GPRS技术在白石水库水情自动测报系统中的应用

师宁焉，王宏伟

（1.辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000；2.辽宁省水文水资源勘测局本溪分局，辽宁 本溪 117000）

GPRS技术在白石水库水情自动测报系统中的应用

师宁焉1，王宏伟2

（1.辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000；2.辽宁省水文水资源勘测局本溪分局，辽宁 本溪 117000）

GPRS移动通信技术具有覆盖范围广、网络能力强的特点,克服了传统的专网通信系统费用高，网络覆盖范围和用户数量有限的缺点。白石水库水情遥测系统利用GPRS技术来改造了原有的超短波通信和卫星通信水情遥测系统，既节约了成本,又实现了数据的实时监测。

GPRS技术；水情自动测报系统；应用；白石水库

1 工程概况

白石水库控制流域面积17 649 km2，水情自动测报系统于2000年建成使用，由1个中心站，2个中继站、4个水文站、1个水位站、13个雨量站组成，承担白石水库与上游阎王鼻子水库之间的8 167 km2的流域水情测报。整个系统以超短波无线通信形式将上述各站的水情数据自动传送到白石水情分中心，再通过水情预报调度软件处理，完成水情与洪水预报。在白石水库与辽宁省防汛办之间由点对点卫星通信。由于该系统费用较高、维护困难、受邻近电台干扰较大，且设备运行6年已趋于老化。2006年辽宁省防汛抗旱指挥部为了理顺在辽宁省水情测报与水情信息流程，实现统一规划、统一设备、统一管理的目的，指定白石水库与其它水库一起由南京水利水文自动化研究所对水情遥测系统实施GPRS通信改造。

2 GPRS技术工作特点

GPRS是通用分组无线业务的简称，是在GSM全球移动通讯系统上发展出来的一项新的分组数据承载业务。它是一项高速数据处理的科技，能提供短消息和数据通信两大功能。其中由于GPRS短消息具有随时在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，特别适合于传输小流量低频度监测数据的应用。白石水库水情分中心充分利用了GPRS能适应全天候工作，传输速度快、安全性高，联网范围广，成本低及可靠的工作性能和广泛的适用性的成熟技术，来进行降雨量和水位监测的。

3 白石水库水情遥测系统

3.1 分中心组网形式

辽宁省水情自动测报系统实行三级网络管理：一级管理为省水情中心；二级管理为14个市水情分中心和9个省直属水库水情分中心；三级管理为342个省管水情遥测站、245个市管水情遥测站和9个省直属水库的水情遥测站。白石水库水情分中心是9个省直属水库水情分中心之一，白石水库水情遥测系统实施GPRS通信技术改造后，对原有水情遥测站点进行了加密，由原来的17个增加到25个，以适应辽宁西部地区降雨不均的特点。每个遥测站由1台YDH—1型遥测终端机 (内含数据采集处理器、GPRS模块、室内天线)、太阳能板、免维护蓄电池、雨量计（坝前遥测站包括水位计）组成。

3.2 GPRS组网设计

1）GPRS组网及中心、分中心站的数据接入方法。根据水文数据传输应用的特点，移动运营商为用户建立自己的无线VPN（Virtual Private Network）专用数据网，遥测站将各项水情数据实时采集后通过GPRS模块将数据发送到中国移动GPRS网络。GPRS网络将各个遥测站的采集数据传输到指定的水情分中心站进行数据处理，通过水情调度软件完成对各遥测站的监视控制、水情警戒以及历史曲线显示等功能。

2）虚拟专用网VPN业务实现方式。用户申请了GPRS专用VPN后，根据移动运营商分配给数据中心的网内固定IP地址，数据中心通过无线GPRS Modem与遥测站实现多点对中心的数据通信，远地遥测站根据配置的数据中心网内IP地址与数据中心建立数据通道。数据在自己的VPN专网内进行通讯，外界的终端或节点不能进入，数据安全性好；保证了数据传输的实时性；灵活性高，不需要土建施工。

3）GPRS带宽选定。白石水库水情分中心系统有25个遥测终端，每个站自报遥测数据包为20个字节，单站数据流则为200 bit，25个站为5 kbit，若要求在2秒内全部传送完毕，其占用带宽约为2.5 kbps，若要求在1s内全部传输完毕，其占用带宽约为5 kbps，小于中心端实际传输带宽。由于水情遥测站点的分布特点，一个基站范围内站点数目非常有限，所以能够有效保证站点数据上传。

4）数据传输方式。各个水情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接入点名称APN（Access Point Name）连接方式将打包好的数据增加部分冗余码和校验码转换成适合在无线链路上传送的网络数据包信号，发送到移动公司局端的专用APN后透明传递到水情分中心。同样，水情分中心可以将命令对远端遥测站的设置参数等传递到遥测站点，从而实现数据远程读取和遥测站工作参数的远程设置。

3.3 遥测站的工作原理

遥测终端机平时处于休眠状态，当某一触发信号(雨量计动作、时钟或定时器到时等)将其唤醒后即进入工作状态。遥测终端机采集雨量、水位等数据后判断是否满足设定的发送条件，若满足，则将数据经 GPRS模块发往各中心站，之后重新进入睡眠状态；若不满足，则直接重新进入睡眠状态。遥测站工作原理如图1所示。

图1 遥测站工作原理示意图

4 系统运行中遇到的几个实际问题

白石水情分中心GPRS水情自动测报系统正式投入使用后，及时为省水情中心及水库调度提供了有效数据，保证了水库水情预报调度的及时性、准确性，为水库的防汛决策提供了技术支持，但也出现了如下几个问题：

1）站点选址。因当时有的站点选址只考虑到雨量站点的组网范围和信号的强弱，未与当地的建设规划相结合，有的站点因住户拆迁或房屋转让需重新建站，因此在系统实施前应切实做好测站选址的论证。

2）移动信号强弱对数据传输效果影响较大，有的站点安装后因信号不稳定经常发生数据丢失现象，后来在附近增加移动基站或站点设备更换信号放大天线，才保证了数据的稳定传输。

3）有的站点终端机模块经常发生死机现象，经过检查发现是由于测站湿度较大，造成设备模块内部出现锈蚀，引起模块死机故障。

4）虽然使用公网免去了自己建设通信网络的困难，而实际使用中公网的故障是水情维护人员无能为力的事情，例如移动的基站出了故障分中心收不到报文，系统管理员就只能等待移动公司的人员进行维修。

5）由于系统数据通讯涉及网络流量费用结算，有的站因故障收不到信息停止命令，造成数据不停的补报，发生大量的通信费用，因此对来数异常的水情遥测站应及时进行维护。同时使用方应专人跟踪各测站数据通信业务运行情况，以免因SIM卡号过期失效，导致更换新卡增加去现场维护频次。

5 结语

早期水情遥测系统往往采用自建专用无线通信网或有线通信网来进行数据传输，但这些技术大多存在通信范围有限、费用高、维护困难等缺点。GPRS通信技术和理念为水情遥测系统建设提供了新的解决方案，实践证明在水情自动测报应用方面，GPRS通信与其它的通信方式比较具有很大的优势，相信未来的3G时代，现代通信技术同水利事业相结合的技术发展会更趋明显。

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