GPRS技術(shù)在供水工程無線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

武建 徐永兵 錢繼兵 劉艋

GPRS技術(shù)在供水工程無線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

武建 徐永兵 錢繼兵 劉艋

(山東省水利勘測設(shè)計(jì)院 山東濟(jì)南 250013)

聯(lián)系到無線供水監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的必要性，對較為成熟的GPRS無線通信技術(shù)進(jìn)行了較為簡單的論述，并結(jié)合臨沂城30萬噸供水工程中的實(shí)際應(yīng)用，參照上述技術(shù)的特點(diǎn)，分析其在該項(xiàng)目中實(shí)施的可行性；最后在確?？尚行缘那疤嵯聦唧w方案做出了具體說明，以達(dá)到充分利用GPRS無線通信技術(shù)，方便數(shù)據(jù)采集、傳輸，提高數(shù)據(jù)安全性，降低運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)。

供水 GPRS 無線 監(jiān)測

1 建設(shè)無線供水監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

由于供水管網(wǎng)地理位置分散，采集、控制功能對穩(wěn)定性和安全性要求較高。過去通常采用人工抄表、電話報(bào)數(shù)、現(xiàn)場手動操作的原始調(diào)度方法；供水管網(wǎng)中的故障只能靠人工巡檢來完成，只能依靠工人的職業(yè)操守和責(zé)任心。因此，各種弊端顯現(xiàn)出來：信息量少，不便于收集，處理效率低等；帶來的結(jié)果則是調(diào)度能力差，無法適應(yīng)新時期優(yōu)化調(diào)度的要求，尤其遇到爆漏等突發(fā)事件，無法立即獲取情報(bào)?？傊荒芡Ａ粼诓蝗彼虮３终＿\(yùn)行。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促使供水監(jiān)測的信息化程度不斷提高，供水監(jiān)測項(xiàng)目和內(nèi)容也在不斷增加，對監(jiān)測手段和方法多樣化方面提出了越來越多的要求，在現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及無線通信技術(shù)迅速發(fā)展的今天，供水監(jiān)測技術(shù)自動化的發(fā)展擺在了我們面前。

建設(shè)無線供水監(jiān)測系統(tǒng)的主要目的是解決上述難題，對分散在各個管網(wǎng)測點(diǎn)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控和管理，并能夠及時采集重要的水量等信息，為城市供水優(yōu)化調(diào)度提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)。無線傳輸方式有多種，在此，我們根據(jù)建設(shè)實(shí)例討論目前技術(shù)較為成熟且運(yùn)行成本相對低廉的GPRS技術(shù)在無線供水監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 GPRS技術(shù)簡介

GPRS技術(shù)是通用分組無線業(yè)務(wù)的英文簡稱，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。其基本原理是，當(dāng)用戶上傳或下載互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)利用分組將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送，達(dá)到多用戶間對網(wǎng)絡(luò)資源的共享，為用戶提供了一種更快捷、方便、便宜、持久的移動上網(wǎng)方式。GPRS是GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢，主要用于實(shí)時性高數(shù)據(jù)量較大的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸過程，如環(huán)保監(jiān)測、水文檢測、車輛定位系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有可靠性高和成本低等優(yōu)勢。

3 臨沂城30萬m3/d供水工程23

臨沂城30萬m3/d供水工程引水部分由水源地岸堤水庫引水，基本沿臨蒙公路穿越蒙陰、沂南、蘭山三縣區(qū)，至新建水廠。供水部分由新建水廠至青年路。

輸水段：輸水部分由水源地岸堤水庫引水，基本沿臨蒙公路穿越蒙陰、沂南、蘭山三縣區(qū)，至新建水廠，總長48.8公里。工程設(shè)計(jì)引水規(guī)模為33萬m3/d。

供水段：供水部分由新建水廠至青年路，總長約17.2公里。

本實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)分為前端和中心兩大部分。前端由傳感器部分、傳感器變送部分、數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)傳輸部分組成，中心由數(shù)據(jù)接收部分、中心軟件分析處理系統(tǒng)組成。

