GPRS通信在桃山水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭 治，于 龍

(黑龍江省桃山水庫(kù)管理處，黑龍江 七臺(tái)河154600)

0 前 言

桃山水庫(kù)位于倭肯河干流中上游七臺(tái)河市，是一座以防洪為主，兼顧城市供水、下游農(nóng)業(yè)灌溉及養(yǎng)魚等綜合性大型水利樞工程［1］。主要擔(dān)任工程要身安全和下游的防洪任務(wù)，通過(guò)該水庫(kù)的調(diào)度，可保障七臺(tái)河市及下游16個(gè)村屯、20 余萬(wàn)人，牡佳鐵路、鶴大公路的安全。

水文數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸是水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ胖饕谐滩ㄍㄐ?，有線PSTN 通信，GSM 通信，光纖通信及衛(wèi)星通信等［2］。

近年來(lái)，GPRS 通信技術(shù)在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)中得到越來(lái)越多廣泛應(yīng)用。

1 GPRS 通信技術(shù)在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)中的特點(diǎn)

GPRS 即通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS 采用分組交換技術(shù)，按流量計(jì)費(fèi)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令。GPRS 傳輸速率大約在40kbps。它是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，能提供短信和數(shù)據(jù)通信兩大功能。

由于GPRS 通信具有隨時(shí)在線、不需撥號(hào)、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣、防雷效果好等特點(diǎn)，特別適用于傳輸量小低頻度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)使用。

桃山水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)改工程中充分利用了GPRS 能適應(yīng)全天候工作，網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣、傳輸速度快、安全性高、運(yùn)行成本低、可靠性強(qiáng)、通信技術(shù)成熟等工作特性和廣泛適用性，來(lái)進(jìn)行雨量及水位監(jiān)測(cè)的改造。

2 基于GPRS 通信技術(shù)的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)構(gòu)成

桃山水庫(kù)集水面積2 043 km2，多年平均徑流量2.86 億m3，多年平均降水500 ～550 mm，校核總庫(kù)容為2.64 億m3，興利總庫(kù)容0.98 億m3［3］。

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)于2001年建成投入使用，根椐庫(kù)區(qū)集水范圍內(nèi)地形、支流情況及水文站網(wǎng)布設(shè)原則，由1個(gè)調(diào)度中心站、1個(gè)中繼站、2個(gè)入庫(kù)水文站、1個(gè)出庫(kù)水文站、16個(gè)單獨(dú)雨量站組成。擔(dān)任水庫(kù)與上游流域水情的自動(dòng)測(cè)報(bào)任務(wù)。

原系統(tǒng)以超短波無(wú)線通信形式對(duì)各水情數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送到水庫(kù)調(diào)度中心，通過(guò)水情預(yù)報(bào)調(diào)度軟件處理，完成水情與洪水預(yù)報(bào)。鑒于此套系統(tǒng)維護(hù)困難、并受其它電臺(tái)信號(hào)干擾，無(wú)數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)機(jī)制［4－5］。

設(shè)備運(yùn)行9 a已趨于老化。2010年對(duì)遙測(cè)系統(tǒng)實(shí)施GPRS 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)改造。至今已運(yùn)行使用4 a，該系統(tǒng)采用多核微處理器技術(shù)，并采用模塊化設(shè)計(jì)方案。

先進(jìn)的多重抗干擾和防護(hù)技術(shù)保證了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)由于采用低功耗設(shè)計(jì)，故降低了系統(tǒng)維護(hù)成本［6－7］。所有遙測(cè)站都能在無(wú)人值守條件下完成工作。

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成包括3個(gè)部分:

1)數(shù)據(jù)采集設(shè)備由雨量傳感器、浮子式水位計(jì)組成。

2)遙測(cè)終端設(shè)備由數(shù)據(jù)采集處理器、GPRS 通信器、太陽(yáng)能板、蓄電池、通訊口等設(shè)備組成。

3)調(diào)度中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)接收器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及水情監(jiān)測(cè)軟件等設(shè)備組成。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式

1)遙測(cè)終端將雨量傳感器接受到的計(jì)量信號(hào)傳換為計(jì)量數(shù)據(jù)，微電腦將數(shù)據(jù)打包后發(fā)到GPRS 模塊，GPRS 模塊將打包好的數(shù)據(jù)增加部分冗余碼和校驗(yàn)碼轉(zhuǎn)換成適合在無(wú)線鏈路上傳送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包信號(hào)，發(fā)送到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)［8－9］。

