GPRS環保行業應用

資料來源：[眾山科技] http://www.zstel.com

GPRS DTU在環保行業中的應用方案

 關鍵字：GPRS DTU；GPRS網絡系統；無線網絡通信

環境監測部門作為國家環境保護系統的技術部門，是環境管理工作的重要基礎。隨着市民環境意識的增強，越來越多的人開始關心所處環境質量的好坏，要求環境保護工作透明化；上級主管部門也需要數量大、種類發多、更新快的信息。所有這一切，給環境監測部門提出了一個應引起重視的問題：如何建立起實用性強、覆蓋面廣、靈活性好的環保數據採集系統，滿足各方面對環境監測信息的需求。
    在環保系統中，常常需要對眾多的污染排放點進行實時監測，大部分監測數據需要實時發送到管理中心的后端服務器進行處理。由於監測點分散，分布範圍廣，而且大多設置在環境較惡劣的地區，通過電話線傳送數據往往事倍功半。通過GPRS無線網絡進行數據傳輸，成為環保部門選擇的通信手段之一。污染源監測設備可將採集到的污染數據和告警信息通過GPRS網絡及時發送到環保監測部門，實現對排污單位或個人的及時管理，可以大大提高環保部門的工作效率。

一、項目需求
    某省現已有16個城市的環境監測站及各縣區監測站納入省級監測網，三級以上環境監測站共102個，監測主要對象是工業"三廢"的排放及治理情況及大氣環境、水環境、噪聲環境等。包括：監測14個城市的空氣環境質量現狀，12條主要水系、7個主要湖庫、7個近岸港灣及16個城市飲用水源的水質現狀,9個城市的噪聲污染現狀，並通過綜合指數等方法進行趨勢分析， 得出環境質量結論。
    省環保數據採集系統是一個由污染源排放監測點和監測中心組成的污染源監測系統。該系統可對污染源進行自動采樣、對主要污染因子進行在線監測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量，監測數據自動傳輸到省環保監測中心；由監測中心的計算機進行數據匯總、整理和綜合分析；監測信息傳至省環保局，由省環保局對污染源進行監督管理。
    各污染源排放監測點安裝污染源監測儀，對污染源進行監測。監測中心接收監測點傳輸的監測信息；並負責對監測信息進行分類、篩選和綜合分析。省環保局作為系統的決策中心，對從監測中心站獲得的監測信息進行分析、調研，及時作出管理決策，增加管理力度。
    目前，省環保監測站與各採集點之間的數據通信主要採用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。採用電話線傳輸數據時，由於每次撥號都需要等待，速度慢，而且費用也較高。同時，由於各監控點分布範圍廣、數量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此需申請很多電話線，而且有些監控點有線線路難以到達。
    而GPRS數據傳輸具有速度快、分布範圍廣、使用費用低的特點，其傳輸速度理論上 可達171.2kb/s，實際平均數速度可達30kb/s字節/秒。與有線通訊方式相比，採用GPRS無線通信方式則顯得非常靈活，它具有組網靈活、擴展容易、運行費用低投，維護簡單、性價比高等優點因此，目前正考慮採用GPRS無線傳輸方式解決污染源監測數據的實時傳輸問題。

二、方案優點
    中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建環保信息採集傳輸系統，實現環保信息採集點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設週期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為環保信息採集傳輸系統的數據通信平台。
    GPRS無線環保污染源在線監控系統具備如下特點：
    1、可靠性高：
    與SMS短信息方式相比，GPRS DTU採用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保証數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，並具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電台的多機頻段“碰撞”現象。
    2、實時性強：
    GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，並支持多點同時傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據採集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
    3、監控範圍廣：
    GPRS網絡已經實現全國範圍內覆蓋，並且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由於環保信息採集點數量眾多，分布在全省範圍內，部分環保信息採集點位於偏僻地區，而且地理位置分散。因此採用GPRS網絡是其理想的選擇。

