GPRS在天津水情分中心项目设计中的应用

单丽敏，张 强，蔡 旭

（天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061）

1 常用的几种通信方式

现有的水文遥测通信方式有多种类型，常见的通信传输方式有：超短波、有线电话、卫星、GSM、GPRS等几种。它们在通信质量、适应条件、覆盖范围、地理环境、建设成本及运行费用、实时性等方面各有优缺点。各种传输方式的优缺点见表1。

表1 传输方式对比表

2 GPRS在天津水情分中心中的应用价值

2.1 GPRS简介

GPRS是通用无线分组业务 （General Packet Radio Service）的英文简称，通俗来讲是一项高速数据处理的科技，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务。GPRS是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输网络，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，而且GPRS是根据流量计费的，所以运营费用比GSM方式要低得多。

2.2 GPRS的应用价值

2.2.1 降低系统投资成本

（1）利用GPRS公网进行数据传输，无需再组建专门的通信网络，数据传输距离远的也无需增加中继，网络结构就变得简单。可以节约建设成本和缩短建设周期。

（2）利用GPRS公网传输数据，只需要配置一个GPRS/GSM通信终端模块，数据的传输和传输质量由GPRS网络运营商来保证，这样便于自动测报网络投入使用后的维护和维修工作，节约维护和维修成本及网络的运营成本。

（3）GPRS是按流量计费，通信费用相当低廉。

综合考虑整个系统的投入，利用GPRS实现数据传输，从系统的建设、维护、维修等各个方面节约了成本。

2.2.2 提高系统的稳定性、灵活性、可移植性、可靠性

（1）稳定性。天津水情分中心的水情遥测断面，大多为无人值守站点，地处空旷的野外，因此防雷一直是一个十分头痛的问题。使用GPRS公网传输数据，可以省去了一些常用的通信设备，减少引雷环节，防雷问题也就不会那么突出。

（2）灵活性。由于GPRS通信网络覆盖全市、全国，遥测断面的数目可根据需要扩充。

（3）可靠性。采用GPRS进行数据传输，通信信道的信噪比、误码率等通信的性能指标都可以由GPRS网络的性能指标和通信协议得到保证，免去很多数据传输过程中的数据校验、检错、纠错工作，数据通信的可靠性可以得到提高。

（4）可移植性。除了应用于固定遥测站的水情遥测信息传输外，GPRS/GSM通信技术作为移动通信网络的通信业务之一，在不增加设备的情况，可增加巡测等流动遥测站的信息传输。

3 GPRS在天津水情分中心系统中的应用

3.1 水情分中心系统简介

国家防汛抗旱指挥系统一期工程天津市水情分中心系统是重要的非工程措施的防灾减灾工程。工程的建设将提高水旱灾害信息采集、传输、处理的时效性和准确性，提高防汛抗旱指挥决策的科学性，更充分地发挥水利工程的减灾效益。

该工程涉及天津市的31个中央报汛站，23处雨量观测点、78处水位遥测点，站点遍布天津市的各个角落，覆盖面广，传输距离远近差异大，大多站点远离社会人群，供电系统不稳定。

系统设计要求及时、准确、迅速、数据连续性好。在20min内水雨情信息从遥测断面传至水情分中心。

每个遥测点最多有8组水文数据，数据流量相对较小。

系统组网网络覆盖范围广，布点方便，扩容简单；系统兼容性强，组网简单而迅速；安全性高，维护费用低廉。

3.2 GPRS通信方式的使用原则

3.2.1 部分遥测断面只能提供无线通信环境

天津水情分中心遥测断面大部分处于野外，不具备有线通信的条件。利用GPRS网络的覆盖率高，全市大部分地区均有GPRS信号覆盖的特点。组建GPRS通信信道，覆盖遥测断面。

3.2.2 遥测断面的传输距离分散

天津水情分中心涉及天津市31个中央报汛站，78处水位观测，23处雨量观测，站点遍布天津市各个区县，遥测断面与水情分中心传输距离分散。GPRS网络是覆盖全国、全市的公共网络，利用GPRS传输数据，遥测断面与水情分中心传输距离不受限制。