2)GPRS 模塊中設(shè)置了調(diào)度中心站服務(wù)器的IP地址，通信終端登陸GPRS 網(wǎng)絡(luò)后，自動(dòng)連接到調(diào)度中心，向調(diào)度中心報(bào)告其IP 地址及水文遙測(cè)數(shù)據(jù)，并保持和維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路的連接。GPRS 監(jiān)測(cè)鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，通信終端自動(dòng)重新建立鏈路，數(shù)據(jù)中心和通信終端之間就可以通過(guò)IP 地址，通過(guò)UDPΠIP 協(xié)議進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)透明的可靠數(shù)據(jù)傳輸［10－11］。

2.3 人機(jī)界面

調(diào)度中心的服務(wù)器上安裝GPRS 數(shù)據(jù)采集軟件、GPRS 無(wú)線測(cè)報(bào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和水情信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。服務(wù)器中的GPRS 數(shù)據(jù)采集軟件時(shí)接收讀取GPRS 網(wǎng)絡(luò)分發(fā)的遙測(cè)數(shù)據(jù)。

由GPRS 無(wú)線測(cè)報(bào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)接收來(lái)的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、篩選和綜合分析，然后完成對(duì)水文數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理以及儲(chǔ)存?zhèn)浞莺笞詣?dòng)生成EXCEL 格式的報(bào)表。

處理過(guò)的水文數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中，水情信息監(jiān)測(cè)軟件可直接讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的水文數(shù)據(jù)通過(guò)顯示器顯示出相關(guān)水文信息。

2.4 遙測(cè)終端

遙測(cè)終端在無(wú)工作任務(wù)時(shí)除與網(wǎng)絡(luò)保持連接外其它設(shè)備處于休眠狀態(tài)。當(dāng)雨量計(jì)發(fā)出雨量信息時(shí)，微型處理機(jī)立刻將遙測(cè)終端喚醒進(jìn)入工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集處理器采集雨量、水位等信息，自行判斷是否滿足預(yù)設(shè)的條件。

如滿足預(yù)設(shè)則將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS 模塊發(fā)送到調(diào)度中心站。若不滿足預(yù)設(shè)條件則再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。

3 結(jié) 語(yǔ)

GPRS 模塊發(fā)送水文數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)通信流量，應(yīng)注意雨量站出現(xiàn)故障提示。故障會(huì)造成水文數(shù)據(jù)大量補(bǔ)送，加大的移動(dòng)通信流量而產(chǎn)生大量的通信費(fèi)用。

因此應(yīng)配有專人對(duì)遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行查看維護(hù)。避免SIM 卡號(hào)因欠費(fèi)過(guò)期導(dǎo)致更換新卡加大現(xiàn)場(chǎng)維修次數(shù)所產(chǎn)生的關(guān)相費(fèi)用。

GPRS 通信技術(shù)在水文數(shù)據(jù)遙測(cè)系統(tǒng)中具有信息采集快捷，通信范圍廣，維修費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

相信GPRS 通信技術(shù)會(huì)在水文通信中應(yīng)用愈來(lái)愈廣，也會(huì)帶動(dòng)水利事業(yè)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理發(fā)展目標(biāo)。

［1］杜紀(jì)奎，于龍. 桃山水庫(kù)水文數(shù)據(jù)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的分析［J］.黑龍江水利科技，2012，40(03):328.

［2］馮公偉.GPRS 通信技術(shù)在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 黑龍江水利科技，2014，42(04):166 －167.

［3］王宇航，高廣峰. 水情自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)在桃山水庫(kù)二期工程建設(shè)中的應(yīng)用［J］. 黑龍江水利科技，2010，38(03):105 －107.

［4］劉澤文，王延樂(lè)，華小軍，韓友平.GPRS 通信在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 人民長(zhǎng)江，2013，44(22):34 －35.

［5］劉雙林，鄭念發(fā). 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)新技術(shù)及應(yīng)用［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)［J］.2009(01):42 －44.

［6］黃文輝. 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題及防汛減災(zāi)對(duì)策［J］. 甘肅水利水電技術(shù)，2011，47(05):19 －20.

［7］陸益，李剛. 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中GPRS 通信技術(shù)的應(yīng)用［J］. 黑龍江水利科技，2013，42(11):67 －69.

［8］王吉星. 利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行水情報(bào)汛的應(yīng)用實(shí)踐［J］.水利水文自動(dòng)化，2005(01):14 －17.

［9］陳浙梁.GPRS 通信技術(shù)在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 浙江水利科技，2008(02):21 －23.

［10］熊啟龍，祝林.GPRS 技術(shù)在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 治淮，2013(12):29 －30.

［11］周妍.GPRS 網(wǎng)絡(luò)及在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述［J］. 黑龍江水利科技，2011，39(05):70 －71.