GPRS技术在供水工程无线监测系统中的应用

2014-02-21武建徐永兵钱继兵刘艋

水利规划与设计 2014年1期

武建徐永兵钱继兵刘艋

武建徐永兵钱继兵刘艋

(山东省水利勘测设计院山东济南 250013)

联系到无线供水监测系统建设的必要性，对较为成熟的GPRS无线通信技术进行了较为简单的论述，并结合临沂城30万吨供水工程中的实际应用，参照上述技术的特点，分析其在该项目中实施的可行性；最后在确保可行性的前提下对具体方案做出了具体说明，以达到充分利用GPRS无线通信技术，方便数据采集、传输，提高数据安全性，降低运行成本的优点。

供水 GPRS 无线监测

1 建设无线供水监测系统的必要性

由于供水管网地理位置分散，采集、控制功能对稳定性和安全性要求较高。过去通常采用人工抄表、电话报数、现场手动操作的原始调度方法；供水管网中的故障只能靠人工巡检来完成，只能依靠工人的职业操守和责任心。因此，各种弊端显现出来：信息量少，不便于收集，处理效率低等；带来的结果则是调度能力差，无法适应新时期优化调度的要求，尤其遇到爆漏等突发事件，无法立即获取情报。总之只能停留在不缺水或保持正常运行。

随着我国社会经济的快速发展，促使供水监测的信息化程度不断提高，供水监测项目和内容也在不断增加，对监测手段和方法多样化方面提出了越来越多的要求，在现代电子技术、计算机技术以及无线通信技术迅速发展的今天，供水监测技术自动化的发展摆在了我们面前。

建设无线供水监测系统的主要目的是解决上述难题，对分散在各个管网测点的工作状况进行监控和管理，并能够及时采集重要的水量等信息，为城市供水优化调度提供科学的数据依据。无线传输方式有多种，在此，我们根据建设实例讨论目前技术较为成熟且运行成本相对低廉的GPRS技术在无线供水监测系统中的应用。

2 GPRS技术简介

GPRS技术是通用分组无线业务的英文简称，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。其基本原理是，当用户上传或下载互联网数据时，系统利用分组将数据在网络中传送，达到多用户间对网络资源的共享，为用户提供了一种更快捷、方便、便宜、持久的移动上网方式。GPRS是GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，在许多方面都具有显著的优势，主要用于实时性高数据量较大的远程数据传输过程，如环保监测、水文检测、车辆定位系统等领域，具有可靠性高和成本低等优势。

3 临沂城30万m3/d供水工程23

临沂城30万m³/d供水工程引水部分由水源地岸堤水库引水，基本沿临蒙公路穿越蒙阴、沂南、兰山三县区，至新建水厂。供水部分由新建水厂至青年路。

输水段：输水部分由水源地岸堤水库引水，基本沿临蒙公路穿越蒙阴、沂南、兰山三县区，至新建水厂，总长48.8公里。工程设计引水规模为33万m³/d。

供水段：供水部分由新建水厂至青年路，总长约17.2公里。

本实时监测系统分为前端和中心两大部分。前端由传感器部分、传感器变送部分、数据采集部分和数据传输部分组成，中心由数据接收部分、中心软件分析处理系统组成。

4 检测系统组成及工作原理

供水管网远端压力流量监测系统由监测中心、无线GPRS通讯、监测点采集与传输设备和仪表设备组成。

输水段长约48.8公里，起点和终点各设置2个监测点，中间每隔3公里设2个测点（双路管道），另外在界牌、垛庄、双候及青驼四乡镇的分水口各设1个测点，共设36个测点。

供水段长约17.2公里，起点设置2个测点，中间每隔3公里设2个测点，终点设2个监测点，合计14个测点。

取水口设置一台高速智能球和一台固定枪型摄像机及编解码设备，通过无线网桥将信息传输至岸堤水库管理局，再通过广域网将信号传输至水厂。

监测中心设在公司供水中心。硬件部分由两台服务器组成双机热备系统、一台工业控制机、一台交换机、一台带防火墙、一台因特网接入设备和一个GPRS通讯设备组成，服务器做成磁盘镜像系统；软件部分由三维力控组态软件和供水监测应用管理软件组成。

监测中心的服务器与专用交换机相连，专用交换机通过防火墙与ADSL的外网接入设备相连，同时专用交换机与公司局域网连接。这样，局域网内的任何计算机终端均可通过Windows系统的IE浏览器进行WEB方式查询浏览了；服务器的组态软件通过相应的GPRS组件通过中国移动GSM无线网与监测终端的GPRS模块相连，服务器中相应的供水管网监测管理程序则利用组态软件平台完成供水管网远端的监测管理任务，同时通过IIS提供WEB查询浏览服务。

