許 佳

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830002)

基于GPRS技術(shù)的水情自動測報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析

許 佳

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830002)

針對水情測報(bào)的自動化發(fā)展需求，文章利用GPRS技術(shù)完成了一種水情自動測報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、配置、通信、功能等內(nèi)容展開了分析。從系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，利用該系統(tǒng)能夠完成水情信息的及時(shí)、準(zhǔn)確采集和傳輸，可以滿足水情自動測報(bào)的工作要求。

GPRS技術(shù)；水情自動測報(bào)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)運(yùn)行

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)都在引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種信息技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)自動化和信息化發(fā)展。而在水情信息化建設(shè)中，水情自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)也是重要組成部分。通過設(shè)計(jì)水情自動測報(bào)系統(tǒng)，則能完成水情信息的自動采集和傳輸，從而對水情進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，繼而為調(diào)度工作的開展提供支持。因此，相關(guān)人員還應(yīng)加強(qiáng)對水情自動測報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，以便更好的推動水情信息化建設(shè)。

1 GPRS技術(shù)概述

所謂的GPRS技術(shù)，其實(shí)就是無線服務(wù)技術(shù)的英文縮寫，可以對GSM網(wǎng)絡(luò)中為使用的信道進(jìn)行利用，從而進(jìn)行中速數(shù)據(jù)傳遞業(yè)務(wù)的提供。不同于以往的頻道傳輸，GPRS采用封包形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此將以傳輸資料單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用計(jì)算，傳輸速率能夠達(dá)到56-114Kbps。從特點(diǎn)上來看，GPRS技術(shù)屬于SGM系統(tǒng)的一種分組交換技術(shù)，能夠進(jìn)行無線IP連接業(yè)務(wù)的提供，所以可以借助IP0verPPP進(jìn)行遠(yuǎn)程接入。從接入時(shí)間來看，采用該技術(shù)平均2s就能建立一個(gè)連接。此外，應(yīng)用GPRS技術(shù)的用戶始終處于在線狀態(tài)，能夠迅速完成數(shù)據(jù)訪問。因此在小數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)傳輸方面，GPRS技術(shù)具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。

2 基于GPRS技術(shù)的水情自動測報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

某水庫位于河流干流上，為防洪、供水大型水庫，擁有1個(gè)中心站、2個(gè)分中心站和4個(gè)水文站，另外有1個(gè)水位站和13個(gè)雨量站。為實(shí)現(xiàn)水情自動測報(bào)管理，該省對省內(nèi)各水情測報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一改造，利用YDH-1終端機(jī)進(jìn)行雨量和水位遙測，并利用GPRS無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)傳送至分中心站進(jìn)行統(tǒng)一分析。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從水情自動測報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來看，該系統(tǒng)由25個(gè)遙測站、GPRS網(wǎng)絡(luò)、水情中心和水情分中心構(gòu)成。如圖1所示，各遙測站配備有GPRS模塊、YDH-1終端機(jī)、水位傳感器、雨量傳感器、太陽能板和蓄電池。利用蓄電池，則能對太陽能板收集的能量進(jìn)行存儲，然后為終端機(jī)供電。利用傳感器，則能完成雨量和水位信息的自動采集，而終端機(jī)則能完成數(shù)據(jù)的自動存儲，并利用GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[1]。完成數(shù)據(jù)接收后，分中心站會進(jìn)行數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，然后將數(shù)據(jù)傳輸至水情中心。水情中心則會將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)水情調(diào)度。在中心站，也可以完成各站狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對各終端機(jī)參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定。

