GPRS modemDTU水利水文應用

        一、 水文信息采集傳輸與通信組網設計

        GPRS modem DTU水利水文應用到水文測驗的主要任務是測定江河湖庫降雨量、水位、流量等水文要素自然變化情況，它是一項基礎和前期工作，是防汛抗旱的耳目和參謀，其質量和精度將直接影響水情信息的實時性和準確性，影響對防汛抗旱決策的科學性、加強報汛站測報基礎設施的建設，強化水情信息采集、傳輸?shù)墓ぷ鳎岣咚闇y報質量成為當務之急。

        1、總體功能要求

        (1)水文分中心正確接收一次所屬全部遙測站的所有水文參數(shù)的時間不超過 20 分鐘，執(zhí)行一次區(qū)域遙測站數(shù)據(jù)采集并完成數(shù)據(jù)傳輸、處理、入庫的時間不超過 20 分鐘。

        (2)工作方式：自報方式、應答方式和自報一應答方式，三種工作模式在系統(tǒng)中可同時混合進行。

        (3)自動采集水位、降水數(shù)據(jù)，定時、適時地傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可長期在站存儲。

        (4)各項設備要符合結構簡單、可靠、低功耗的原則;所有遙測站都能在無人值守的條件下工作。

        (5)能長期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下可靠地工作應避免因分中心站出現(xiàn)故障而丟失水文數(shù)據(jù)。

        (6)系統(tǒng)定時發(fā)送時鐘同步信號，全系統(tǒng)時鐘同步。

        (7)非法數(shù)據(jù)告警及設備故障告警。

        (8)通信暢通率應> 98 %，系統(tǒng)誤碼率小于 6 X 10 ˉ 5 。

        (9)能與其它有關的計算機網絡系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信。

        (10)系統(tǒng) MTBF > 20000 小時。

        (11)俱有可靠的防雷措施。

        (12)采用有線程控電話單站數(shù)據(jù)采集時間應小于 40 秒。

        2、水文信息采集方式

        由于傳統(tǒng)的水位、雨量數(shù)據(jù)采集設備無法滿足遙測系統(tǒng)的需要，必須進行更新或改造，實現(xiàn)水文信息的數(shù)字化、自動采集、長期自動存貯以適應現(xiàn)代數(shù)字通訊和計算機的應用要求。

        水文遙測系統(tǒng)的建設;確定三種信息采集方式：雨量采集方式、水位采集方式、流量采集方式。

        3、系統(tǒng)通信組網設計

        現(xiàn)有通信資源情況轄區(qū)范圍內可利用的通信資源有：

        ①程控電話交換網 PSTN 資源。

        PSTN ( Public Switchin g Telephone Network )是一種具有適用范圍廣、設備簡單、高可靠性、組網靈活、成本低、維護方便等優(yōu)勢的新型通信傳輸手段，是國家防汛指揮系統(tǒng)推薦通信信道之一。其缺點是：需要系統(tǒng)運行通話費用，運行本較高，若增加發(fā)送數(shù)據(jù)間隔時間，則又不能及時實時地反映站點的水雨情數(shù)據(jù)。目前各報汛站均有安裝程控電話的條件。

        ②無線移動通信 (GPRS 和手機 GMS 短信)資源。

        無線移動通信網絡具有穩(wěn)定可靠、覆蓋面較廣、網絡能力強、通信費用低、不受地域限制的優(yōu)點，其最大的好處是設備體積小;安裝在室內，沒有引雷部件，不需要作防雷處理。具體包括：①先進性，隨著移動通訊技的發(fā)展，如今已經實現(xiàn)基于分組的 GPRS 通訊;并且繼續(xù)向 3G 方向發(fā)展。③可靠性，作為商用的電信運營網絡，其可靠性相當高，信息發(fā)送和接收安全可靠，不會丟失。③實用性， GSM 作為一個成熟實用的網絡，已經能滿足用戶需求，實現(xiàn)資源共享，信息交流。④經濟性，首先，采用移動通訊方式在網絡建設上不需要投入，也不用租用通信線路、其次，通訊費用低， GPRS 只有產生通信流量時才計費; GMS 短消息發(fā)送一條信息的費用為 0 . 1 元，接收者不收費。因此它在水文數(shù)據(jù)傳輸通信方面可以被認為是一種首選的通信方式。缺點是：網絡覆蓋范圍有限。目前我市中央報汛站全部處于移動通信覆蓋區(qū)，地方報汛站在鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級及周邊一帶的也可利用移動通信。