监测中心服务器可以驱动GPRS通信模块向监测点RTU下发初始化信息、配置信息、控制命令，及接收下位机上报的数据及报警信息，同时对采集的压力、流量等数据进行保存、管理，提供查询、统计、报表等功能。

实时数据和历史时间点（段）数据将由WEB站点向分配权限的用于提供不同级别的在线服务，用户通过浏览器登陆WEB可以查看实时数据和历史时间点（段）数据。系统管理员拥有最高权限，可以增加和删除用户，并可以为不同用户授予不同权限。通过该系统的使用，动态掌握输水管线的运行情况，做到心中有数、合理调度、降低了生产成本、提高生产效率及公司的生产管理水平。

5 系统功能

（1）数据的实时监测与处理功能。系统能够以图示和报表的形式实时展现各监测点的数据信息，并可依据用户需求统计、分类和存储测算的最值、均值、累加值等信息。

（2）监测中心具有在线统计分析功能，根据采集的各监测点数据统计分析出供水的运行状态，显示经济负荷、超负荷管段，以及水厂水流的方向、供水低压区、高压区、合格水压区等信息，并用不同的颜色进行区分，以便于进行日常的运行分析管理；

（3）自动超限报警功能。在实测过程中，对监测出超预设值的数据发出提示报警，供管理人员及时采取必要措施。管理人员可定义多种报警级别，组态多种报警方式，例如语音提示、声音和动画提示等。

（4）综合分析各监测点压力、流量的变化曲线，总结出管网供水压力变化调节规律，计算出水厂变频泵的压力目标值，最终实现实时控制变频供水泵目标压力，合理调整管网供水压力，既满足用户用水的需要又达到节能降耗的目标。

（5）监测中心服务器数据库的监测数据，在整个局域网内是共享的，只要被授权就可以通过本机的IE浏览器，通过WEB方式进行查询显示浏览打印，以便于相关部门使用。

（6）自动报表生成功能。可以根据不同的时间生成所需报表供管理人员查询及打印。

6 运行成本

（1）监控中心

目前通信公司申请固定IP地址的ADSL宽带上网，租费约为每月1000元。

（2）监测终端

采集点如果按系统默认值，间隔为5分钟上传一次，若是采用中心轮巡方式，则每次采集数在中国移动计费系统中统计的流量为：10字节（中心命令）+24字节（TCP通讯协议固定的包头）+68字节为（流量、压力数据）+24字节（TCP通讯协议固定的包头）=126字节。

每天数据流量为：126 * 12 * 24 = 36288 bytes；

每月数据流量为： 36288 * 30 =1088.64Kbytes，约等于1M字节；

根据山东移动目前资费标准和计算的流量，GPRS套餐每月交20元，送 1M流量，超过1M字节的流量，按照1K字节1分钱收取费用。

7 结束语

GPRS方案具有成本低、速度快、安全性高、覆盖范围广，极大提高本系统的运行效率；未来实现升级和二次开发相对简单。由于采用先进的数据库管理技术，能够方便数据管理和存储，保证系统的优化和改进，具有良好的扩展和兼容能力。

关于为何不选用更为先进的3G网络服务的原因，首先本系统完成所遵循的效果是智能、经济、易于实现。就目前来看，3G业务在运营成本方面不及GPRS，且由于项目实施阶段3G服务并未达到如GPRS成熟的状态（包括信号强度、覆盖范围、服务质量等）。以开发GSM的短信业务为基础的监控系统已经可以满足本系统的需要，并且更为容易上手，可以作为短期的一个过渡。因此最终选择GPRS服务。

1. 武建,于淼淼，钱继兵. GSM与GPRS技术在水文行业无线监测工作的比较[J].山东水利,2010,(06).

2. 陈琦,丁天怀,李成,王鹏.基于GPRS/GSM的低功耗无线远程测控终端设计[J].清华大学学报(自然科学版)网络.预览,2009,(02).

3. 王祖印,王树海.关于水利信息化管理平台的设计与研究[J].水利天地,2009,(03).

4. 杨斌.基于污水监测系统中GPRS 无线数据传送的应用[J].科技资讯,2008,(23).

5. 刘会娟,郝继飞,赵娟娟,韩琨.GSM与GPRS技术在无线监控系统中的应用比较[J]机械工程与自动化,2009,(04).

6. 陈星,刘利.基于SMS的执行器无线监控终端的设计[J]微计算机信息,2008,(04).

7. 李春晋,张伟.GPRS通信技术在温州水文自动遥测系统中的应用[J].吉林水利,2009,(07).