浅谈GPRS技术在水文监测领域中的应用

宋佳丽，马明卫

（1.河海大学商学院，南京，211100；2.河海大学水文水资源学院，南京，210098）

1 我国水文监测系统的发展和现状分析

1.1 我国水文监测系统的发展

我们需要加强水利基础设施的建立，并对水资源进行有效的管理。水文监测系统的开发和完善，将提高水资源的利用效率，增强洪涝灾害的预见性。对水利管理和调度，水资源合理开发和利用，防洪抗旱，保障工农业生产等方面都具有十分重要的意义。

水文监测系统在我国防汛工作中的应用己有很多年的历史，伴随着计算机和通信技术的迅速发展，水文监测的数据的传输方式也随之变化。70 年代中至80 年代中期，主要采用国外进口的无线超短波设备进行传输；80 年代中期后，水利部开始鼓励国内研究所和高校自行研发超短波遥测设备。90 年代开始应用包括超短波、卫星、有线公网等传输，但超短波传输一直扮演非常重要的角色。90 年代末期开始，才陆续利用取TERNET 网络技术和GSM 短信方式进行传输，但并没有进行大规模推广。

直到2002 年5 月，中国移动正式推出了商用的GPRS 移动互联网技术，才引发了一场新的革命。GPRS 是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，它能提供端到端的广域的无线口连接。使用者可以通过无处不在的全球移动通信系统，以无线连接的方式，方便、快捷地接入现有的固定IP 网络。相对原来GSM 的拨号方式的电路交换数据传送方式，具有实时和稳定的优点。

1.2 我国水文监测系统的现状分析

我国的水情自动测报系统近年来得到了较大的发展，技术上有了长足的进步，但与目前国际上先进国家的产品相比仍存在差距。主要是：

（l）用于水情自动测报的传感器品种不足，不能扩大应用范围，有些传感器在性能或功能上还不能完全满足要求；

（2）硬件设备的可行性（主要是MTBF 指标）及质量稳定性与国际先进设备相比，还有待进一步提高；

（3）通信手段比较单一，不能满足特殊系统的布网要求；

（4）对新技术与新产品研制力量投入不足，主要是目前多数研制单位往往忙于产品生产或受科研经费的限制而顾不上新产品的研制和更先进技术的应用，因而使新技术储备下降，不利于技术进步。

2 GPRS 通讯技术概述

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称。它是利用分组交换(Packet-Switched)的技术发展出的一种无线传输方式，属于国际上流行的2.5 代移动通信技术。

GPRS 是在原有的GSM 移动通信网络系统基础之上发展起来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供移动分组数据服务。GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA 帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。

由于在GSM 网络中加入了分组交换功能的实体来支持采用分组交换方式的数据传输。所谓分组交换就是将数据分装成许多独立的数据包，再将这些数据包一个一个传送出去，形式上很像寄包裹。每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源得到了有效利用，GPRS 理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约为20～60Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于Internet 连接、数据传输等应用。采用分组交换的好处是在有数据需要传送的时候才会占用频宽，即使用GPRS 技术的用户永远在线且按流量计费，大大降低了通信成本，这对于用户来说是比较合理的。在防汛决策系统中，水情信息的数据传输量不大，但测点所处地理位置偏僻，需要进行频繁、定期的数据传输以保证用户能够及时掌握最新的水情、雨情，从而作出正确的决策，GPRS 技术特别适合间断、突发、频繁少量的数据传输，也适合偶尔的大数据量的传输。因此是实现防汛决策系统的一种理想通信方式。

3 GPRS 水文监控系统特点

（1）相对于GSM 的拨号方式的电路交换数据传输方式，GPRS 是分组交换技术，具有“高速”的优点。GSM 通信网络的数据传输速率低于9.6Kbit/S，GPRS 网络理论上最大传输速率可以达到171.2Kbit/S，净速率可达115Kbit/S。

（2）实时在线，GPRS 用户可以随时在网络上收发数据，不会断线。有数据传送时就在无线信道上发送和接收数据，没有数据传送，终端就进入一种“准休眠”状态，释放所用的无线信道给其他用户使用，这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当用户再次传送时，手机立即向网络请求无线频道用来传送数据，不需频繁拨号，非常适合水文数据的传输。

（3）网络频谱效率高，分组交换意味着仅当用户正在发送或接收数据时GPRS 无线资源才被使用。与将一个无线信道指定给一个移动数据用户相比，它可以同时在几个用户之间共享。这种无线资源的有效使用意味着大量的GPRS 用户可以共享相同的带宽而且由同一个单元提供服务。GPRS 可以使用户以一种动态的和灵活的方式最大可能地利用网络资源。

（4）兼容Internet/Intranet，GPRS 从协议上提供了同IP 网络互通的功能，能够实现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输，GPRS 可以接入基于TCP/IP 协议的外部网络和X.25 网络。用户可以通过GPRS 系统的网关连接到互联网。

（5）GPRS 数据传输是双向的，且可以传输批量数据，对水文应用来说还可以实现固态数据存储无线下载，这一特点是超短波、GSM、有线以及卫星通信所不能替代的。

（6）网络成本不断降低，GPRS 的成本将随着市场的扩大而迅速下降，并且GPRS 可以以高于目前modem 的速率为用户提供数据传输服务，无线数据传输从而有能力与固定网络数据传输在成本和传输速率方面展开竞争。

4 GPRS 在水文监控系统的应用

4.1 GPRS 系统工作流程

基于GPRS 技术的水文自动测报系统的应用是将水情信息形成IP 数据后通过GPRS 网络传输到中心站计算机，从而实现水情信息的实时传输和共享，而系统各遥测站需配置具有GPRS 功能的通信模块和开通GPRS 业务的SIM 卡。目前，此项技术已广泛运用于防汛工作当中，有较高的实用价值，体现出很好的发展前景。系统工作流程是：测站通信模块加电后，自动登录到移动GPRS 网络，然后按规定拨号登录GPRS 移动通信网CMNET，登录成功即表明遥测站与互联网连接成功，就可以采用TCP/IP 协议传输数据。

采用GPRS 传输水文数据的系统一般采用自报式。移动公司给各遥测站的GPRS 通信模块一般只分配动态IP 地址。在中心站需设一台具有申请到固定IP 地址的GPRS 通信模块接收数据，也可以和移动中心之间通过专线连接。当遥测站数量较多时，使用这种结构，有利于降低传输时延。对于数据量小的水情数据传输，使用GPRS 按流量计费方式，有利于降低运行费用。

4.2 GPRS 的安全措施

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，或者到移动专网接入，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。

5 结语

水文监测系统的应用，在很大程度上减少了洪水灾害及损失，同时也对水资源利用等起到了越来越重要的作用。基于GPRS 技术的水文信息监测系统，不仅能够实现在恶劣环境下稳定、高效的运行，完成水文信息的无线数据传输，很好地满足水文信息采集的需求。同时也为水利建设提供了基础数据；为水资源管理提供了依据；为水利工作人员提高了工作效率；为灌区农业增产增收提供了保障。

[1]魏德华,何廷霖,刘占京,等.基于 GPRS 的小流域水情自动测报系统[J].中国农村水利水电,2006,7

[2]何启莲,江显群.海南省GPRS 水情测报系统建设问题探讨[J].水文,2008,28(6)