   4、系統建設成本低：
    由於採用GPRS公網平台，無需建設網絡，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。
    5、系統運營成本低：
    採用GPRS公網通信，全國範圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫遊費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。

    6、可對各監測點儀器設備進行控制：
    通過GPRS數據監控中心，可實現對現場設備的遠程控制，例如：遠程開關控制，遠程復位控制，遠程狀態查詢，遠程參數配置，遠程固件升級等。
    7、系統的傳輸容量，擴容性能好：
    環保中心站要和每一個環保信息採集點實現實時連接。由於環保信息採集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由於系統採用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監控中心可輕鬆支持几千個現場採集點的通信接入。
    8、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境：
    雖然與遠在千里的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一台普通GSM手機相當, 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電台小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。

三  解決方案介紹 
    由於GPRS通信是基於IP地址的數據分組通信網絡，因此監測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個數據採集點採用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進行數據通信。
    （一）系統組成
   
    1、環保信息採集點：
    現場監控點通過環保數據採集器自動採集污染源信息，通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，環保數據採集器採集到的數據通過GPRS DTU終端的內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GPRS無線網絡。
    2、監控中心：
    公網接入方案:

服務器採用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據採集應用。
    專網接入方案:

服務器採用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與GPRS網絡相連。由於DDN專線可提供較高的帶寬，當環保信息採集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據採集應用。
    監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后 行AAA認証，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，並進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。
    3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：
    現場監控點採集的數據經GPRS/GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。

（二）系統方案
    各監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中心相連。各污染源數據採集點使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據卡，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記, 並與採集點信息進行關聯，以便識別和維護處理。信息採集中心運行監控系統軟件，實時採集環保信息數據。
    凡省環保局授權的信息採集點均可以使用本系統：
    1、環保信息採集點必須使用移動統一的APN卡，用戶使用本卡只能用於與環保站數據通信功能。
    2、終端設備使用成都眾山科技有限公司提供的GPRS移動數據通信終端。
    3、用戶登記：符合省級環保局的規定。

（三）產品特性
    系統採用ZSD3120 GPRS DTU無線透明數據傳輸終端。產品基於中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站點之間的數據採集和控制。
    1、內置TCP/IP協議棧，針對GPRS網絡優化
    2、提供GPRS無線數據雙向傳輸功能
    3、提供RS232/RS485/RS422接口
    4、符合ETSI GSM Phase 2+標準
    5、支持自動心跳，保持 在線
    6、透明數據傳輸：為用戶的數據設備提供雙向100K大容量數據緩衝區，支持大數據包傳輸
    7、自動撥號連接：DTU上電自動撥號上網、連接網絡，支持用戶端發起命令連接或遠程喚醒連接
    8、提供短信通道，內置Unicode國際編碼轉換表
    9、支持遠程短信/電話喚醒
    10、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能
    11、支持中心為固定IP或動態域名
    12、心跳報告時間間隔用戶可設定
    13、支持點對點、點對多點、多點對多點對等  數據傳輸
    14、支持APN數據專網業務
    15、安裝靈活、使用方便、可靠
    16、支持多數據中心，自動切換
    17、適應低溫和高溫工作環境
    18、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環境應用
    19、復合式看門狗技術，永不當機
    20、整機低功耗技術，在線待機電流<20mA

（四）安全措施
    由於環保數據採集系統的特殊性，本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡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、防火牆等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。 
    數據中心可通過公網接入,或者到移動專網接入，採用公網接入方式成本比較低，企業不用租用專線，而使用數據專線接入時，GPRS數據傳輸設備要經過Radius服務器的認証, 整個數據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絡服務質量。
    1、APN數據專網模式：企業內部網絡中配置APN服務器，移動終端使用APN數據專網，由於採用數據專網,服務器與公網Internet隔離,可以有效避免非法入侵。
    2、用SIM卡的 性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑑別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的範圍,只有屬於指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心採用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
    3、可以為每個GPRS數據傳設備單獨配置 DTU ID號和密碼，通過數據中心在其登陸時進行應用層認証，其他沒有數據中心分配的DTU ID號和密碼的GPRS的設備將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
    4、數據加密：可對整個數據傳送過程進行加密保護。
    5、網絡接入安全鑑定機制：採用防火牆軟件，設置網絡鑑權和安全防範功能，保障系統安全。

