GPRS在天津水情分中心項目設(shè)計中的應(yīng)用

單麗敏，張 強(qiáng)，蔡 旭

（天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061）

1 常用的幾種通信方式

現(xiàn)有的水文遙測通信方式有多種類型，常見的通信傳輸方式有：超短波、有線電話、衛(wèi)星、GSM、GPRS等幾種。它們在通信質(zhì)量、適應(yīng)條件、覆蓋范圍、地理環(huán)境、建設(shè)成本及運(yùn)行費(fèi)用、實時性等方面各有優(yōu)缺點。各種傳輸方式的優(yōu)缺點見表1。

表1 傳輸方式對比表

2 GPRS在天津水情分中心中的應(yīng)用價值

2.1 GPRS簡介

GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù) （General Packet Radio Service）的英文簡稱，通俗來講是一項高速數(shù)據(jù)處理的科技，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過GPRS可以在移動狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸網(wǎng)絡(luò)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸，而且GPRS是根據(jù)流量計費(fèi)的，所以運(yùn)營費(fèi)用比GSM方式要低得多。

2.2 GPRS的應(yīng)用價值

2.2.1 降低系統(tǒng)投資成本

（1）利用GPRS公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無需再組建專門的通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)的也無需增加中繼，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就變得簡單。可以節(jié)約建設(shè)成本和縮短建設(shè)周期。

（2）利用GPRS公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，只需要配置一個GPRS/GSM通信終端模塊，數(shù)據(jù)的傳輸和傳輸質(zhì)量由GPRS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來保證，這樣便于自動測報網(wǎng)絡(luò)投入使用后的維護(hù)和維修工作，節(jié)約維護(hù)和維修成本及網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本。

（3）GPRS是按流量計費(fèi)，通信費(fèi)用相當(dāng)?shù)土?/p>

綜合考慮整個系統(tǒng)的投入，利用GPRS實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，從系統(tǒng)的建設(shè)、維護(hù)、維修等各個方面節(jié)約了成本。

2.2.2 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性、可移植性、可靠性

（1）穩(wěn)定性。天津水情分中心的水情遙測斷面，大多為無人值守站點，地處空曠的野外，因此防雷一直是一個十分頭痛的問題。使用GPRS公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，可以省去了一些常用的通信設(shè)備，減少引雷環(huán)節(jié)，防雷問題也就不會那么突出。

（2）靈活性。由于GPRS通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋全市、全國，遙測斷面的數(shù)目可根據(jù)需要擴(kuò)充。

（3）可靠性。采用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信信道的信噪比、誤碼率等通信的性能指標(biāo)都可以由GPRS網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)和通信協(xié)議得到保證，免去很多數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)校驗、檢錯、糾錯工作，數(shù)據(jù)通信的可靠性可以得到提高。

（4）可移植性。除了應(yīng)用于固定遙測站的水情遙測信息傳輸外，GPRS/GSM通信技術(shù)作為移動通信網(wǎng)絡(luò)的通信業(yè)務(wù)之一，在不增加設(shè)備的情況，可增加巡測等流動遙測站的信息傳輸。

3 GPRS在天津水情分中心系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 水情分中心系統(tǒng)簡介

國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程天津市水情分中心系統(tǒng)是重要的非工程措施的防災(zāi)減災(zāi)工程。工程的建設(shè)將提高水旱災(zāi)害信息采集、傳輸、處理的時效性和準(zhǔn)確性，提高防汛抗旱指揮決策的科學(xué)性，更充分地發(fā)揮水利工程的減災(zāi)效益。

該工程涉及天津市的31個中央報汛站，23處雨量觀測點、78處水位遙測點，站點遍布天津市的各個角落，覆蓋面廣，傳輸距離遠(yuǎn)近差異大，大多站點遠(yuǎn)離社會人群，供電系統(tǒng)不穩(wěn)定。

系統(tǒng)設(shè)計要求及時、準(zhǔn)確、迅速、數(shù)據(jù)連續(xù)性好。在20min內(nèi)水雨情信息從遙測斷面?zhèn)髦了榉种行摹?/p>

每個遙測點最多有8組水文數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流量相對較小。

系統(tǒng)組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，布點方便，擴(kuò)容簡單；系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，組網(wǎng)簡單而迅速；安全性高，維護(hù)費(fèi)用低廉。

3.2 GPRS通信方式的使用原則

3.2.1 部分遙測斷面只能提供無線通信環(huán)境

天津水情分中心遙測斷面大部分處于野外，不具備有線通信的條件。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率高，全市大部分地區(qū)均有GPRS信號覆蓋的特點。組建GPRS通信信道，覆蓋遙測斷面。

3.2.2 遙測斷面的傳輸距離分散

天津水情分中心涉及天津市31個中央報汛站，78處水位觀測，23處雨量觀測，站點遍布天津市各個區(qū)縣，遙測斷面與水情分中心傳輸距離分散。GPRS網(wǎng)絡(luò)是覆蓋全國、全市的公共網(wǎng)絡(luò)，利用GPRS傳輸數(shù)據(jù)，遙測斷面與水情分中心傳輸距離不受限制。

3.2.3 滿足數(shù)據(jù)實時性要求

在絕大部分時間下，GPRS數(shù)據(jù)通信的平均整體延時較短，能夠滿足水文對數(shù)據(jù)時效性的要求（滿足在20min內(nèi)完成一次全系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)收集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)的要求）。

