使供水監測的信息化程度不斷提高，供水監測項目和內容也在不斷增加，對監測手段和方法多樣化方面提出了越來越多的要求，在現代電子技術、計算機技術以及無線通信技術迅速發展的今天，供水監測技術自動化的發展擺在了我們面前。

建設無線供水監測系統的主要目的是解決上述難題，對分散在各個管網測點的工作狀況進行監控和管理，并能夠及時采集重要的水量等信息，為城市供水優化調度提供科學的數據依據。無線傳輸方式有多種，在此，我們根據建設實例討論目前技術較為成熟且運行成本相對低廉的GPRS技術在無線供水監測系統中的應用。

2 GPRS技術簡介

GPRS技術是通用分組無線業務的英文簡稱，是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。其基本原理是，當用戶上傳或下載互聯網數據時，系統利用分組將數據在網絡中傳送，達到多用戶間對網絡資源的共享，為用戶提供了一種更快捷、方便、便宜、持久的移動上網方式。GPRS是GSM網絡向第三代移動通信演變的過渡技術，在許多方面都具有顯著的優勢，主要用于實時性高數據量較大的遠程數據傳輸過程，如環保監測、水文檢測、車輛定位系統等領域，具有可靠性高和成本低等優勢。

3 臨沂城30萬m3/d供水工程23

臨沂城30萬m3/d供水工程引水部分由水源地岸堤水庫引水，基本沿臨蒙公路穿越蒙陰、沂南、蘭山三縣區，至新建水廠。供水部分由新建水廠至青年路。

輸水段：輸水部分由水源地岸堤水庫引水，基本沿臨蒙公路穿越蒙陰、沂南、蘭山三縣區，至新建水廠，總長48.8公里。工程設計引水規模為33萬m3/d。

供水段：供水部分由新建水廠至青年路，總長約17.2公里。

本實時監測系統分為前端和中心兩大部分。前端由傳感器部分、傳感器變送部分、數據采集部分和數據傳輸部分組成，中心由數據接收部分、中心軟件分析處理系統組成。

4 檢測系統組成及工作原理

供水管網遠端壓力流量監測系統由監測中心、無線GPRS通訊、監測點采集與傳輸設備和儀表設備組成。

輸水段長約48.8公里，起點和終點各設置2個監測點，中間每隔3公里設2個測點（雙路管道），另外在界牌、垛莊、雙候及青駝四鄉鎮的分水口各設1個測點，共設36個測點。

供水段長約17.2公里，起點設置2個測點，中間每隔3公里設2個測點，終點設2個監測點，合計14個測點。

取水口設置一臺高速智能球和一臺固定槍型攝像機及編解碼設備，通過無線網橋將信息傳輸至岸堤水庫管理局，再通過廣域網將信號傳輸至水廠。

監測中心設在公司供水中心。硬件部分由兩臺服務器組成雙機熱備系統、一臺工業控制機、一臺交換機、一臺帶防火墻、一臺因特網接入設備和一個GPRS通訊設備組成，服務器做成磁盤鏡像系統；軟件部分由三維力控組態軟件和供水監測應用管理軟件組成。

監測中心的服務器與專用交換機相連，專用交換機通過防火墻與ADSL的外網接入設備相連，同時專用交換機與公司局域網連接。這樣，局域網內的任何計算機終端均可通過Windows系統的IE瀏覽器進行WEB方式查詢瀏覽了；服務器的組態軟件通過相應的GPRS組件通過中國移動GSM無線網與監測終端的GPRS模塊相連，服務器中相應的供水管網監測管理程序則利用組態軟件平臺完成供水管網遠端的監測管理任務，同時通過IIS提供WEB查詢瀏覽服務。

監測中心服務器可以驅動GPRS通信模塊向監測點RTU下發初始化信息、配置信息、控制命令，及接收下位機上報的數據及報警信息，同時對采集的壓力、流量等數據進行保存、管理，提供查詢、統計、報表等功能。