四  結論
    數據中心採用有線方式，租用靜態IP目前費用約800~1500元/月。採集點採用GPRS無線方式，流量費用目前有包月制和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.01元-0.03元/KB，而包月制20元/月有1024KB流量，可滿足環保局目前環保數據採集系統的實際數據量，估計日後其費用會逐步降低。
    對於環保局等用戶來說，由於通信費用較低，享受到了實惠。另外，由於接入設備可以移動，當環保觀測站和環保信息採集點搬遷時設備可隨之遷移並可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合於環保採集工作的特點。
    因此, 採用GPRS構建環保數據採集系統，不僅能很好地滿足環保信息採集的需求，而且，做為網絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業務穩定的集團用戶，隨着用戶數量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發展的要求。 

 

    

CDMA煤礦監測應用

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GPRS在煤礦瓦斯濃度監測系統的應用 
  關鍵字：CDMA DTU；GPRS網絡系統；無線網絡通信

一  引言 
    近年來，煤礦礦難事故屢屢發生，造成的原因有很多，其中不少是因為瓦斯爆炸引起的。自2005年二月十五日以來，國內相繼發生五起一次 十人以上瓦斯事故，其中最近發生的山西朔州煤礦瓦斯事故共有六十九人罹難。2005年三月二十一日，召開了全國煤礦安全改造和瓦斯治理工作電視電話會議，要求各地進一步貫徹落實國務院第81次常務會議精神，進一步做好全國煤礦安全改造和瓦斯治理工作，以提高煤礦安全生產保障能力，扭轉煤礦重特大瓦斯事故多發的被動局面。 
    瓦斯爆炸的主要原因是通風不良、存在各種引火源，思想麻痺和管理鬆懈等。當安裝局部通風機位置不當或局部通風機供風不足時，就會加大了煤與瓦斯突出后的瓦斯逆流，高濃度瓦斯會進入大巷新鮮風流，達到爆炸界限，一旦出現引火源，就會發生瓦斯爆炸。這樣，要防止瓦斯爆炸事故的產生，可以通過加強通風設備的管理，加大對瓦斯濃度的監測，嚴格控制各種引火源的產生和提高礦工及管理人員的思想意識等措施來實現。
    傳統煤礦瓦斯監控系統通常分為兩部分：井上部分和井下部分。採用 的GPRS可以在不改變井下部分的前提下，能夠改變井上部分的傳統布線方式，即採用無線傳輸代替有線傳輸，這樣更適合於遠距離數據傳輸。同時，還可以引入一種新的報警功能，可以將危險數據直接發送給有關負責人的手機，從而降低瓦斯爆炸事故的發生。 