4 檢測系統(tǒng)組成及工作原理

供水管網(wǎng)遠(yuǎn)端壓力流量監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測中心、無線GPRS通訊、監(jiān)測點(diǎn)采集與傳輸設(shè)備和儀表設(shè)備組成。

輸水段長約48.8公里，起點(diǎn)和終點(diǎn)各設(shè)置2個監(jiān)測點(diǎn)，中間每隔3公里設(shè)2個測點(diǎn)（雙路管道），另外在界牌、垛莊、雙候及青駝四鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分水口各設(shè)1個測點(diǎn)，共設(shè)36個測點(diǎn)。

供水段長約17.2公里，起點(diǎn)設(shè)置2個測點(diǎn)，中間每隔3公里設(shè)2個測點(diǎn)，終點(diǎn)設(shè)2個監(jiān)測點(diǎn)，合計(jì)14個測點(diǎn)。

取水口設(shè)置一臺高速智能球和一臺固定槍型攝像機(jī)及編解碼設(shè)備，通過無線網(wǎng)橋?qū)⑿畔鬏斨涟兜趟畮旃芾砭?，再通過廣域網(wǎng)將信號傳輸至水廠。

監(jiān)測中心設(shè)在公司供水中心。硬件部分由兩臺服務(wù)器組成雙機(jī)熱備系統(tǒng)、一臺工業(yè)控制機(jī)、一臺交換機(jī)、一臺帶防火墻、一臺因特網(wǎng)接入設(shè)備和一個GPRS通訊設(shè)備組成，服務(wù)器做成磁盤鏡像系統(tǒng)；軟件部分由三維力控組態(tài)軟件和供水監(jiān)測應(yīng)用管理軟件組成。

監(jiān)測中心的服務(wù)器與專用交換機(jī)相連，專用交換機(jī)通過防火墻與ADSL的外網(wǎng)接入設(shè)備相連，同時專用交換機(jī)與公司局域網(wǎng)連接。這樣，局域網(wǎng)內(nèi)的任何計(jì)算機(jī)終端均可通過Windows系統(tǒng)的IE瀏覽器進(jìn)行WEB方式查詢?yōu)g覽了；服務(wù)器的組態(tài)軟件通過相應(yīng)的GPRS組件通過中國移動GSM無線網(wǎng)與監(jiān)測終端的GPRS模塊相連，服務(wù)器中相應(yīng)的供水管網(wǎng)監(jiān)測管理程序則利用組態(tài)軟件平臺完成供水管網(wǎng)遠(yuǎn)端的監(jiān)測管理任務(wù)，同時通過IIS提供WEB查詢?yōu)g覽服務(wù)。

監(jiān)測中心服務(wù)器可以驅(qū)動GPRS通信模塊向監(jiān)測點(diǎn)RTU下發(fā)初始化信息、配置信息、控制命令，及接收下位機(jī)上報(bào)的數(shù)據(jù)及報(bào)警信息，同時對采集的壓力、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、管理，提供查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等功能。

實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史時間點(diǎn)（段）數(shù)據(jù)將由WEB站點(diǎn)向分配權(quán)限的用于提供不同級別的在線服務(wù)，用戶通過瀏覽器登陸WEB可以查看實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史時間點(diǎn)（段）數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員擁有最高權(quán)限，可以增加和刪除用戶，并可以為不同用戶授予不同權(quán)限。通過該系統(tǒng)的使用，動態(tài)掌握輸水管線的運(yùn)行情況，做到心中有數(shù)、合理調(diào)度、降低了生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率及公司的生產(chǎn)管理水平。

5 系統(tǒng)功能

（1）數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測與處理功能。系統(tǒng)能夠以圖示和報(bào)表的形式實(shí)時展現(xiàn)各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并可依據(jù)用戶需求統(tǒng)計(jì)、分類和存儲測算的最值、均值、累加值等信息。