實時數據和歷史時間點（段）數據將由WEB站點向分配權限的用于提供不同級別的在線服務，用戶通過瀏覽器登陸WEB可以查看實時數據和歷史時間點（段）數據。系統管理員擁有最高權限，可以增加和刪除用戶，并可以為不同用戶授予不同權限。通過該系統的使用，動態掌握輸水管線的運行情況，做到心中有數、合理調度、降低了生產成本、提高生產效率及公司的生產管理水平。

5 系統功能

（1）數據的實時監測與處理功能。系統能夠以圖示和報表的形式實時展現各監測點的數據信息，并可依據用戶需求統計、分類和存儲測算的最值、均值、累加值等信息。

（2）監測中心具有在線統計分析功能，根據采集的各監測點數據統計分析出供水的運行狀態 ，顯示經濟負荷、超負荷管段，以及水廠水流的方向、供水低壓區、高壓區、合格水壓區等信息，并用不同的顏色進行區分，以便于進行日常的運行分析管理；

（3）自動超限報警功能。在實測過程中，對監測出超預設值的數據發出提示報警，供管理人員及時采取必要措施。管理人員可定義多種報警級別，組態多種報警方式，例如語音提示、聲音和動畫提示等。

（4）綜合分析各監測點壓力、流量的變化曲線，總結出管網供水壓力變化調節規律，計算出水廠變頻泵的壓力目標值，最終實現實時控制變頻供水泵目標壓力，合理調整管網供水壓力，既滿足用戶用水的需要又達到節能降耗的目標。

（5）監測中心服務器數據庫的監測數據，在整個局域網內是共享的，只要被授權就可以通過本機的IE瀏覽器，通過WEB方式進行查詢顯示瀏覽打印，以便于相關部門使用。

（6）自動報表生成功能。可以根據不同的時間生成所需報表供管理人員查詢及打印。

6 運行成本

（1）監控中心

目前通信公司申請固定IP地址的ADSL寬帶上網，租費約為每月1000元。

（2）監測終端

采集點如果按系統默認值，間隔為5分鐘上傳一次，若是采用中心輪巡方式，則每次采集數在中國移動計費系統中統計的流量為：10字節（中心命令）+24字節（TCP通訊協議固定的包頭）+68字節為（流量、壓力數據）+24字節（TCP通訊協議固定的包頭）=126字節。

每天數據流量為：126 * 12 * 24 = 36288 bytes；

每月數據流量為： 36288 * 30 =1088.64Kbytes，約等于1M字節；

根據山東移動目前資費標準和計算的流量，GPRS套餐每月交20元，送 1M流量，超過1M字節的流量，按照1K字節1分錢收取費用。

7 結束語

GPRS方案具有成本低、速度快、安全性高、覆蓋范圍廣，極大提高本系統的運行效率；未來實現升級和二次開發相對簡單。由于采用先進的數據庫管理技術，能夠方便數據管理和存儲，保證系統的優化和改進，具有良好的擴展和兼容能力。

關于為何不選用更為先進的3G網絡服務的原因，首先本系統完成所遵循的效果是智能、經濟、易于實現。就目前來看，3G業務在運營成本方面不及GPRS，且由于項目實施階段3G服務并未達到如GPRS成熟的狀態（包括信號強度、覆蓋范圍、服務質量等）。以開發GSM的短信業務為基礎的監控系統已經可以滿足本系統的需要，并且更為容易上手，可以作為短期的一個過渡。因此最終選擇GPRS服務。

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圖1 定點位移監測

（3）結構分析

結構分析在分析大壩發生形變時有著積極的意義，結構因素是大壩變化的根據因素，大壩的基底地質、地基的處理措施、大壩的結構和尺寸、制作大壩的材料以及施工質量，都對大壩有著不同的影響。

參考文獻

圖2 滑坡所在方向的樣條擬合圖

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.023

TN98

B

1672-2469（2014）01-0069-03

武建（1981年—），男，工程師。