圖1 水情自動測報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)配置分析

在系統(tǒng)配置上，首先還要做好終端機(jī)的選擇。而使用YDH-1終端機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)遙測，能夠利用微處理器進(jìn)行遠(yuǎn)端設(shè)備的控制和監(jiān)視。作為一種通用設(shè)備，其內(nèi)部擁有固態(tài)存儲器，能夠?qū)⑷晁閿?shù)據(jù)保存下來，并為數(shù)據(jù)的本地和遠(yuǎn)端下載提供支持。同時(shí)，其也能完成數(shù)據(jù)的定時(shí)發(fā)送，工作狀態(tài)較為可靠。在工作制度上，其采用自報(bào)方式，及主動進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送[2]。而在完成數(shù)據(jù)發(fā)送后，其還要等待中心站的回復(fù)，在中心站確認(rèn)信息已經(jīng)接收后，可以進(jìn)行參數(shù)的加載和配置。此外，該種終端機(jī)帶有防干擾功能，能夠采用光電隔離方式進(jìn)行信號干擾的屏蔽，所以能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，并減少雷電對終端機(jī)的破壞。

從網(wǎng)絡(luò)配置上來看，系統(tǒng)采用光纖進(jìn)行各站連接，并且完成了局域網(wǎng)的構(gòu)建。在系統(tǒng)中，分中心為執(zhí)行系統(tǒng)業(yè)務(wù)的主要結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行遙測站各種數(shù)據(jù)的接收、存儲和預(yù)處理，并提供一些輔助決策信息，如供水預(yù)報(bào)等。在網(wǎng)絡(luò)布局上，分中心配置了由分布式多微機(jī)構(gòu)成的局域網(wǎng)，能夠利用服務(wù)器或客戶機(jī)進(jìn)行多路數(shù)據(jù)終端的連接，從而獲得GPRS系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在實(shí)際操作中，分中心使用的是WindowsNTWorkstation4.0操作系統(tǒng)，擁有星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)遵循TCP/IP協(xié)議，使用的軟件為YZJ9000水調(diào)軟件包。

從系統(tǒng)主要設(shè)備配置情況來看，系統(tǒng)采用了塔式服務(wù)器，型號為HPProliantML150G2，可以利用網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[3]。此外，水情中心配置有YSK-1型終端，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，并向指定測站進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。利用該終端，可以進(jìn)行控制命令的發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)對遙測終端的操縱。用于擁有調(diào)制解調(diào)器，該終端還可以進(jìn)行雙路信號接收和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并完成數(shù)據(jù)檢查。除此以外，該終端擁有復(fù)位的功能，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)軟件故障時(shí)進(jìn)行復(fù)位。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信

從系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信上來看，還要完成遙測數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)建。具體來講，就是利用GPRS為遙測站到中心站數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)信道，并利用超短波通信作為備用信道。采用該種組網(wǎng)方式，則能在GPRS信道發(fā)生故障時(shí)確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)能都得到正常傳輸。在實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，遙測站會根據(jù)參數(shù)設(shè)置完成數(shù)據(jù)的定時(shí)發(fā)送，并利用GPRS進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的自動上傳[4]。而在GPRS信道發(fā)生故障時(shí)，遙測站會自動完成信道切換，然后利用備用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在中心站進(jìn)行確認(rèn)信號的發(fā)送后，遙測站則能借助GPRS信道完成信號接收，并結(jié)束該次數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。未得到確認(rèn)信號，遙測站會重新進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

在進(jìn)行系統(tǒng)GPRS信道組網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以在GSM基礎(chǔ)上進(jìn)行空中接口的增設(shè)。采取該種模式，則能使系統(tǒng)具有無線分組交換功能，從而為用戶提供分組IP連接業(yè)務(wù)。該種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是建立在移動分組的基礎(chǔ)上的，需要在GSM系統(tǒng)中進(jìn)行GPRS服務(wù)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和分組控制單元的設(shè)計(jì)，并完成原有系統(tǒng)的軟件升級。采用該種組網(wǎng)方式，能夠使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)保持在線。只要設(shè)備處在開啟狀態(tài)，就能在3s內(nèi)進(jìn)行核心網(wǎng)絡(luò)的登陸，并保持700-3000MS的時(shí)延。由于網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備依然在移動公司的機(jī)房中，所以能夠保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。即便存在信號較弱的位置，也可以通過完成信道自動切換加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸，因此能夠?yàn)橄到y(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。因此從水情自動測報(bào)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)情況來看，采取的是自下而上的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的分級處理[5]。具體來講，就是在在遙測站完成水情數(shù)據(jù)信息收集后，將完成數(shù)據(jù)初步處理，然后利用GPRS信道完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。而系統(tǒng)分中心則可以完成數(shù)據(jù)的接收和控制，并將數(shù)據(jù)上傳至水情中心，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和發(fā)布。

