GPRS技术在白石水库遥测中的应用

刘福林

（辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

水文数据远程传输是自动测报系统中重要的环节，实现远程数据传输的通信手段主要有超短波通信，有线PSTN通信,GSM 通信 (分SMS和GPRS两种方式)，光纤通信以及卫星通信等。近年来，GPRS通信技术在水文自动测报中得到越来越广泛的应用。白石水库水文数据遥测系统充分利用了GPRS能适应全天候工作，传输速度快、安全性高，联网范围广，成本低及可靠的工作性能和广泛的适用性的成熟技术，进行降雨量和水位监测，在水库防洪调度中发挥了重要作用。

1 GPRS技术特点

GPRS是通用分组无线业务General Packet Radio Service的简称，是在GSM全球移动通讯系统上发展出来的一项新的分组数据承载业务。它是一项高速数据处理的科技，能提供短消息和数据通信两大功能。其中由于GPRS短消息具有随时在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广、防雷效果好等特点，特别适合于传输小流量低频度监测数据的应用。白石水库水情分中心充分利用了GPRS能适应全天候工作，传输速度快、安全性高，联网范围广，成本低及可靠的工作性能和广泛的适用性的成熟技术，来进行降雨量和水位监测的。

2 数据遥测系统

白石水库控制流域面积为17 649 km2，总库容16.45亿m3。水情自动测报系统于2000年建成投入使用，由1个中心站，2个中继站、4个水文站、2个水位站、13个雨量站组成，承担白石水库与上游阎王鼻子水库之间的8 167 km2的流域水情测报。整个系统以超短波无线通信形式将上述各站的水情数据自动传送到白石水情分中心，再通过水情预报调度软件处理，完成水情与洪水预报。在白石水库与省防汛办之间由点对点卫星通信。鉴于此套系统费用较高、维护困难、且受邻近电台信号干扰，设备运行6年已趋于老化。2006年委托南京水利水文自动化研究所对遥测系统实施GPRS技术改造，至今已使用近6年时间，该系统自动化程度高，运行可靠、稳定，完全实现了对水、雨情的自动采集、传输和处理。

2.1 系统组成

白石水库是辽宁省9个省直属水库水情分中心之一，实施GPRS通信技术改造后，充分利用GPRS组网优势，对原有水情遥测站点进行了加密，由原来的17个增加到25个，以适应辽宁西部地区降雨不均的特点。每个遥测站由1台YDH—1型遥测终端机 (内含数据采集处理器、GPRS模块、室内天线)、太阳能板、免维护蓄电池、雨量计（坝前遥测站包括水位计）组成（图1）。

2.2 GPRS通信实现

1）GPRS组网及中心、分中心站的数据接入方法。根据水文数据传输应用的特点，移动运营商为用户建立自己的无线VPN专用数据网，遥测站将各项水情数据实时采集后，通过GPRS模块将数据发送到中国移动GPRS网络。GPRS网络将各个遥测站的采集数据，传输到指定的水情分中心站进行数据处理，通过水情调度软件完成对各遥测站的监视控制、水情警戒以及历史曲线显示等功能。

2）虚拟专用网VPN业务实现方式。用户申请了GPRS专用VPN后，根据移动运营商分配给数据中心的网内固定IP地址，数据中心通过无线GPRS Modem与遥测站实现多点对中心的数据通信，远地遥测站根据配置的数据中心网内IP地址与数据中心建立数据通道。数据在自己的VPN专网内进行通讯，外界的终端或节点不能进入，数据安全性好；保证了数据传输的实时性；灵活性高，不需要土建施工。

3）GPRS带宽选定。白石水库水情分中心系统有25个遥测终端，每个站自报遥测数据包为20个字节，单站数据流则为200 bit，25个站为5 kbit，若要求在2 s内全部传送完毕，其占用带宽约为2.5 kbps，若要求在1 s内全部传输完毕，其占用带宽约为5 kbps，小于中心端实际传输带宽。由于水情遥测站点的分布特点，一个基站范围内站点数目非常有限，所以能够有效保证站点数据上传。

