GPRS在水文自动测报系统中的应用

邹源盛

【摘要】随着无线通信技术的发展，GPRS技术已在水利、防汛等领域逐步应用起来，发挥着不可替代的作用。本文介绍了GPRS水文监测的优点，对GPRS系统在水文测报系统中的应用进行了探讨，分析了系统的运行状况，证明了GPRS在水文自动测报系统中应用的可行性。

【关键词】GPRS水文自动测报系统 应用 运行状态 展望

水文数据是水利部门在防汛决策过程中的重要数据，因此，水利部门的防汛决策是否科学合理，关键取决于能否及时、完整、准确地获取本区域内各水文测点的数据。因此，加强水文自动测报基础设施的建设，强化水文信息采集、传输的工作，提高水文测报质量成为当务之急。近年来，GPRS无线通信技术在水文自动测报系统中的应用，就大大提高了水文测报的质量，实现水文信息的数字化、自动采集。

1GPRS的水文监测方案优点

GPRS无线水文监控系统具备如下特点：

1.1可靠性高

与SMS短信息方式相比，GPRSDTU采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

1.2实时性强

GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

1.3监控范围广

GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于水文信息采集点数量众多，部分水文信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。

1.4系统建设成本低

GPRS不是基于传统的电路交换技术，而是基于无线分组交换技术，所谓的分组交换就是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储转发的接力方式通过通信子网传送到目的端，再组装成完整的数据。

1.5可对各监测点仪器设备进行远程控制

通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。

1.6系统的传输容量，扩容性能好

GPRS中心要和每一个水文信息采集点实现实时连接。由于水文信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。

1.7GPRS传输功耗小，适合野外供电环境

与远在千里的数据中心进行双向通信，GPRS数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可，其整体功耗与一台普通GSM手机相当，平均功耗仅为200毫瓦左右，比传统数传电台小得多。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。

2系统组成

采用GPRS无线技术的水情逢动测报系统一般由遥测站、GPRS通信网络和系统中心站组成。

2.1GPRS遥测站

遥测站主要作用是自动完成被测参数的采集，将取得的数据经过预处理后存入存储器，并完成数据传输。遥测站的主设备为PTU（RenoteTerminateunit）和收发信机。PTU主要负责水情参数的自动采集，预处理，存储。收发信机使用GPRS模块来传输数据。PTU将采集到数据按照给定方案通过串口传送给GPRS模块。GPRS模块再将数据通过GPRS网络来传输到中心站。需要说明的是市场上GPRS工业手机模快大致分两种，一种是GPRS模块本身就有内嵌的PPP协议，另一种是GPRS模块本身不支持PPP协议。PTU只要把数据发送模块而不必关心它是如何传输的。

2.2GPRS通信网络

系统采用中国移动公司铺设好的GPRS网络进行数据传输。移动中心通信网关负责将数据转发到中心站数据服务器。

2.3系统中心站

系统中心通过Interne连接移动中心GGSN有透明和非透明两种方工，如果移动运营商作为GPRS运营商的同时，直接作为ISP（Interne服务提供商）提供Interne接入服务，建议采用透明方工，用户接入因特网无须进行认证，由移动用户鉴权替代，这样可加快用户接入速度，减少投资；采用非透明方式接入，GGSN接入Interne要通过进行用户认证。

为了保证数据可靠性和及时性，移动中心GGSN与系统业务处理中心连接方案一般通过专用线路（DDN专线等）采用透明接入方式直接接入系统业务处理中心，专线接入GGSN时（无须参与认证），GPRS网络仅仅作为承载通道，将数据包透明地发往业务处理中心。这种方式需要给业务处理中心分配一个公网IP地址，并在各测站设备GPRS模块目的IP地址和对应的接收端口即可在中心站通过端口映射接收遥测站发送的数据了。

3系统的运行状态分析

该系统已经运行了一段时间，传输信息稳定可靠，实现了设计功能，可以满足水情信息传输的各顶指标要求。

首先，数据传输的准确性高，可以满足水情预报的精确度需求；其次是时效性好。由于GPRS系统的时时在线的特点，水情数据的传输完全是实时的，可以满足在规定时限内收集水情信息的要求；三是可靠性高。只要采集数据的一次仪表运行可靠，数据可及时地发送至传输网络中，因此GPRS系统的运行是十分可靠的，在网络覆盖范围内，基本上可以做到无中断现象；四是系统软件功能强，人机界面清晰简单，可操作性强，给系统管理人员提供了工作的便利，从而大大提高了系统的可应用性。

4安全措施

由于水文数据采集系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

数据中心可通过公网接入或者移动专网接入，采用公网接入方式成本比较低，企业不用租用专线，而使用数据专线接入时，GPRS数据传输设备要经过Radius服务器的认证，整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。

（1）APN数据专网模式：企业内部网络中配置APN服务器，移动终端使用APN数据专网，由于采用数据专网，服务器与公网Internet隔离，可以有效避免非法入侵。

（2）用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围，只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。

（3）可以为每个GPRS数据传设备单独配置DTUId号和密码，通过数据中心在其登陆时进行应用层认证，其他没有数据中心分配的DTUID号和密码的GPRS的设备将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

（4）数据加密：可对整个数据传送过程进行加密保护。

（5）网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。

5前景和展望

5.1GPRS的局限性

（1）小区容量有限。GPRS并不能增加网络现存小区的总容量，也就是说，GPRS不能制造资源，它只是能更有效的使用现有的资源。

（2）实际传输速率和理论值之间存在着较大的差距。

（3）GPRS使用的调制方式还有待改进。GPRS的调制方式是基于GMSK调制方式，这并不是最好的调制方式。

（4）传输时延。GPRS分组通过不同的路径被送到同一目的地，在通过无线连接的传输过程中有可能会丢失或损坏一个或部分分组。

5.2GPRS向第三代移动通信系统的演变

由于GPRS存在一定局限性，为了保证水情信息快速、准确的传输，传输方式向3G的演变是一种必然。大力发展GPRS系统，是向3G过渡的步骤之一。在GSM经过直接过渡到3G的情况下，其核心的演进可以分为两个阶段：

第一阶段把第三代WCDMA-UMTS地接入网UTRAN可以先引入到GSM/GPRS网络中，通过互通单元IWU接入第二代移动通信系统中。然后引入3G（UMTS）核心网，第二代、第三代核心网络混合组网，核心网之间通过网络实现业务互联。

6结语

综上所述，在水文自动测报中采用GPRS技术，能及时、完整、准确地获取本区域内各水文测点的数据，而且费用较低。虽然在应用过程中，仍存在一定的局限性，但相信，随着GPRS技术的不断发展，该技术也会得到不断完善，基于它的应用也会越来越广泛。

参考文献：

[1]刘耀峰.GPRS在水文自动测报系统中的应用研究[J].山西水利.2011年第07期.