二  CDMA簡介 
    CDMA1X是一種新型的移動數據通信業務。CDMA1X是中國聯通在完善優化CDMA網絡建設過程中推出的第2.75代通信技術，它在目前的IS-95 CDMA網絡的基礎上進一步升級了無線接口，使其支持高速補充業務信道，從而可實現高速互聯網接入服務。CDMA1X在傳遞速率、功能方面較GPRS具有突出的技術優勢， CDMA1X 理論速率153.6Kbps，目前實際測試速率為80kbps，超過目前普通有線電話撥號上網的56kbps，是平均30-40kbps的CDMA1X數據傳輸的2-3倍。特別適合像金融交易、遠程監測等行業的通信需求，完全取代過去傳統的有線MODEM、X.25、數傳電台、短信等通信方式。
    CDMA1X無線傳輸數據有以下優勢：
    1）CDMA1X用戶可隨意分布和移動自己的網點，無需擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的網點無需進行拉線、埋線等工作。較光纖或專線系統投資較少，設備安裝方便。
    2）終端價格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價格便宜很多。
    3）CDMA1X資費便宜，計費合理。CDMA1X 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。福利彩票發行業務沒有大數據量的信息傳輸，不必要採用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。CDMA1X還可根據通信的數據量和提供的服務質量進行計費。在CDMA1X網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，並只在傳輸數據時才占用信道並被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
    4）CDMA1X能 地支持頻繁的、少量突髮型數據業務。通信質量穩定可靠，永不掉線。
    5）CDMA1X網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由於CDMA1X網本身就是一個分組型數據網, 支持TCP/IP、X.25協議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網（IP網或X.25網）互通，接入速度僅几秒鐘，快于電路型數據業務。採用TCP/IP協議，較以前的無線數據網絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網絡接入更加直接方便。
    6）覆蓋較好。比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD）而言，其網絡覆蓋是非常好的。

三、解決方案介紹
    傳統的煤礦瓦斯濃度監測系統大體上可以分成兩大部分：井下部分和井上部分。
井下部分主要通過各種現場監測設備（各種傳感器，如風量傳感器、負壓(壓力)傳感器、一氧化碳傳感器和礦用設備開停傳感器等）來採集井下各種氣體的濃度與含量、井下空氣狀況、設備的運轉情況等數據，然後通過現場總線將數據傳輸到井上。在井上，井下傳上的數據通過專線與煤礦安全管理辦公室服務器和更高一級安全主管部門服務器連接。
    服務器上面運行的是監控軟件，上面有井下每一個傳感器的標籤，所顯示的數據通過上傳數據的改變而不斷刷新。同時，監控軟件還可以對這些數據進行匯總、處理、分析和存檔，可以作為相關負責人員決策的重要依據。並且監控軟件具有超標自動報警功能，用來提示工作人員對應設備的故障或現場瓦斯濃度情況，以及時採取措施，避免重大事件的發生。
   
    1、遠程CDMA1X網點：
    在本系統裡面，並不是每一個現場的傳感器都配有一個CDMA  DTU，因為現場的傳感器在井下，它們所採集的數據通過總線的方式集中地上傳到井上。通常現場的傳感器上都帶有串口，這樣井下可以通過RS485總線來進行採集數據的傳輸。當總線上傳到井上時，只需要通過一個RS485/232轉換器就可以直接與DTU進行連接，因為DTU內嵌了完整的TCP/IP協議，為單片機、PLC、各種儀器儀表等設備提供全透明端口數據傳輸模式，直接可以將這些數據傳送給具有固定IP地址的服務器上面。
    2、數據中心：

公網接入方案：服務器採用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據採集應用。
    專網接入方案：服務器採用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與CDMA網絡相連。由於DDN專線可提供較高的帶寬，當信息採集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據採集應用。

（三）產品特性
    系統採用ZSD3220 CDMA DTU無線透明數據傳輸終端。產品基於中國聯通的CDMA網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站點之間的數據採集和控制。
    1、內置TCP/IP協議棧，針對CDMA網絡優化
    2、提供CDMA無線數據雙向傳輸功能
    3、提供RS232/RS485/RS422接口
    4、支持自動心跳，保持 在線
    5、透明數據傳輸：為用戶的數據設備提供雙向100K大容量數據緩衝區，支持大數據包傳輸
    6、自動撥號連接：DTU上電自動撥號上網、連接網絡，支持用戶端發起命令連接或遠程喚醒連接
    7、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能
    8、支持中心為固定IP或動態域名
    9、心跳報告時間間隔用戶可設定
    10、支持點對點、點對多點、多點對多點對等  數據傳輸
    11、支持多數據中心，自動切換
    12、適應低溫和高溫工作環境
    13、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環境應用
    14、復合式看門狗技術，永不當機
    15、整機低功耗技術，在線待機電流<130mA

