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無(wú)線GPRS水文測(cè)控方案

2025China.cn   2007年09月04日
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,對(duì)水文信息不斷提出新要求,水文觀測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容不斷增加,對(duì)觀測(cè)手段和方法以及水文監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來(lái)越高的要求;現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,也促進(jìn)了水文監(jiān)測(cè)技術(shù)自動(dòng)化的發(fā)展。
    在水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,常常需要對(duì)眾多的水位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散,分布范圍廣,而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),通過(guò)電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,成為水文部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測(cè)設(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)發(fā)送到水文監(jiān)測(cè)部門,實(shí)現(xiàn)對(duì)排污單位或個(gè)人的及時(shí)管理,同時(shí)可以時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)情況。可以大大提高水文部門的工作效率。
一、水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
1、 水文監(jiān)測(cè)的范圍與內(nèi)容:
水文監(jiān)測(cè)是水文傳感器技術(shù)與采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理技術(shù)的集成。
監(jiān)測(cè)范圍:江、河、湖泊、水庫(kù)、渠道和地下水等水文參數(shù)。
監(jiān)測(cè)內(nèi)容:水位、流量、流速、降雨(雪)、蒸發(fā)、泥沙、冰凌、墑情、水質(zhì)等。
2、 人工監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題:
從水文傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)技術(shù)分析來(lái)看,主要存在以下問(wèn)題:
(1) 記錄方式以模擬方式為主,就是數(shù)字方式記錄的也很難方便的輸入計(jì)算機(jī)處理;
(2) 據(jù)處理基本靠人工處理判斷,費(fèi)時(shí)費(fèi)力易錯(cuò);
(3) 水文信息的采集、傳輸、處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性較差,無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代水文的需求。
因此,要用自動(dòng)化技術(shù)促進(jìn)水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展。
3、 水位的采集和傳輸
    用于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的水位傳感器主要有浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、電子水尺和超聲波水位計(jì)等。這些傳感器可以直接接到RTU(Regional Training Unit遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)單元)上,自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位參數(shù)。地下水位的監(jiān)測(cè)與地表水相同。
目前,省水文監(jiān)測(cè)站與各采集點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信主要采用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)時(shí),由于每次撥號(hào)都需要等待,速度慢,而且費(fèi)用也較高。同時(shí),由于各監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn),個(gè)別點(diǎn)還地處偏僻,因此需申請(qǐng)很多電話線,而且有些監(jiān)控點(diǎn)有線線路難以到達(dá)。
    GPRS具有速度快、使用費(fèi)用低的特點(diǎn),其傳輸速度可達(dá)171.2kb/s。與有線通訊方式相比,采用GPRS無(wú)線通信方式則顯得非常靈活,它具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、運(yùn)行費(fèi)用低投,維護(hù)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)因此,目前正考慮采用GPRS無(wú)線傳輸方式解決污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題。
二、方案優(yōu)點(diǎn):
    中國(guó)移動(dòng)GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無(wú)線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建水文信息采集傳輸系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)水文信息采集點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),縮短建設(shè)周期,降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn),而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)比較分析,我們選擇中國(guó)移動(dòng)的GPRS系統(tǒng)作為水文信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)。
GPRS無(wú)線水文監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點(diǎn): 
1、實(shí)時(shí)性強(qiáng): 
GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性,系統(tǒng)無(wú)時(shí)延,無(wú)需輪巡就可以同步接收、處理多個(gè)或所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)。可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。 
2、可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制:
通過(guò)GPRS雙向系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行反向控制,如:時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開關(guān)等控制功能,并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級(jí)。
3、建設(shè)成本少低:
由于采用GPRS公網(wǎng)平臺(tái),無(wú)需建設(shè)網(wǎng)絡(luò),只需安裝好設(shè)備就可以,建設(shè)成本低。
4、監(jiān)控范圍廣: 
構(gòu)建水文信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣,擴(kuò)容無(wú)限制,接入地點(diǎn)無(wú)限制,能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于水文信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多,分布在全省范圍內(nèi),部分水文信息采集點(diǎn)位于偏僻地區(qū),而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴(kuò)展性:
由于目前GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū),基本不存在盲區(qū),可實(shí)現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控,滿足水文信息采集傳輸系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)的傳輸容量大:
水文中心站要和每一個(gè)水文信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于水文數(shù)據(jù)信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多,系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?,而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
7、數(shù)據(jù)傳送速率高:
每個(gè)水文信息采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s,目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求。
8、通信費(fèi)用低:
采用包月計(jì)費(fèi)方式,運(yùn)營(yíng)成本低。
三、解決方案介紹:
(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
1、水文信息采集點(diǎn):采用北京東方訊科技有限公司的CG12 GPRS透明無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端,通過(guò)RS232/RS485/TTL與水文設(shè)備采集點(diǎn)連接,接入移動(dòng)公司為水文局提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對(duì)水文信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)、時(shí)間、數(shù)量沒有限制可以隨時(shí)增減??梢詽M足山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。 
2、水文中心站:本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)固定IP, GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后,它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址來(lái)主動(dòng)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器,通過(guò)代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP地址和 ID號(hào),當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí),它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來(lái)找到對(duì)應(yīng)的終端,將命令下發(fā)到該終端,終端響應(yīng)后通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端把 數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口,通過(guò)端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站,即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程,當(dāng)水文信息采集點(diǎn)數(shù)量增加,中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
    