3.2.3 满足数据实时性要求

在绝大部分时间下，GPRS数据通信的平均整体延时较短，能够满足水文对数据时效性的要求（满足在20min内完成一次全系统实时数据收集、处理和转发的要求）。

3.2.4 满足数据通信速率要求

GPRS DTU与数据中心的数据通信速率一般在60kbps左右，能实现在较短的时间内转发、接收大量数据，数据连续性好。对于系统未来发生大流量数据传输（如，大量提取遥测终端的相关数据），可以节省时间，做到传输及时、数据连续完整。

3.3 GPRS为主信道的组网方式

3.3.1 组建以GPRS为主的混合通信方式

（1）天津水情分中心系统涉及遥测断面分散，数据传输要求连续、及时、可靠，系统兼容性好。依据系统的整体环境分析，在系统组网时采用了混合通信方式。利用GPRS自身稳定可靠、覆盖面较广、网络能力强、不受地域限制的特点，日常以GPRS信道传输为主，GPRS信道出现问题时，230MC、800M、PSTN作为备用信道进行数据传输，以保证数据的时效性和可靠性。

（2）天津市水情分中心采用GPRS信道为主，其他信道为辅的混合通讯组网方式。组建星形数字通信网，形成覆盖天津重点防洪地区的水情信息采集系统。31个中央报汛站采用星形网结构和水情分中心组成广域网。系统采用定时自报、加报和召测兼容的工作体制，多信道自动切换互为备份的技术，半双工的通信方式，串行数据传输方式。实现有人看管、无人值守、自动采集、固态存储、数据自动传输，实现各报汛站的水雨情信息在20min之内及时准确地传到水情分中心。系统集成拓扑结构如图1：

3.3.2 系统运行模式

天津水情分中心系统中水位遥测断面，一路通过GPRS信道与水情分中心直接建立通信链路，一路通过GPRS与附近的中央报汛站建立链路，实时传输采集数据。水位断面还组建了超短波通信方式。当GPRS通信失败后，系统自动切换到超短波方式，将断面数据发送到附近的中央报汛站，中央报汛站再通过PSTN或800M的通信方式，将数据传送到水情分中心，以确保分中心在规定时间内收集到全部断面数据。

中央报汛站组建GPRS、PSTN、800M互为备份的通信信道，即可主动向分中心查询相关数据，也可以接收处理分中心的远程取数指令。

水情分中心数据服务器接收通过GPRS信道发送的断面数据，经合理性检验后存入本地数据库。GPRS信道可实现对断面和中央报汛站的远程管理和远程修改。通过上述可达到三种目的：

（1）可实现遥测断面在同一时刻同时与分中心建立连接，在几分钟内完成所有遥测断面的远程参数的修改。

（2）遥测断面GPRS和SMS可以共用一个传输模块，不增加设备成本。在GPRS网络覆盖不到的区域，可通过SMS方式传输数据，从而提高系统数据畅通率及数据保证度。

（3）当GPRS传输服务不能建立通讯时，系统自动改由PSTN或800M传输水情信息，再增加多条备用传输手段。

4 结语

利用GPRS网络通讯，具有稳定可靠、覆盖面较广、网络能力强、不受地域限制的特点，但由于单一的通讯方式无法保证水情信息的及时准确，需要其他通讯方式的补充，这样就能保证在水情防汛上所需资料能够及时准确地获得，更好地为水情防汛做好准备。

GPRS具有永远在线特点，对遥测站的供电要求较高，但水文上的遥测断面一般地处野外，供电系统不稳定。建议配备具有自动掉电功能的GPRS通信模块，减小功耗。另外，随着GPRS通讯网络在水文自动测报系统建设中的广泛应用，遥测断面的不断扩增，对中心接收端数据网络的带宽提出更高的要求，只有做到互相匹配，才能保证数据后期的传输稳定。

GPRS通信方式在天津水情分中心系统中应用在系统的稳定性、灵活性、可移植性、可靠性，在网络运行成本上都体现了较大的优势，其最大的好处是终端设备体积小，没有引雷部件，不需做防雷处理，不需要架设天线，便于隐蔽性，防盗性能好，具有很广泛的应用价值。

［1］尤克.现代数字移动通信原理及使用技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2001.

［2］天津水情分中心项目建设初步设计报告［R］.2003.

［3］深圳市宏电技术开发有限公司.GPRS/GSM通信技术及软件平台在水利数据遥测中的应用［R］.

［4］成都众山科技有限公司.众山GPRS DTU数传应用基础知识［R］.