3.2.4 滿足數(shù)據(jù)通信速率要求

GPRS DTU與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)通信速率一般在60kbps左右，能實現(xiàn)在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)、接收大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)連續(xù)性好。對于系統(tǒng)未來發(fā)生大流量數(shù)據(jù)傳輸（如，大量提取遙測終端的相關(guān)數(shù)據(jù)），可以節(jié)省時間，做到傳輸及時、數(shù)據(jù)連續(xù)完整。

3.3 GPRS為主信道的組網(wǎng)方式

3.3.1 組建以GPRS為主的混合通信方式

（1）天津水情分中心系統(tǒng)涉及遙測斷面分散，數(shù)據(jù)傳輸要求連續(xù)、及時、可靠，系統(tǒng)兼容性好。依據(jù)系統(tǒng)的整體環(huán)境分析，在系統(tǒng)組網(wǎng)時采用了混合通信方式。利用GPRS自身穩(wěn)定可靠、覆蓋面較廣、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)、不受地域限制的特點，日常以GPRS信道傳輸為主，GPRS信道出現(xiàn)問題時，230MC、800M、PSTN作為備用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以保證數(shù)據(jù)的時效性和可靠性。

（2）天津市水情分中心采用GPRS信道為主，其他信道為輔的混合通訊組網(wǎng)方式。組建星形數(shù)字通信網(wǎng)，形成覆蓋天津重點防洪地區(qū)的水情信息采集系統(tǒng)。31個中央報汛站采用星形網(wǎng)結(jié)構(gòu)和水情分中心組成廣域網(wǎng)。系統(tǒng)采用定時自報、加報和召測兼容的工作體制，多信道自動切換互為備份的技術(shù)，半雙工的通信方式，串行數(shù)據(jù)傳輸方式。實現(xiàn)有人看管、無人值守、自動采集、固態(tài)存儲、數(shù)據(jù)自動傳輸，實現(xiàn)各報汛站的水雨情信息在20min之內(nèi)及時準(zhǔn)確地傳到水情分中心。系統(tǒng)集成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1：

3.3.2 系統(tǒng)運(yùn)行模式

天津水情分中心系統(tǒng)中水位遙測斷面，一路通過GPRS信道與水情分中心直接建立通信鏈路，一路通過GPRS與附近的中央報汛站建立鏈路，實時傳輸采集數(shù)據(jù)。水位斷面還組建了超短波通信方式。當(dāng)GPRS通信失敗后，系統(tǒng)自動切換到超短波方式，將斷面數(shù)據(jù)發(fā)送到附近的中央報汛站，中央報汛站再通過PSTN或800M的通信方式，將數(shù)據(jù)傳送到水情分中心，以確保分中心在規(guī)定時間內(nèi)收集到全部斷面數(shù)據(jù)。

中央報汛站組建GPRS、PSTN、800M互為備份的通信信道，即可主動向分中心查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以接收處理分中心的遠(yuǎn)程取數(shù)指令。

水情分中心數(shù)據(jù)服務(wù)器接收通過GPRS信道發(fā)送的斷面數(shù)據(jù)，經(jīng)合理性檢驗后存入本地數(shù)據(jù)庫。GPRS信道可實現(xiàn)對斷面和中央報汛站的遠(yuǎn)程管理和遠(yuǎn)程修改。通過上述可達(dá)到三種目的：

（1）可實現(xiàn)遙測斷面在同一時刻同時與分中心建立連接，在幾分鐘內(nèi)完成所有遙測斷面的遠(yuǎn)程參數(shù)的修改。

（2）遙測斷面GPRS和SMS可以共用一個傳輸模塊，不增加設(shè)備成本。在GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的區(qū)域，可通過SMS方式傳輸數(shù)據(jù)，從而提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)暢通率及數(shù)據(jù)保證度。

（3）當(dāng)GPRS傳輸服務(wù)不能建立通訊時，系統(tǒng)自動改由PSTN或800M傳輸水情信息，再增加多條備用傳輸手段。

4 結(jié)語

利用GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊，具有穩(wěn)定可靠、覆蓋面較廣、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)、不受地域限制的特點，但由于單一的通訊方式無法保證水情信息的及時準(zhǔn)確，需要其他通訊方式的補(bǔ)充，這樣就能保證在水情防汛上所需資料能夠及時準(zhǔn)確地獲得，更好地為水情防汛做好準(zhǔn)備。

GPRS具有永遠(yuǎn)在線特點，對遙測站的供電要求較高，但水文上的遙測斷面一般地處野外，供電系統(tǒng)不穩(wěn)定。建議配備具有自動掉電功能的GPRS通信模塊，減小功耗。另外，隨著GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)在水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，遙測斷面的不斷擴(kuò)增，對中心接收端數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出更高的要求，只有做到互相匹配，才能保證數(shù)據(jù)后期的傳輸穩(wěn)定。

GPRS通信方式在天津水情分中心系統(tǒng)中應(yīng)用在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性、可移植性、可靠性，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本上都體現(xiàn)了較大的優(yōu)勢，其最大的好處是終端設(shè)備體積小，沒有引雷部件，不需做防雷處理，不需要架設(shè)天線，便于隱蔽性，防盜性能好，具有很廣泛的應(yīng)用價值。

［1］尤克.現(xiàn)代數(shù)字移動通信原理及使用技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

［2］天津水情分中心項目建設(shè)初步設(shè)計報告［R］.2003.

［3］深圳市宏電技術(shù)開發(fā)有限公司.GPRS/GSM通信技術(shù)及軟件平臺在水利數(shù)據(jù)遙測中的應(yīng)用［R］.

［4］成都眾山科技有限公司.眾山GPRS DTU數(shù)傳應(yīng)用基礎(chǔ)知識［R］.