四、結論

    在傳統煤礦瓦斯監控系統的基礎上，採用CDMA DTU來代替井上部分總線，這樣可以在煤礦瓦斯監控系統的建設過程中改變井上部分數據傳輸方式，不但可以節約大量的硬件成本、運行成本和維護成本，同時也增加了一種新的險情的報告方式，更有利於嚴重事故的及時發現與及時處理。

GPRS路燈監控系統

資料來源：[眾山科技] http://www.zstel.com

GPRS點對點(多點)應用

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GPRS RTU點對點(多點)應用分析
  關鍵字:網絡數傳電台；GPRS點對點通信；無線多點通信

    和傳統的數傳電台一樣，在很多實際應用中，需要設備間直接通訊，使用GPRS網絡之間的點對點通訊比數傳電台擁有更多的優勢，沒有距離限制，不需要主站輪詢子站，主站可以同時接收各個子站的數據等。

                   

使用GPRS進行點對點傳輸需要解決的難題：動態IP問題.
    無論是CMNET接入還是CMWAP接入，使用普通SIM卡接入網絡后都是動態IP地址，即每次撥號的IP地址都是動態分配的，不固定。這就給GPRS設備間直接通訊帶來了前所未有的難題。在成都眾山科技有限公司的GPRS網絡數傳電台GDS310D中，這一問題得到了圓滿的解決，每一個設備都具有一個16位的 ID號，此ID號出廠時保証 ，並且用戶不可修改，子站只需要設置主站的ID號和訪問密碼即可，不需要設置IP地址。
    以上問題解決后，點對點通訊已經沒有任何障礙了，眾山科技的點對點GDS310D採用TCP模式通訊，主站工作于Server模式，子站工作于Client模式，一個主站 支持多達18個子站的連接，通過壓縮串口緩存還可以提供更多的子站支持。
　　主站工作于Server模式，在一個本地端口上偵聽，等待子站的連接，主站不用設置子站的ID號，他接受任何合法子站的連接。主站收到的串口數據會發送給所有與主站建立了連接的子站。主站收到的任何子站的數據都會發送給串口上的用戶設備。
    子站工作于Client模式，需要設置主站的ID號，子站上電后自動會與主站建立TCP連接，並且出現任何異常，子站保証自動重連，永遠在線。
    主站與子站都支持Keepalive保活功能，能夠探測到對端崩潰（如突然斷電），子站探測到主站崩潰，會自動重連，主站探測到任何一個子站崩潰，釋放TCP SOCKET資源，等待子站的連接。

使用成都眾山的GPRS網絡數傳電台GDS310D，用戶只需要購買一張普通手機卡即可，大部分地區的手機卡都是默認開通GPRS功能的，然後就是需要配置DTU參數，大部分參數都採用默認配置即可。用戶需要作為主站使用的GDS310D的“通訊模式”設置為：P2P Server，需要作為子站使用的GDS310D的“通訊模式”設置為：P2P Client，“主站設備編號”參數只有作為子站使用的GDS310D才需要設置，設置為需要訪問的主站GDS310D的本機設備編號。所有主站與子站設置相同的的訪問口令，禁止其他非法子站的訪問。其他串口參數根據用戶設備使用的串口參數配置。

下面為一個主站和一個子站的配置示例，所有子站的配置都完全一樣。
    

GPRS遠程水文監測

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GPRS DTU在遠程水文監測領域的應用案例分析
  關鍵字： GPRS DTU ；GPRS網絡系統；無線網絡通信