        ③超短波資源、 UHF / VHF 頻段超短波是一種地面可視通信 它主要適用于平原丘陵地帶、且中繼站數(shù)目和中繼級數(shù)較少的水又測報系統(tǒng)。

        該通信方式具有通信質量較好 設備簡單、建設周期短、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。但是若在長距離、多高山阻擋情況下使用此種通信方式傳輸水文數(shù)據(jù)，所需中繼站數(shù)目及中轉次數(shù)將明顯增加，從而導致設備費、土建費的增加，系統(tǒng)可靠性下降，中繼站站址交通條件差還會給建設、安裝、維護帶來一定的困難。

        ④衛(wèi)星通信資源。

        衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠，通信頻帶寬，傳輸容量大;組網機動靈活，不受地理條件的限制，建站成本及通信費用與通信距離無關等特點。缺點是：建站成本及通信使用費較高。 隨著現(xiàn)代通信技術的迅速發(fā)展，以上四種通信方式在水文測報系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。本系統(tǒng)通信方式需根據(jù)地理環(huán)境條件和實際需求;在分析論證基礎上，因地制宜地確定。

        二、 系統(tǒng)組網結構

        A、信道設計

        信道是指傳輸信號的媒質，是構成通信網的基本部分?？茖W地選擇信道，使信號有效、可靠地傳輸;是通信設計的一個基本問題。

        根據(jù)目前轄區(qū)內可利用的通信資源和現(xiàn)有的實際情況：有線程控電話可到達各報汛站，中央報汛站和鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地及周邊的地方報汛站均處在移動通信的覆蓋區(qū) 考慮充分利用現(xiàn)有資源和當今通信及網絡技術的發(fā)展趨勢，同時考慮到系統(tǒng)建成后便于運行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實用，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)的可靠性，在本次建設中，主要利用 INTERNET 公網作為通信信道?？傮w設計方案：采用無線移動通信( GPRS 和 GMS 短信)作為主信道、有線通信( PSTN )作為備用信道進行混合組網，配備“雙信道” ，互為備份、預先設置通信的優(yōu)先級別，當主信道出故障時，自動切換到備用信道;主信道恢復正常時，即返回主信道傳輸數(shù)據(jù)、具體方案為：對處在移動通信的覆蓋區(qū)和有線程控電話可到達的各報汛站報，以無線通信( GPRS 和手機 GSM 短信)為主信道 PSTN 為備份信道進行數(shù)據(jù)傳輸;對只有線程控電話的報汛站，以有線通信 PSTN 為主信道進行數(shù)據(jù)傳輸，徹底解決各報汛站人工報汛的方式。利用INTERNET公網信道組網的優(yōu)點是：從報本上避免了自建專用網的維護、管理工作;出現(xiàn)問題時由郵電系統(tǒng)維護，還避免了無線通信的同頻干擾問題，傳輸質量高;設備簡單，不要專門配備電源;設備投資低于其它地面無線信道。所以，本組網方案是可行的，也是可靠的。

        本市范圍廣、多高山阻擋，組建超短波同所需中繼站數(shù)目及中轉次數(shù)將明顯增加，從而導致設備費、土建費增加，系統(tǒng)可靠性下降。因此，本次設計不組建超短波網。衛(wèi)星信道由于投資大，設計中也不予采用。

