GPRS在水文自动测报系统中的应用研究

刘耀峰

（山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001）

GPRS在水文自动测报系统中的应用研究

刘耀峰

（山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001）

水雨情遥测系统是一个采集某一流域或区域内雨量、水位等水雨情信息的实时系统，能实时采集、传输、接收遥测站的水雨情信息。基于对水文观测现状的分析，结合水情自动测报系统的特点，确定了以GPRS为主、短信方式为辅的通讯方式作为上下位机的通信方式。

GPRS；水雨情测报系统；远程通信；信息安全

水雨情遥测系统是当前我国大力推进水利信息化的重要组成部分之一，广泛应用于防汛、流量计量、航道监测等实际工程中。遥测系统的应用提高了观测数据的可靠性、准确性和及时性，将某一流域内的水雨情信息在短时间内传递至信息中心，以便及时进行水雨情预报，减少了水害损失，提高了水资源利用率，产生了较大的社会效益和经济效益。

1 系统介绍

水雨情遥测系统是一个采集某一流域或区域内雨量、水位等水雨情信息的实时系统，能实时采集、传输、接收遥测站的水雨情信息；具有数据监测、纠错等处理功能；能进行水位和雨量联合预报；能可靠地无人值守稳定运行，具有较强的防雷、抗干扰能力；能与本地计算机水雨情局域网共享水雨情信息。通信方式作为该系统的最重要方面之一，在传统的水雨情遥测通信方式中有超短波、短波、卫星，有线拨号等方式，然而这些通信方式常常会受到通信质量、通信条件、通信范围、地理环境、建设成本及运行费用等因素的限制，不能很好地满足实际水雨情数据传输的需要。无线接入以其方便、快捷和廉价的优势，弥补了有线方式的不足。近年来，覆盖全国的GPRS网络已成为一种可持续利用和开发的资源，因而在此基础上开发出满足需求的无线接入产品成为可能。

我国水雨情自动测报技术的开发研制始于20世纪70年代中期，初期主要应用于一些水库。当时受日本应答式机制产品影响较大。我国早期也有过自报式水雨情测报装置，但其设计缺陷较多，误差很大，未能达到实用阶段。90年代，该专业技术发展最快，一些较大的系统相继建成，其中包括赣江、闽江、酉水、澜沧江等。近10年内有更多较小的水雨情自动测报工程建成，发挥了很好的作用。

2 现状分析

从水雨情自动测报系统发展状况来看，技术的发展主要有两方面：一是硬件系统的构建，即所采用的硬件技术，主要由微电子等技术的发展决定。最初的产品由分立式电子元器件等组装而成，随着单片机芯片的出现和发展，单片机在测报系统上得到了广泛应用，更多更新的电子技术应用于测报系统中。二是所采用的通信技术。最初使用较多的是电台、电报或有线电话等，随着数据传输方式的多样化，GSM、卫星通信等技术被广泛使用。

为了能更全面地为全省大水网建设服务，必须尽快全面实现水位、雨量在线监测和报汛自动化，部分水位站实现无人值守。这给报汛自动化提出了更高要求，不仅要维护现有设备的正常运行，而且要利用新技术加强自动报汛能力。针对上述问题，提出一种新的解决方案：基于GPRS技术的水雨情测报系统设计方案，利用ARM技术对数据采集系统进行重新设计，利用公用的GPRS网络进行数据传输。

3 总体结构

根据现阶段我国的国情，水雨情自动测报系统应符合以下要求：操作简单、价格便宜、数据测量准确、自带电源，耗能少，能适应野外工作环境，有抗雷击功能，数据传输可靠，网络建设的成本低。下位机及测量部分应满足上位机除能随时调看当前的水位、流量、雨量数据外，还可根据监测站点的水位值和雨量值变化自动向中心站加报相关数据，实现预警、报警的自动化管理。此外还可将历史数据汇总保存，供日后查看、分析，以便掌握不同时期的水雨情变化情况，真正实现水文工作的信息化、数字化。

水雨情终端内部集成了微处理器、储存器、无线通信模块等，可实现太阳能及铅酸蓄电池两种供电方式的灵活切换，保证系统运行。同时通过无线网络与中心站通信，由水文工作人员通过笔记本等手持设备现场读取固态存储器中保存的水位、雨量等信息。

监控中心通过计算机网络技术、数据库技术和软件平台实现远程监控功能。监控中心存有各监测站点的信息，在系统运行过程中，监控中心可对水雨情终端的运行参数（如水位/雨量的报警限、终端主动发起通讯的时间等）进行设定，并可在计算机上以曲线、图形的方式动态显示监测站点的水位、雨量变化情况，便于水文工作人员对监测点的情况进行观察和分析。

4 远程无线通信实现方案

在水雨情自动测报系统信息网络系统中，通信技术是重要环节之一。遥测的数据传输网络可由有线或无线信道组成。有线信道传输数据的信号质量较好，有条件的地区可优选有线传输。无线信道可以使遥测子站方便地移动，给站点的选择带来了极大便利。采取相应的技术措施后，数据通信质量完全可以满足实际要求。无线通信方式主要有短消息、GPRS、CDMA、卫星通讯等。

短消息业务不用拨号建立连接，是GSM中唯一不用建立端到端业务路径的业务，点对点短消息以任意形式的字母数字串，通过数字控制信道传送。在GSM系统中，点对点短消息的传递与发送由短消息服务中心提供服务，具有收费低廉、不受地域限制的特点。虽然每条容量有限，且具有一定的延时，但可以用于在无GPRS网络或网络覆盖状况不理想情况下的联络，并可以实现将监测系统的一些故障报警信息及时发送到水文工作人员的手机上。

GPRS采用与GSM相同的频段、突发结构、无线调制标准以及TDMA帧结构，信号覆盖很好，目前已达到无盲区覆盖。

GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。适用于间断的、突发性的和频繁的数据传输，同时可提供GSM和GPRS的业务，也可使用IP协议连接到外部数据网。

CDMA技术接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。其系统容量大、频率规划灵活、频带利用率高，但由于该系统处于建设之中，覆盖范围不如GPRS广。

综上所述，短消息和GPRS技术均可被本水雨情自动测报系统所采用。

5 主控制器实现方案

主控制器即微处理器，是水雨情自动测报系统的核心，对测报系统能实现的功能产生决定性影响。在选择微处理器时，一般应从字长、指令的种类和数量、内部寄存器的种类数量、微处理器的速度、中断处理能力及微处理器的外围电路配套等方面来考虑。

6 结语

根据全省现阶段水雨情工作实际发展状况，针对水雨情自动测报系统的设计需求，提出了测报系统的总体设计结构，选择了适应实际情况的主控制器实现方案以及对应的开发平台，分析了短信、GPRS、CDMA、卫星通信四种主要通信技术的应用方案及特点，并由此确定了以GPRS为主、短信方式为辅的通讯方式作为上下位机的通信方式。

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1004-7042（2011）07-0051-02

刘耀峰（1985-），男，2007年毕业于太原科技大学信息管理与信息系统专业，助理工程师。

2011-05-15；

2011-06-18