GPRS modemDTU水利水文應(yīng)用

2022-01-11 13:15:29| 來源：網(wǎng)絡(luò)| 次| 0次

一、水文信息采集傳輸與通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)

GPRS modem DTU水利水文應(yīng)用到水文測驗(yàn)的主要任務(wù)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(xiàng)基礎(chǔ)和前期工作，是防汛抗旱的耳目和參謀，其質(zhì)量和精度將直接影響水情信息的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，影響對防汛抗旱決策的科學(xué)性、加強(qiáng)報(bào)汛站測報(bào)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強(qiáng)化水情信息采集、傳輸?shù)墓ぷ鳎岣咚闇y報(bào)質(zhì)量成為當(dāng)務(wù)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(bào)方式、應(yīng)答方式和自報(bào)一應(yīng)答方式，三種工作模式在系統(tǒng)中可同時混合進(jìn)行。

(3)自動采集水位、降水?dāng)?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(xiàng)設(shè)備要符合結(jié)構(gòu)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(yīng)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(shè)備故障告警。

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

(9)能與其它有關(guān)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)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(shè)備無法滿足遙測系統(tǒng)的需要，必須進(jìn)行更新或改造，實(shí)現(xiàn)水文信息的數(shù)字化、自動采集、長期自動存貯以適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字通訊和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用要求。

水文遙測系統(tǒng)的建設(shè);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(wǎng)設(shè)計(jì)

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

①程控電話交換網(wǎng) PSTN 資源。

PSTN ( Public Switchin g Telephone Network )是一種具有適用范圍廣、設(shè)備簡單、高可靠性、組網(wǎng)靈活、成本低、維護(hù)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(diǎn)是：需要系統(tǒng)運(yùn)行通話費(fèi)用，運(yùn)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(shí)時地反映站點(diǎn)的水雨情數(shù)據(jù)。目前各報(bào)汛站均有安裝程控電話的條件。

②無線移動通信 (GPRS 和手機(jī) GMS 短信)資源。

無線移動通信網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定可靠、覆蓋面較廣、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)、通信費(fèi)用低、不受地域限制的優(yōu)點(diǎn)，其最大的好處是設(shè)備體積小;安裝在室內(nèi)，沒有引雷部件，不需要作防雷處理。具體包括：①先進(jìn)性，隨著移動通訊技的發(fā)展，如今已經(jīng)實(shí)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(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，其可靠性相當(dāng)高，信息發(fā)送和接收安全可靠，不會丟失。③實(shí)用性， GSM 作為一個成熟實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)能滿足用戶需求，實(shí)現(xiàn)資源共享，信息交流。④經(jīng)濟(jì)性，首先，采用移動通訊方式在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上不需要投入，也不用租用通信線路、其次，通訊費(fèi)用低， GPRS 只有產(chǎn)生通信流量時才計(jì)費(fèi); GMS 短消息發(fā)送一條信息的費(fèi)用為 0 . 1 元，接收者不收費(fèi)。因此它在水文數(shù)據(jù)傳輸通信方面可以被認(rèn)為是一種首選的通信方式。缺點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限。目前我市中央報(bào)汛站全部處于移動通信覆蓋區(qū)，地方報(bào)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(bào)系統(tǒng)。

該通信方式具有通信質(zhì)量較好設(shè)備簡單、建設(shè)周期短、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。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(zhuǎn)次數(shù)將明顯增加，從而導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)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(shè)、安裝、維護(hù)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(yuǎn)，通信頻帶寬，傳輸容量大;組網(wǎng)機(jī)動靈活，不受地理?xiàng)l件的限制，建站成本及通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是：建站成本及通信使用費(fèi)較高。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，以上四種通信方式在水文測報(bào)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)通信方式需根據(jù)地理環(huán)境條件和實(shí)際需求;在分析論證基礎(chǔ)上，因地制宜地確定。

GPRS modem DTU水利水文應(yīng)用

二、系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

A、信道設(shè)計(jì)

信道是指傳輸信號的媒質(zhì)，是構(gòu)成通信網(wǎng)的基本部分?？茖W(xué)地選擇信道，使信號有效、可靠地傳輸;是通信設(shè)計(jì)的一個基本問題。

