GPRS在水文自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄒源盛

【摘要】隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，GPRS技術(shù)已在水利、防汛等領(lǐng)域逐步應(yīng)用起來，發(fā)揮著不可替代的作用。本文介紹了GPRS水文監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)，對GPRS系統(tǒng)在水文測報系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，分析了系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，證明了GPRS在水文自動測報系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。

【關(guān)鍵詞】GPRS水文自動測報系統(tǒng) 應(yīng)用 運(yùn)行狀態(tài) 展望

水文數(shù)據(jù)是水利部門在防汛決策過程中的重要數(shù)據(jù)，因此，水利部門的防汛決策是否科學(xué)合理，關(guān)鍵取決于能否及時、完整、準(zhǔn)確地獲取本區(qū)域內(nèi)各水文測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。因此，加強(qiáng)水文自動測報基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強(qiáng)化水文信息采集、傳輸?shù)墓ぷ?，提高水文測報質(zhì)量成為當(dāng)務(wù)之急。近年來，GPRS無線通信技術(shù)在水文自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用，就大大提高了水文測報的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水文信息的數(shù)字化、自動采集。

1GPRS的水文監(jiān)測方案優(yōu)點(diǎn)

GPRS無線水文監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：

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(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。中心可以與多個監(jiān)測點(diǎn)同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，互不干擾。GPRS網(wǎng)絡(luò)本身具備完善的頻分復(fù)用機(jī)制，并具備極強(qiáng)的抗干擾性能，完全避免了傳統(tǒng)數(shù)傳電臺的多機(jī)頻段“碰撞”現(xiàn)象。

1.2實(shí)時性強(qiáng)

GPRS具有實(shí)時在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時延小，并支持多點(diǎn)同時傳輸，因此GPRS監(jiān)測數(shù)據(jù)中心可以多個監(jiān)測點(diǎn)之間快速，實(shí)時地進(jìn)行雙向通信，很好地滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時性的要求。

1.3監(jiān)控范圍廣

GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)覆蓋，并且擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于水文信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，部分水文信息采集點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。

1.4系統(tǒng)建設(shè)成本低

GPRS不是基于傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)，而是基于無線分組交換技術(shù)，所謂的分組交換就是把數(shù)據(jù)先分成若干個小的數(shù)據(jù)包，可通過不同的路由，以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的接力方式通過通信子網(wǎng)傳送到目的端，再組裝成完整的數(shù)據(jù)。

1.5可對各監(jiān)測點(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制

通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對儀器設(shè)備進(jìn)行反向控制，如時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)等控制功能，并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級。

1.6系統(tǒng)的傳輸容量，擴(kuò)容性能好

GPRS中心要和每一個水文信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時連接。由于水文信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要；由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴(kuò)展性能，一個監(jiān)測中心可輕松支持幾千個現(xiàn)場采集點(diǎn)的通信接入。

1.7GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環(huán)境

與遠(yuǎn)在千里的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行雙向通信，GPRS數(shù)傳設(shè)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(jī)相當(dāng)，平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統(tǒng)數(shù)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(tǒng)組成

采用GPRS無線技術(shù)的水情逢動測報系統(tǒng)一般由遙測站、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)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(shù)的采集，將取得的數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后存入存儲器，并完成數(shù)據(jù)傳輸。遙測站的主設(shè)備為PTU（RenoteTerminateunit）和收發(fā)信機(jī)。PTU主要負(fù)責(zé)水情參數(shù)的自動采集，預(yù)處理，存儲。收發(fā)信機(jī)使用GPRS模塊來傳輸數(shù)據(jù)。PTU將采集到數(shù)據(jù)按照給定方案通過串口傳送給GPRS模塊。GPRS模塊再將數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)來傳輸?shù)街行恼?。需要說明的是市場上GPRS工業(yè)手機(jī)?？齑笾路謨煞N，一種是GPRS模塊本身就有內(nèi)嵌的PPP協(xié)議，另一種是GPRS模塊本身不支持PPP協(xié)議。PTU只要把數(shù)據(jù)發(fā)送模塊而不必關(guān)心它是如何傳輸?shù)摹?/p>