3、GSM /GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò): 
    現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理,轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式,通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。 
(二)系統(tǒng)方案: 
    各監(jiān)控點(diǎn)使用北京東方訊科技有限公司CG12 GPRS DTU透明數(shù)據(jù)傳輸終端,通過(guò)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各污染源數(shù)據(jù)采集點(diǎn)使用移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的STK卡,同時(shí)監(jiān)控中心對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行登記,保存相關(guān)資料以便識(shí)別和維護(hù)處理。各信息采集點(diǎn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件,支持24小時(shí)實(shí)時(shí)在線,實(shí)現(xiàn)信息采集點(diǎn)24小時(shí)傳送采集的水文信息數(shù)據(jù)。
凡省水文局授權(quán)的信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng): 
1、水位信息采集點(diǎn)必須使用移動(dòng)統(tǒng)一的SIM卡,用戶使用本卡只能用于與水文站數(shù)據(jù)通信功能。
2、終端設(shè)備使用北京東方訊科技有限公司提供的GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)通信終端。 
3、用戶登記,符合省級(jí)水文局的規(guī)定。 
(三)產(chǎn)品特性:
    水文信息采集傳輸系統(tǒng)采用CG12 GPRS DTU。產(chǎn)品基于中國(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò),提供RS232、RS485、TTL接口,利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線聯(lián)網(wǎng),產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用,如實(shí)現(xiàn)信用卡實(shí)時(shí)認(rèn)證、POS機(jī)的遠(yuǎn)程控制維護(hù)、遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)點(diǎn)接入等。在水文信息采集傳輸系統(tǒng)方案中, CG12 GPRS DTU可通過(guò)外置或嵌入方式與水文信息采集點(diǎn)設(shè)備連接。
1、支持900/1800/1900MHz三頻GSM/GPRS。 
2、接口: RS232、RS485、TTL。 
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps,實(shí)際傳輸速率40Kbps。  
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng)。 
5、透明數(shù)據(jù)傳輸:CG12-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議,為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道; 
6、自動(dòng)撥號(hào)連接:CG12-DTU可配置上電自動(dòng)撥號(hào)上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò),同時(shí)支持用戶端發(fā)起命令連接或遠(yuǎn)程喚醒連接; 
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道:在GPRS網(wǎng)絡(luò)無(wú)法連接時(shí)可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道; 
8、短信息遠(yuǎn)程維護(hù)功能; 
9、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接情況,掉線自動(dòng)重?fù)芄δ埽?nbsp;
10、提供主副IP及動(dòng)態(tài)域名解析; 
11、心跳報(bào)告時(shí)間間隔用戶可設(shè)定; 
12、數(shù)據(jù)通信幀長(zhǎng)度用戶可設(shè)定; 
13、支持VPN安全功能。  
14、安裝靈活、使用方便、可靠。 
(四)安全措施:
    由于水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特殊性,本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無(wú)意的破環(huán),網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問(wèn)防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行,即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
    數(shù)據(jù)中心可通過(guò)公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng),采用VPN方式成本比較低,企業(yè)不用租用專線,還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備,移動(dòng)終端需要安裝具 有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的軟件。通過(guò)VPN方式,客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前,要經(jīng)過(guò)Radius服務(wù)器的認(rèn)證整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程得到了加密保護(hù),安全性 比較高,可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
    另外,數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式,租用專線接入到移動(dòng)公司的GGSN設(shè)備上,這種成本高,安全性高、穩(wěn)定可靠。對(duì)于安全性要求非常高的系統(tǒng),可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。  
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式:企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器,移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù),用戶通過(guò)接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離,可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù),有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性:對(duì)用戶SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán),在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定,劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的 SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問(wèn)專用APN,移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)中心采用中國(guó)移動(dòng)分配的專門的APN進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入,普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無(wú)法呼叫專門的APN。
3、對(duì)于特定用戶:可通過(guò)數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼, 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無(wú)法登錄進(jìn)入系統(tǒng),系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密:通過(guò)VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制:采用防火墻軟件,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能,保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論:
    采用有線方式,租用靜態(tài)IP目前費(fèi)用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無(wú)線方式,系統(tǒng)流量費(fèi)用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量?jī)煞N收費(fèi)方式,按流量計(jì)算0.03元/K,而包月制20元/月有1024 kBytes流量,可滿足省水文局目前水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)量,估計(jì)日后其費(fèi)用會(huì)逐步降低。對(duì)于水文局等用戶來(lái)說(shuō),由于通信費(fèi)用較低,享受到了實(shí)惠。另外,由于接入設(shè)備可以移動(dòng),當(dāng)水文觀測(cè)站和水文信息采集點(diǎn)搬遷時(shí)設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用,可以保 護(hù)用戶原有投資,適合于水文采集工作的特點(diǎn)。
    采用GPRS構(gòu)建水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),不僅能很好地滿足水文信息采集的需求,而且,做為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)用戶,隨著用戶數(shù)量的增加,移動(dòng)通信公司的營(yíng)收也隨之增加,調(diào)動(dòng)了運(yùn)營(yíng)商的積極性,符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
 
聯(lián)系人:劉先生  
電話:010-88570318
qq:646845038
北京東方訊公司

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