隨着我國經濟社會的發展，對水文信息不斷提出新要求，水文 觀測項目和內容不斷增加，對觀測手段和方法以及水文監測技術的研發和應用提出了越來越高的要求；現代電子技術、傳感技術、通信技術和計算機技術的迅速發展，也促進了水文監測技術自動化的發展。
    在水文監測系統中，常常需要對眾多的水位點進行實時監測，大部分監測數據需要實時發送到管理中心的后端服務器進行處理。由於監測點分散，分布範圍廣，而且大多設置在環境較惡劣的地區，通過電話線傳送數據往往事倍功半。通過GPRS無線網絡進行數據傳輸，成為水文部門選擇的通信手段之一。污染源監測設備可將採集到的污染數據和告警信息通過GPRS網絡及時發送到水文監測部門，實現對排污單位或個人的及時管理，可以大大提高水文部門的工作效率。 

一、水文監測自動化技術的應用和發展
    1、 水文監測的範圍與內容：
    水文監測是水文傳感器技術與採集、存儲、傳輸、處理技術的集成。
    監測範圍：江、河、湖泊、水庫、渠道和地下水等水文參數。
    監測內容：水位、流量、流速、降雨（雪）、蒸發、泥沙、冰凌、墒情、水質等。
    2、 人工監測技術存在的問題：
    從水文傳統的人工監測技術分析來看，主要存在以下問題：
    1） 記錄方式以模擬方式為主，就是數字方式記錄的也很難方便的輸入計算機處理；
    2） 據處理基本靠人工處理判斷，費時易錯；
    3） 水文信息的採集、傳輸、處理的實時性和準確性較差，無法適應現代水文的需求。
    因此，要用自動化技術促進水文監測自動化的發展。
    3、 水位的採集和傳輸
    用於自動化監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上，自動監測水位參數。地下水位的監測與地表水相同。

    目前，省水文監測站與各採集點之間的數據通信主要採用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。採用電話線傳輸數據時，由於每次撥號都需要等待，速度慢，而且費用也較高。同時，由於各監控點分布範圍廣、數量多、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，採用GPRS無線通信方式則顯得非常靈活，它具有組網靈活、擴展容易、運行費用低投，維護簡單、性價比高等優點因此，目前正考慮採用GPRS無線傳輸方式解決污染源監測數據的實時傳輸問題。

二、方案優點
    中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建水文信息採集傳輸系統，實現水文信息採集點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設週期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為水文信息採集傳輸系統的數據通信平台。
    GPRS無線水文監控系統具備如下特點：
    1、可靠性高：
    與SMS短信息方式相比，GPRS DTU採用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保証數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，並具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電台的多機頻段“碰撞”現象。
    2、實時性強：
GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，並支持多點同時傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據採集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
    3、監控範圍廣：
    GPRS網絡已經實現全國範圍內覆蓋，並且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由於水文信息採集點數量眾多，分布在全省範圍內，部分水文信息採集點位於偏僻地區，而且地理位置分散。因此採用GPRS網絡是其理想的選擇。

4、系統建設成本低：
由於採用GPRS公網平台，無需建設網絡，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。
    5、系統運營成本低：
    採用GPRS公網通信，全國範圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫遊費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。

6、可對各監測點儀器設備進行遠程控制：
    通過GPRS雙向系統還可實現對儀器設備進行反向控制，如：時間校正、狀態報告、開關等控制功能，並可進行系統遠程在線升級。
    7、系統的傳輸容量，擴容性能好：
    水文監測中心要和每一個水文信息採集點實現實時連接。由於水文信息採集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由於系統採用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監測中心可輕鬆支持几千個現場採集點的通信接入。
    8、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境：
    雖然與遠在千里的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一台普通GSM手機相當, 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電台小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。

三、解決方案介紹：

由於GPRS通信是基於IP地址的數據分組通信網絡，因此監測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個水文數據採集點採用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進行數據通信。
    （一）系統結構
   
    1、水文信息採集點：
    現場監控點通過水文測報機自動採集水文信息，通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，水文測報機採集到的數據通過GPRS DTU終端的內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GPRS無線網絡。
    2、水文中心：
    公網接入方案：服務器採用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據採集應用。
    專網接入方案：服務器採用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與GPRS網絡相連。由於DDN專線可提供較高的帶寬，當環保信息採集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據採集應用。
    監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后 行AAA認証，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，並進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。
    3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：
    水文測報機採集的數據經GPRS/GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。

