技術(shù)頻道

      無線GPRS水文測控方案

      隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展,對水文信息不斷提出新要求,水文觀測項目和內(nèi)容不斷增加,對觀測手段和方法以及水文監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求;現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,也促進了水文監(jiān)測技術(shù)自動化的發(fā)展。
      在水文監(jiān)測系統(tǒng)中,常常需要對眾多的水位點進行實時監(jiān)測,大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進行處理。由于監(jiān)測點分散,分布范圍廣,而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進行數(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)測設(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)送到水文監(jiān)測部門,實現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理,同時可以時時監(jiān)測水質(zhì)情況。可以大大提高水文部門的工作效率。
      一、水文監(jiān)測自動化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
      1、 水文監(jiān)測的范圍與內(nèi)容:
      水文監(jiān)測是水文傳感器技術(shù)與采集、存儲、傳輸、處理技術(shù)的集成。
      監(jiān)測范圍:江、河、湖泊、水庫、渠道和地下水等水文參數(shù)。
      監(jiān)測內(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)測技術(shù)存在的問題:
      從水文傳統(tǒng)的人工監(jiān)測技術(shù)分析來看,主要存在以下問題:
      (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算機處理;
      (2) 據(jù)處理基本靠人工處理判斷,費時費力易錯;
      (3) 水文信息的采集、傳輸、處理的實時性和準(zhǔn)確性較差,無法適應(yīng)現(xiàn)代水文的需求。
      因此,要用自動化技術(shù)促進水文監(jiān)測自動化的發(fā)展。
      3、 水位的采集和傳輸
      用于自動化監(jiān)測的水位傳感器主要有浮子式水位計、壓力式水位計、電子水尺和超聲波水位計等。這些傳感器可以直接接到RTU(Regional Training Unit遠程數(shù)據(jù)單元)上,自動監(jiān)測水位參數(shù)。地下水位的監(jiān)測與地表水相同。
      目前,省水文監(jiān)測站與各采集點之間的數(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,由于每次撥號都需要等待,速度慢,而且費用也較高。同時,由于各監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠,個別點還地處偏僻,因此需申請很多電話線,而且有些監(jiān)控點有線線路難以到達。
      GPRS具有速度快、使用費用低的特點,其傳輸速度可達171.2kb/s。與有線通訊方式相比,采用GPRS無線通信方式則顯得非常靈活,它具有組網(wǎng)靈活、擴展容易、運行費用低投,維護簡單、性價比高等優(yōu)點因此,目前正考慮采用GPRS無線傳輸方式解決污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸問題。
      二、方案優(yōu)點:
      中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建水文信息采集傳輸系統(tǒng),實現(xiàn)水文信息采集點的無線數(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,而且設(shè)備安裝方便、維護簡單。經(jīng)過比較分析,我們選擇中國移動的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。
      GPRS無線水文監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點:
      1、實時性強:
      GPRS具有實時在線特性,系統(tǒng)無時延,無需輪巡就可以同步接收、處理多個或所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)。可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
      2、可對各監(jiān)測點儀器設(shè)備進行遠程控制:
      通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設(shè)備進行反向控制,如:時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)等控制功能,并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。
      3、建設(shè)成本少低:
      由于采用GPRS公網(wǎng)平臺,無需建設(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,擴容無限制,接入地點無限制,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數(shù)量眾多,分布在全省范圍內(nèi),部分水文信息采集點位于偏僻地區(qū),而且地理位置分散。
      5、具有良好的可擴展性:
      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水文信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于水文數(shù)據(jù)信息采集點數(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鳪PRS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:
      每個水文信息采集點每次數(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171.2kbit/s,目前GPRS實際數(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、通信費用低:
      采用包月計費方式,運營成本低。
      三、解決方案介紹:
      (一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
      1、水文信息采集點:采用北京東方訊科技有限公司的CG12 GPRS透明無線數(shù)據(jù)傳輸終端,通過RS232/RS485/TTL與水文設(shè)備采集點連接,接入移動公司為水文局提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對水文信息采集點的接入地點、時間、數(shù)量沒有限制可以隨時增減。可以滿足山區(qū)、偏遠地涂緄厙尤氳男棖蟆?nbsp;
      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,它會根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址來主動訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器,通過代理服務(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接入的每個終端的IP地址和 ID號,當(dāng)主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時,它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應(yīng)的終端,將命令下發(fā)到該終端,終端響應(yīng)后通過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,通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站,即完成了一個應(yīng)答式的通訊流程,當(dāng)水文信息采集點數(shù)量增加,中心不用擴容即可滿足需求。
      3、GSM /GPRS移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò):
      現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理,轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式,通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行傳輸,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,通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各污染源數(shù)據(jù)采集點使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡,同時監(jiān)控中心對各點進行登記,保存相關(guān)資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行監(jiān)控系統(tǒng)軟件,支持24小時實時在線,實現(xiàn)信息采集點24小時傳送采集的水文信息數(shù)據(jù)。
      凡省水文局授權(quán)的信息采集點均可以使用本系統(tǒng):
      1、水位信息采集點必須使用移動統(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移動數(shù)據(jù)通信終端。
      3、用戶登記,符合省級水文局的規(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)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò),提供RS232、RS485、TTL接口,利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng),產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用,如實現(xiàn)信用卡實時認證、POS機的遠程控制維護、遠程業(yè)務(wù)點接入等。在水文信息采集傳輸系統(tǒng)方案中, CG12 GPRS DTU可通過外置或嵌入方式與水文信息采集點設(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、自動撥號連接:CG12-DTU可配置上電自動撥號上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò),同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠程喚醒連接;
      7、短信息備用數(shù)據(jù)通道:在GPRS網(wǎng)絡(luò)無法連接時可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道;
      8、短信息遠程維護功能;
      9、實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接情況,掉線自動重撥功能;
      10、提供主副IP及動態(tài)域名解析;
      11、心跳報告時間間隔用戶可設(shè)定;
      12、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設(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自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán),網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行,即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,系統(tǒng)也不能中斷運行。
      數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動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,移動終端需要安裝具 有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式,客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前,要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護,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公司的GGSN設(shè)備上,這種成本高,安全性高、穩(wěn)定可靠。對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,移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù),用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離,可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護,有效避免非法入侵。
      2、用SIM卡的唯一性:對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權(quán),在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定,劃定用戶可接

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