根據(jù)目前轄區(qū)內(nèi)可利用的通信資源和現(xiàn)有的實(shí)際情況：有線程控電話可到達(dá)各報(bào)汛站，中央報(bào)汛站和鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地及周邊的地方報(bào)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(dāng)今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢，同時考慮到系統(tǒng)建成后便于運(yùn)行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實(shí)用，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)的可靠性，在本次建設(shè)中，主要利用 INTERNET 公網(wǎng)作為通信信道。總體設(shè)計(jì)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(jìn)行混合組網(wǎng)，配備“雙信道” ，互為備份、預(yù)先設(shè)置通信的優(yōu)先級別，當(dāng)主信道出故障時，自動切換到備用信道;主信道恢復(fù)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(dá)的各報(bào)汛站報(bào)，以無線通信( GPRS 和手機(jī) GSM 短信)為主信道 PSTN 為備份信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;對只有線程控電話的報(bào)汛站，以有線通信 PSTN 為主信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，徹底解決各報(bào)汛站人工報(bào)汛的方式。利用INTERNET公網(wǎng)信道組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：從報(bào)本上避免了自建專用網(wǎng)的維護(hù)、管理工作;出現(xiàn)問題時由郵電系統(tǒng)維護(hù)，還避免了無線通信的同頻干擾問題，傳輸質(zhì)量高;設(shè)備簡單，不要專門配備電源;設(shè)備投資低于其它地面無線信道。所以，本組網(wǎng)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(zhuǎn)次數(shù)將明顯增加，從而導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)增加，系統(tǒng)可靠性下降。因此，本次設(shè)計(jì)不組建超短波網(wǎng)。衛(wèi)星信道由于投資大，設(shè)計(jì)中也不予采用。

B、系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是采用什么樣的形式把每個報(bào)汛站點(diǎn)與分中心連接起來。水情分中心所轄站點(diǎn)地形復(fù)雜。上游河流眾多;站點(diǎn)分布范圍廣;呈扇形分布;通信組網(wǎng)有一定困難。為了完成能在 20 分鐘內(nèi)將下屬報(bào)汛站的水情信息全部傳送到分中心的目標(biāo)，保證系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)本地的實(shí)際情況，將報(bào)汛通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成單一星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)：減少了集合轉(zhuǎn)發(fā)站所需的設(shè)備投資;可以避免當(dāng)集合轉(zhuǎn)發(fā)站出現(xiàn)通信故障時其收集的上游各站信息傳輸產(chǎn)生中斷現(xiàn)象。缺點(diǎn)：由于報(bào)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(yù)報(bào)任務(wù)的各站無法直接獲取所需的水情信息。須通過分中心轉(zhuǎn)送、解決方法是：因報(bào)汛站較多，為保證在 20 分鐘內(nèi)收齊各站信息采用多路接收電話線，通過計(jì)算機(jī)軟件設(shè)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(jīng)濟(jì)，耗時少從根本上避免了眾多報(bào)汛站同時向分中心通信傳輸?shù)膿頂D、碰撞問題。對有預(yù)報(bào)任務(wù)的各站分中心開發(fā)應(yīng)用軟件將所收到的水情信息存放于服務(wù)器，及時向各站發(fā)送或由各報(bào)汛站主動索取調(diào)用。

三、系統(tǒng)工作體制

A、報(bào)汛站工作體制

系統(tǒng)工作體制對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)有重要的影響，當(dāng)前國外自動測報(bào)系統(tǒng)通常采用自報(bào)式、查詢應(yīng)答式、自報(bào)/應(yīng)答兼容式三種工作方式，幾種工作方式的工作過程及特點(diǎn)是：

1、自報(bào)式：

這是一種不受分中心指令控制的工作方式，當(dāng)報(bào)汛站的測量參數(shù)(水位或雨量)發(fā)生一個計(jì)量單位變化時，主動將信息向分中心發(fā)送。其特點(diǎn)是功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時性強(qiáng);能很好反映參數(shù)變化全過程。

2、查詢應(yīng)答式：

在查詢應(yīng)答工作方式下，報(bào)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(dāng)分中心發(fā)出查詢指令時，才將數(shù)據(jù)送出。其特點(diǎn)是控制性好，分中心隨時可向測站索取數(shù)據(jù)。

3、自報(bào)/應(yīng)答兼容式

具有上述兩種方式的特點(diǎn)，既能實(shí)時反映參數(shù)變化全過程，又能〕響應(yīng)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(wǎng)應(yīng)采用查詢應(yīng)答與自報(bào)兼容的方

式。其中報(bào)汛站的自報(bào)功能設(shè)置和暴雨自報(bào)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置由分中心遙測控制;以便使運(yùn)行費(fèi)用降至最低。

B、通信方式

對于報(bào)汛通信網(wǎng)，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(yù)報(bào)任務(wù)的測站而言，需要其上游的信息，這些站點(diǎn)的需求基本要從分中心取得，故通信網(wǎng)內(nèi)信息傳輸方向應(yīng)該是雙向、穩(wěn)定、可靠的。根據(jù)本分中心信道設(shè)計(jì)，采用 GPRS 和 SGMS 短信為主(采用深圳倚天的 GSM/GPRS 設(shè)備)，以有線 PSTN 信道為備份(通用 Modem )。故將報(bào)汛網(wǎng)的通信方式設(shè)計(jì)成雙向應(yīng)答方式。