（2）監(jiān)測中心具有在線統(tǒng)計(jì)分析功能，根據(jù)采集的各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析出供水的運(yùn)行狀態(tài) ，顯示經(jīng)濟(jì)負(fù)荷、超負(fù)荷管段，以及水廠水流的方向、供水低壓區(qū)、高壓區(qū)、合格水壓區(qū)等信息，并用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，以便于進(jìn)行日常的運(yùn)行分析管理；

（3）自動超限報(bào)警功能。在實(shí)測過程中，對監(jiān)測出超預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)發(fā)出提示報(bào)警，供管理人員及時采取必要措施。管理人員可定義多種報(bào)警級別，組態(tài)多種報(bào)警方式，例如語音提示、聲音和動畫提示等。

（4）綜合分析各監(jiān)測點(diǎn)壓力、流量的變化曲線，總結(jié)出管網(wǎng)供水壓力變化調(diào)節(jié)規(guī)律，計(jì)算出水廠變頻泵的壓力目標(biāo)值，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制變頻供水泵目標(biāo)壓力，合理調(diào)整管網(wǎng)供水壓力，既滿足用戶用水的需要又達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

（5）監(jiān)測中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在整個局域網(wǎng)內(nèi)是共享的，只要被授權(quán)就可以通過本機(jī)的IE瀏覽器，通過WEB方式進(jìn)行查詢顯示瀏覽打印，以便于相關(guān)部門使用。

（6）自動報(bào)表生成功能?？梢愿鶕?jù)不同的時間生成所需報(bào)表供管理人員查詢及打印。

6 運(yùn)行成本

（1）監(jiān)控中心

目前通信公司申請固定IP地址的ADSL寬帶上網(wǎng)，租費(fèi)約為每月1000元。

（2）監(jiān)測終端

采集點(diǎn)如果按系統(tǒng)默認(rèn)值，間隔為5分鐘上傳一次，若是采用中心輪巡方式，則每次采集數(shù)在中國移動計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)的流量為：10字節(jié)（中心命令）+24字節(jié)（TCP通訊協(xié)議固定的包頭）+68字節(jié)為（流量、壓力數(shù)據(jù)）+24字節(jié)（TCP通訊協(xié)議固定的包頭）=126字節(jié)。

每天數(shù)據(jù)流量為：126 * 12 * 24 = 36288 bytes；

每月數(shù)據(jù)流量為： 36288 * 30 =1088.64Kbytes，約等于1M字節(jié)；

根據(jù)山東移動目前資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算的流量，GPRS套餐每月交20元，送 1M流量，超過1M字節(jié)的流量，按照1K字節(jié)1分錢收取費(fèi)用。

7 結(jié)束語

GPRS方案具有成本低、速度快、安全性高、覆蓋范圍廣，極大提高本系統(tǒng)的運(yùn)行效率；未來實(shí)現(xiàn)升級和二次開發(fā)相對簡單。由于采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，能夠方便數(shù)據(jù)管理和存儲，保證系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)，具有良好的擴(kuò)展和兼容能力。

關(guān)于為何不選用更為先進(jìn)的3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的原因，首先本系統(tǒng)完成所遵循的效果是智能、經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)。就目前來看，3G業(yè)務(wù)在運(yùn)營成本方面不及GPRS，且由于項(xiàng)目實(shí)施階段3G服務(wù)并未達(dá)到如GPRS成熟的狀態(tài)（包括信號強(qiáng)度、覆蓋范圍、服務(wù)質(zhì)量等）。以開發(fā)GSM的短信業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)可以滿足本系統(tǒng)的需要，并且更為容易上手，可以作為短期的一個過渡。因此最終選擇GPRS服務(wù)。

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圖1 定點(diǎn)位移監(jiān)測

（3）結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)分析在分析大壩發(fā)生形變時有著積極的意義，結(jié)構(gòu)因素是大壩變化的根據(jù)因素，大壩的基底地質(zhì)、地基的處理措施、大壩的結(jié)構(gòu)和尺寸、制作大壩的材料以及施工質(zhì)量，都對大壩有著不同的影響。

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圖2 滑坡所在方向的樣條擬合圖

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TN98

B

1672-2469（2014）01-0069-03

武建（1981年—），男，工程師。