2.5 系統(tǒng)功能分析

從系統(tǒng)功能組成上來看，系統(tǒng)可以進(jìn)行雨水情信息的采集、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，并完成數(shù)據(jù)的預(yù)處理和分析，從而對水情進(jìn)行合理預(yù)測。實(shí)際上，水位等信息的變化具有一定的歷史規(guī)律，所以結(jié)合系統(tǒng)中存儲的歷史數(shù)據(jù)信息能夠?qū)σ欢螘r(shí)間內(nèi)的水情變化進(jìn)行判斷，進(jìn)而為水情工作的開展提供指導(dǎo)[6]。其次，利用系統(tǒng)，可以完成各種水情信息的查詢，并進(jìn)行各種報(bào)表的打印。通過合理進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，則可以利用系統(tǒng)完成特定區(qū)域或整個(gè)監(jiān)測區(qū)域的水情參數(shù)的顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表的打印，從而為相關(guān)工作的開展提供便利。此外，系統(tǒng)還能進(jìn)行不同類型傳感器的接入，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。就目前來看，系統(tǒng)預(yù)留有多個(gè)接口，能夠進(jìn)行防汛指揮系統(tǒng)的連接，以用于實(shí)現(xiàn)防洪指揮[7]。最后，通過合理進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，還可以根據(jù)采集得到的水位和雨情信息進(jìn)行報(bào)警。比如在水位測量值超過預(yù)先設(shè)置的限值時(shí)，系統(tǒng)就可以進(jìn)行報(bào)警信號發(fā)送。

2.6 系統(tǒng)運(yùn)行分析

如表1所示，為系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)將在900/1800MHz頻段內(nèi)工作，并且達(dá)到40kb/s數(shù)據(jù)傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率則不超過10-5，平均無故障時(shí)間為20000小時(shí)。從系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，遙測站每天會在2、8、14、20時(shí)進(jìn)行一次水情信息的報(bào)送，報(bào)送的信息中不僅包含雨量累計(jì)值和當(dāng)前水位等信息，還包含為剩余數(shù)據(jù)等信息。而遙測站會進(jìn)行水位和雨量的實(shí)時(shí)檢測，并在水位在設(shè)定時(shí)間范圍(6min)內(nèi)產(chǎn)生0.5mm變化時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，并進(jìn)行報(bào)警信號的發(fā)送[8]。而在該時(shí)間內(nèi)，如果雨量累計(jì)值超出1mm，系統(tǒng)也會進(jìn)行報(bào)警信號的發(fā)送，并自動進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的上傳。所以，系統(tǒng)雨量分辨力和水位分辨力分別為0.5mm和1mm。從系統(tǒng)通信上來看，其能夠完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，并且數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用較低，同時(shí)能夠完成迅速組網(wǎng)，因此能夠滿足水情自動測報(bào)需求。

表1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

3 結(jié) 論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，采用GPRS進(jìn)行水情自動測報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠完成水情信息的及時(shí)、準(zhǔn)確采集，并且能夠完成數(shù)據(jù)的可靠傳輸，從而為水情測報(bào)工作的開展提供技術(shù)保障。因此，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，GPRS技術(shù)將在水情測報(bào)方面得到更好的應(yīng)用，進(jìn)而有效推動水情測報(bào)工作的自動化發(fā)展。

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1007-7596(2017)06-0041-03

2017-05-16

許佳(1984-)，男，河南許昌人，工程師，從事水利信息管理工作。

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