2.2GPRS通信網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)采用中國移動公司鋪設(shè)好的GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。移動中心通信網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到中心站數(shù)據(jù)服務(wù)器。

2.3系統(tǒng)中心站

系統(tǒng)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(yùn)營商作為GPRS運(yùn)營商的同時，直接作為ISP（Interne服務(wù)提供商）提供Interne接入服務(wù)，建議采用透明方工，用戶接入因特網(wǎng)無須進(jìn)行認(rèn)證，由移動用戶鑒權(quán)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(jìn)行用戶認(rèn)證。

為了保證數(shù)據(jù)可靠性和及時性，移動中心GGSN與系統(tǒng)業(yè)務(wù)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(tǒng)業(yè)務(wù)處理中心，專線接入GGSN時（無須參與認(rèn)證），GPRS網(wǎng)絡(luò)僅僅作為承載通道，將數(shù)據(jù)包透明地發(fā)往業(yè)務(wù)處理中心。這種方式需要給業(yè)務(wù)處理中心分配一個公網(wǎng)IP地址，并在各測站設(shè)備GPRS模塊目的IP地址和對應(yīng)的接收端口即可在中心站通過端口映射接收遙測站發(fā)送的數(shù)據(jù)了。

3系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分析

該系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了一段時間，傳輸信息穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計功能，可以滿足水情信息傳輸?shù)母黜斨笜?biāo)要求。

首先，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性高，可以滿足水情預(yù)報的精確度需求；其次是時效性好。由于GPRS系統(tǒng)的時時在線的特點(diǎn)，水情數(shù)據(jù)的傳輸完全是實(shí)時的，可以滿足在規(guī)定時限內(nèi)收集水情信息的要求；三是可靠性高。只要采集數(shù)據(jù)的一次儀表運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)可及時地發(fā)送至傳輸網(wǎng)絡(luò)中，因此GPRS系統(tǒng)的運(yùn)行是十分可靠的，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，基本上可以做到無中斷現(xiàn)象；四是系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)，人機(jī)界面清晰簡單，可操作性強(qiáng)，給系統(tǒng)管理人員提供了工作的便利，從而大大提高了系統(tǒng)的可應(yīng)用性。

4安全措施

由于水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特殊性，本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。

數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)接入或者移動專網(wǎng)接入，采用公網(wǎng)接入方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，而使用數(shù)據(jù)專線接入時，GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證，整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

（1）APN數(shù)據(jù)專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置APN服務(wù)器，移動終端使用APN數(shù)據(jù)專網(wǎng)，由于采用數(shù)據(jù)專網(wǎng)，服務(wù)器與公網(wǎng)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(jī)號碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍，只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

（3）可以為每個GPRS數(shù)據(jù)傳設(shè)備單獨(dú)配置DTUId號和密碼，通過數(shù)據(jù)中心在其登陸時進(jìn)行應(yīng)用層認(rèn)證，其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的DTUID號和密碼的GPRS的設(shè)備將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

（4）數(shù)據(jù)加密：可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。

（5）網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。

5前景和展望

5.1GPRS的局限性

（1）小區(qū)容量有限。GPRS并不能增加網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存小區(qū)的總?cè)萘?，也就是說，GPRS不能制造資源，它只是能更有效的使用現(xiàn)有的資源。

（2）實(shí)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(diào)制方式還有待改進(jìn)。GPRS的調(diào)制方式是基于GMSK調(diào)制方式，這并不是最好的調(diào)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(tǒng)的演變

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

第一階段把第三代WCDMA-UMTS地接入網(wǎng)UTRAN可以先引入到GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)中，通過互通單元IWU接入第二代移動通信系統(tǒng)中。然后引入3G（UMTS）核心網(wǎng)，第二代、第三代核心網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)，核心網(wǎng)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)互聯(lián)。

6結(jié)語

綜上所述，在水文自動測報中采用GPRS技術(shù)，能及時、完整、準(zhǔn)確地獲取本區(qū)域內(nèi)各水文測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而且費(fèi)用較低。雖然在應(yīng)用過程中，仍存在一定的局限性，但相信，隨著GPRS技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)也會得到不斷完善，基于它的應(yīng)用也會越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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