GPRS网络水情自动测报系统在碗窑水库的应用

唐素娟，毛建峰，汤文

（浙江省江山市碗窑水库管理局大坝管理站，浙江江山324100）

1 工程概况

碗窑水库位于浙江省江山市碗窑乡碗窑村，大坝建在钱塘江源头之一——江山港支流的达河溪上，坝址距江山市区10 km，是一座以灌溉为主，结合供水、发电、防洪等综合利用的大（2）型水利工程。水库系多年调节水库，坝址以上控制流域面积212.5 km2，库区多年平均降雨量1835 mm，多年平均径流深1103 mm，多年平均径流量2.34亿m3，多年平均流量7.434 m3/s，总库容2.228亿m3，正常蓄水位194.24 m（国家85高程基准），相应库容2.08亿m3。

2000年，库区建立了水雨情遥测系统，系统的规模为1∶1∶8，即1个中心站、1个中继站和8个遥测站。中心站设在碗窑水库大坝管理站，中继站设在中路亭，遥测站有5个雨量站（设在大坂、塘源口、白石、下城淤、天井），2个雨量水位站（设在长坑垄、大坝尾），1个水位站（设在碗窑大坝顶）。各遥测站位置见图1。

碗窑水库原有的水文自动测报系统利用超短波电台数话兼容的自报方式工作，即系统工作以遥测站主动报数、中继站自动转发、中心站被动接收的自报方式为主，在安装调试和维护时，系统兼有话路功能。只有当外界参数发生变化时，自报式遥测站才工作，且数据发送完后就立即停止工作，实时性较强。但整个系统运行时间长、电子元件老化，中继站地处偏远山区，经常信道不通畅，导致遥测数据丢失。虽然试图通过增加天线等多种途径解决信道差的问题，但收效甚微。为了彻底解决这一问题，2010年，决定对原有的遥测系统进行升级改造，将原来超短波信道改为以GPRS为主信道、GSM为辅信道的双通道水情遥测系统。该系统目前已投入正常使用。

2 GPRS系统的原理

GPRS（General Packet Radio Service）通用分组无线业务是一种基于数据包的无线通讯服务。理论上它将使通讯速率从56 kbps上升到114 kbps，且支持计算机和移动用户的持续连接。GPRS基于GSM网络，理论上，GPRS数据包通讯服务的花费比电路交换服务所花的费用要少，其通信信道是共享的，仅在需要的时候才有数据包传输产生，因此比使用专用的连接要节省很多资源。GPRS移动用户可以随时访问自己的虚拟专用网络VPN（Virtual Private Network），而不是每次都需要拨号上网，从而为用户提供更加简单的应用服务。

GPRS是按GSM标准定义的封包交换协议，可快速接入数据网络。它在移动终端和网络之间实现了“永远在线”的连接，网络容量只有在实际进行传输时才被占用。

图1 库区遥测站分布示意图Fig.1 Distribution of measuring stations

3 GPRS组网设计

3.1 组网及中心站的GPRS数据接入方法

根据水文数据传输应用的特点，对中国移动提供的GPRS接入方法进行综合分析，考虑到性价比和易用性，系统数据接入选择了在水情分中心采用GPRS无线Modem接入的应用方式，为用户建立自己的无线虚拟VPN[1，2]专用数据网，提供各种速率的高质量、透明数据传输的永久或半永久性专用通讯链路，在远地遥测端，水文数据的传输均通过GPRS无线DDN来实现[3]。无线DDN利用GPRS移动数据通信网络组成的数字数据传输网络，非常适合点多、分散、野外环境条件差的系统。

3.2 数据上传

各个水文遥测站采集系统所需要的数据，通过数据转换和数据打包后送到GPRS模块，GPRS模块根据实现定义的APN（Access Point Name）[4]连接方式将打包好的数据增加部分冗余码和校验码并转换成适合在无线链路上传送的网络数据包信号。移动公司局端的专用APN收到信号后透明传递到水情分中心。