        B、系統(tǒng)組網結構設計

        網絡結構設計，就是采用什么樣的形式把每個報汛站點與分中心連接起來。 水情分中心所轄站點地形復雜。上游河流眾多;站點分布范圍廣;呈扇形分布;通信組網有一定困難。為了完成能在 20 分鐘內將下屬報汛站的水情信息全部傳送到分中心的目標，保證系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)本地的實際情況，將報汛通信網的結構設計成單一星形網絡結構。整個網絡測站數(shù)據(jù)均由移動通信( GPRS 和 GMS 短信)和 PSTN 信道直接傳送到 ** 中心站。優(yōu)點：減少了集合轉發(fā)站所需的設備投資;可以避免當集合轉發(fā)站出現(xiàn)通信故障時其收集的上游各站信息傳輸產生中斷現(xiàn)象。缺點：由于報汛站數(shù)量較多，全部向分中心直接傳送，致使通信時間延長，須采取延時措施;有預報任務的各站無法直接獲取所需的水情信息。須通過分中心轉送、解決方法是：因報汛站較多，為保證在 20 分鐘內收齊各站信息 采用多路接收電話線，通過計算機軟件設置將各站數(shù)據(jù)傳送按一定時序逐站順序召測，這樣從時間上講最經濟，耗時少 從根本上避免了眾多報汛站同時向分中心通信傳輸?shù)膿頂D、碰撞問題。對有預報任務的各站分中心開發(fā)應用軟件將所收到的水情信息存放于服務器，及時向各站發(fā)送或由各報汛站主動索取調用。

        三、系統(tǒng)工作體制

        A、報汛站工作體制

        系統(tǒng)工作體制對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)有重要的影響，當前國外自動測報系統(tǒng)通常采用自報式、查詢應答式、自報/應答兼容式三種工作方式，幾種工作方式的工作過程及特點是：

        1、自報式：

        這是一種不受分中心指令控制的工作方式，當報汛站的測量參數(shù)(水位或雨量)發(fā)生一個計量單位變化時，主動將信息向分中心發(fā)送。其特點是功耗低、結構簡單、實時性強;能很好反映參數(shù)變化全過程。

        2、查詢應答式：

        在查詢應答工作方式下，報汛站自身能對水文參數(shù)的變化自動采集和存儲，但不主動傳送給分中心。只有當分中心發(fā)出查詢指令時，才將數(shù)據(jù)送出。其特點是控制性好，分中心隨時可向測站索取數(shù)據(jù)。

        3、自報/應答兼容式

        具有上述兩種方式的特點，既能實時反映參數(shù)變化全過程，又能〕響應分中心的查詢。 為考慮山區(qū)局部降暴雨時系統(tǒng)能及時收集雨情信息，系統(tǒng)的有線組網應采用查詢應答與自報兼容的方

        式。其中報汛站的自報功能設置和暴雨自報標準的設置由分中心遙測控制;以便使運行費用降至最低。

        B、通信方式

        對于報汛通信網，分中心從測站取得各類水情信息，這是最基本、最主要的;對有預報任務的測站而言，需要其上游的信息，這些站點的需求基本要從分中心取得，故通信網內信息傳輸方向應該是雙向、穩(wěn)定、可靠的。根據(jù)本分中心信道設計，采用 GPRS 和 SGMS 短信為主(采用深圳倚天的 GSM/GPRS 設備)，以有線 PSTN 信道為備份(通用 Modem )。故將報汛網的通信方式設計成雙向應答方式。

        C、數(shù)據(jù)傳輸方式

        報汛通信網內測站至分中心之間的一次數(shù)據(jù)傳輸為單一信道，決定了用比特形式表示的信息流是以串行方式，每次比特依次在一條信道上傳輸，即數(shù)據(jù)流傳輸采用異步串行的通訊方式。

        (1)對 GPRS 通信，其主要傳輸特性為：

        調制方式：由以大網決定

        傳輸速率：接收速率可達 86 。 20Kbps, 發(fā)送速率可達 21 。 5Kbps 。

        傳遞格式：異步串行。一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位。

        (2)對 GMS 通信 其主要傳輸特性為：

        工作頻段： GSM900 ： TX ： 880-915MH; RX: 925-960MHZ DCS1800 ： TX ： 1710 一 1785MHZ ; RX ： 1805 一 1880MHZ

        接收靈敏度：- 104dbm

        傳輸速率：接收速率可達 85 。 6kbps ，發(fā)送速率可達 21 。 4kbpS

        信息量：限制為 140 個八位組( 7 比特編碼， 140 個字符)

        (3)對有線( PSTN 信道)通信，其主要傳輸特性為：

        調制方式： FSK

        傳輸速率： 1200bps

        傳遞格式：異步串行，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停上位。