4）数据传输方式。各个水情遥测站采集系统所需要的数据，通过数据转换和数据打包后送到GPRS模块，GPRS模块根据实现定义的接入点名称APN连接方式，将打包好的数据增加部分冗余码和校验码转换成适合在无线链路上传送的网络数据包信号，发送到移动公司局端的专用APN后，透明传递到水情分中心。同样，水情分中心可以将命令对远端遥测站的设置参数等传递到遥测站点，从而实现数据远程读取和遥测站工作参数的远程设置。

2.3 中心站

白石水库水文数据遥测系统中心站设置在白石水库水情分中心，中心站的服务器上安装了GPRS数据采集软件和水情信息查询系统，通过读取移动通信外网数据分发服务器通信平台上储存的遥测数据，对遥测站传输的水文数据进行分类、筛选和综合分析，完成对数据的统计、运算、处理，并能自动生成各种报表，具有存储、显示、记录、打印、统计等功能，对处理过的水情信息通过水情网络传输到省水情中心，并监视系统运行状况、对遥测站进行远程监控、定期检查和维护。

2.4 遥测终端

遥测终端机平时处于休眠状态，当某一触发信号（雨量计动作、时钟或定时器到时等）将其唤醒后即进入工作状态。遥测终端机采集雨量、水位等数据后判断是否满足设定的发送条件，若满足，则将数据经GPRS模块发往各中心站，之后重新进入睡眠状态；若不满足，则直接重新进入睡眠状态。遥测终端工作原理如图2所示。

图2 遥测终端工作原理示意图

3 运行与实践

GPRS通信技术在白石水库水文数据遥测系统中的应用，及时为省防和水库调度提供了有效数据，保证了水库水情预报调度的及时性、准确性，为水库的防汛决策提供了技术支持。在系统运行6年来，工作人员通过不断实践总结了如下规律：

1）站点选址。因当时有的站点选址只考虑到雨量站点的组网范围和信号的强弱，未与当地的建设规化相结合，有的站点因住户拆迁或房屋转让需重新建站，因此在系统实施前应切实做好测站选址的论证。

2）传输信号。移动信号强弱对数据传输效果影响较大，有的站点安装后因信号不稳定经常发生数据丢失现象，后来通过与移动运营商协商在附近增加移动基站或站点设备更换信号放大天线，才保证了数据的稳定传输。

3）安放位置。有的站点终端机模块经常发生死机现象，经过检查发现是由于测站终端机安放位置湿度较大，造成设备模块内部出现锈蚀，引起模块死机故障，对设备进行防潮处理后，设备运行稳定。

4）自主性。虽然使用公网免去了自己建设通信网络的困难，而实际使用中公网的故障是水情维护人员无能为力的事情，例如移动的基站出了故障分中心收不到报文，系统管理员就只能等待移动公司的人员进行维修。

5）流量与SIM卡。由于系统数据通讯涉及网络流量费用结算，有的站因故障信息停止指令不能实现，造成数据不停的补报，发生大量的通信费用，因此对来数异常的水情遥测站应及时进行维护。同时使用方应专人跟踪各测站数据通信业务运行情况，以免因SIM卡号过期失效，导致更换新卡增加去现场维护频次。

4 结语

在水库水文数据遥测系统中应用GPRS通信技术的优势，是其信息采集的方便快捷及其造价的低廉，为水情遥测系统建设提供了新的设计方案，解决了通信范围有限、费用高、维护困难等缺点。近年来大部分早期自建遥测系统专用通信网络，逐渐被GPRS通信技术所取代，相信GPRS通信技术在水利行业的应用将愈来愈广泛，GPRS通信技术的大力推进，将带动水利事业的进一步发展。