3.3 命令下传

同样，由于是透明传递，水情分中心可以将命令、对远端遥测站的设置参数等透传到遥测站点，从而实现数据远程读取和遥测站工作参数的远程设置。

4 GPRS使用方法

根据GPRS的原理，在遥测站中配置GPRS无线DTU，中心站使用GPRS无线Modem。在有GPRS信号覆盖的地点组网建站，实际使用GPRS进行远程数据传输。遥测站组成框见图2。

图2 遥测站组成框图Fig.2 Structure of the measuring stations

GPRS终端采用符合工业应用标准的GPRS无线DTU/GPRS模块HT7118。

DTU/GPRS通信模块是一款专门为无线数据传输设备开发的无线数据传输协议转换器。DTU/GPRS实现了无线GSM协议栈的转换，与之相连的终端设备无需支持GMS协议处理能力，数据传输时只需通过串口向DTU/GPRS发送串口格式数据，DTU/GPRS会自动地加上GSM无线通信的协议，把串口数据包转换成GSM无线通信的协议数据包，把数据传输到目的主机；同时对方主机通过无线GSM发送过来的数据通过DTU/GPRS协议转换后，也以透明的串口数据方式传回给中心站水情工作站主机。只要提供RS-232接口的设备，都可以通过DTU/GPRS实现无线GSM数据传输。终端设备和DTU/GPRS间交互采用简单的串口包格式，所有的GSM协议都由DTU/GPRS完成转换。通过DTU/GPRS实现无线数据传输功能。

5 硬件设计

硬件系统利用原有的YDH-1A水文遥测终端设备。YDH-1A型遥测数传终端RTU是由微处理器控制的通用设备，由于采用拔插式模板结构而成为分布式的终端类型，根据应用的需要可以组成不同的类型。借助YDH-1A通信控制模板，利用模板上的RS-232硬件接口对GPRS无线DTU模块进行控制，完成数据远程收发任务。

6 升级后系统的功能

（1）正常情况下，实时水情数据通过GPRS信道传输到碗窑水库中心站；在中心站GPRS网络出现故障时，遥测站自动切换到GSM信道，实时水雨情数据通过短消息方式传输到碗窑水库中心站；在中心站GPRS网络恢复后，遥测站能自动将信道切换回GPRS信道。

（2）实时水情信息短信告警和发布功能：自动发送实时水雨情功能；主动查询实时水雨情；水雨情自动告警功能；作为防汛系统内部的公共信息发布平台，可群发、组发送相关通知、通告等信息到相关人员手机上；本系统自成体系，不需要移动公司额外的支持，只需要买张普通的手机卡即可。

（3）系统具备客户端查看功能，安装有水情自动测报系统客户端软件的电脑能够通过internet网实时查询各遥测站点的水雨情信息。

（4）能够和现有的洪水预报软件进行无缝结合，不影响洪水预报软件的使用。

7 结语

升级后的GPRS网络水情自动测报系统实现了水雨情的实时自动监测。改造前的系统采用超短波通讯方式，中路亭中继站更是通讯咽喉，一旦出问题则会导致整个系统瘫痪，不仅维修不方便，还经常造成数据丢失。改造后的系统采用了GPRS模块通讯方式，维护方便快捷，数据传输完整可靠，确保了水雨情信息收集的准确性、及时性和完整性。改造后的系统软件具备客户端查看功能、水雨情信息短信群发功能，方便了相关部门、领导了解水库水雨情信息，在满足水库防洪调度需要的同时，大大提高了工作效率和水库现代化管理水平。■

[1]韩斌杰.GPRS原理及其网络优化[M].北京机械工业出版社.2003.

[2]曹卫,董航飞,李宗宝.GPRS技术在水利监测系统中的应用[J].排灌机械,2007,25(5):40-41.

[3]邵江丽.基于GPRS技术的水情自动测报系统设计[J].华电技术,2009,32(2):24-25.

[4]胡胜利,万晋军.基于GPRS的地下水自动监测系统设计[J].水利水电技术,2011,42(1):89-91.