    （二）系統方案：
    各水文監測點使用成都眾山科技有限公司的ZSD3120 GPRS DTU透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中心相連。各水文監測點的GPRS DTU使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據卡，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記, 並與採集點信息進行關聯，以便識別和維護處理。信息採集中心運行監控系統軟件，實時採集水文信息數據。

凡省水文局授權的信息採集點均可以使用本系統：
    1、水文信息監測點必須使用移動統一的APN卡，用戶使用本卡只能用於與水文站數據中心通信。
    2、終端設備使用成都眾山科技有限公司提供的GPRS移動數據通信終端。
    3、用戶登記：符合省級水文局的規定。

    （三）產品特性
    系統採用ZSD3120 GPRS DTU無線透明數據傳輸終端。產品基於中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站點之間的數據採集和控制。
    1、內置TCP/IP協議棧，針對GPRS網絡優化
    2、提供GPRS無線數據雙向傳輸功能
    3、提供RS232/RS485/RS422接口
    4、符合ETSI GSM Phase 2+標準
    5、支持自動心跳，保持 在線
    6、透明數據傳輸：為用戶的數據設備提供雙向100K大容量數據緩衝區，支持大數據包傳輸
    7、自動撥號連接：DTU上電自動撥號上網、連接網絡，支持用戶端發起命令連接或遠程喚醒連接
    8、提供短信通道，內置Unicode國際編碼轉換表
    9、支持遠程短信/電話喚醒
    10、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能
    11、支持中心為固定IP或動態域名
    12、心跳報告時間間隔用戶可設定
    13、支持點對點、點對多點、多點對多點對等  數據傳輸
    14、支持APN數據專網業務
    15、安裝靈活、使用方便、可靠
    16、支持多數據中心，自動切換
    17、適應低溫和高溫工作環境
    18、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環境應用
    19、復合式看門狗技術，永不當機
    20、整機低功耗技術，在線待機電流<20mA

    （四）安全措施：
    由於水文數據採集系統的特殊性，本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡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、防火牆等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。 
    數據中心可通過公網接入,或者到移動專網接入，採用公網接入方式成本比較低，企業不用租用專線，而使用數據專線接入時，GPRS數據傳輸設備要經過Radius服務器的認証, 整個數據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絡服務質量。
    1、APN數據專網模式：企業內部網絡中配置APN服務器，移動終端使用APN數據專網，由於採用數據專網,服務器與公網Internet隔離,可以有效避免非法入侵。
    2、用SIM卡的 性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑑別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的範圍,只有屬於指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心採用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
    3、可以為每個GPRS數據傳設備單獨配置 DTU ID號和密碼，通過數據中心在其登陸時進行應用層認証，其他沒有數據中心分配的DTU ID號和密碼的GPRS的設備將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
    4、數據加密：可對整個數據傳送過程進行加密保護。
    5、網絡接入安全鑑定機制：採用防火牆軟件，設置網絡鑑權和安全防範功能，保障系統安全。

四、結論：
    數據中心採用有線方式，租用靜態IP目前費用約800~1500元/月。採集點採用GPRS無線方式，流量費用目前有包月制和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.01元-0.03元/KB，而包月制20元/月有1024KB流量，可滿足省水文局目前水文數據採集系統的實際數據量，估計日後其費用會逐步降低。
    對於水文局等用戶來說，由於通信費用較低，享受到了實惠。另外，由於接入設備可以移動，當水文觀測站和水文信息採集點搬遷時設備可隨之遷移並可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合於水文採集工作的特點。
    因此,採用GPRS構建水文數據採集系統，不僅能很好地滿足水文信息採集的需求，而且，做為網絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業務穩定的集團用戶，隨着用戶數量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發展的要求。