GPRS在水行業的應用

一、項目背景
　　城市供水管網調度監控系統的主要目的是解決自來水公司對供水各環節監測點的資料擷取和監控。該系統由監控中心和各個水源監測點組成，各個水源監測點的資料擷取終端（RTU或PLC）可監視和採集水位、壓力、流量、濁度、餘氯、泵頻等各種資料，供控制中心及有關部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水品質，滿足日益增產的用水量的需求。
　　城市供水調度需要對各個自來水廠進行管理，包括自來水公司控制中心、水廠分控中心、管網加壓站和水源監控站等。城市供水調度系統一般包括：水司控制中心、多個水廠分控中心、多個水廠監控分站、多個水源井監控站、多個管網加壓站和多個管網測壓站。
　　城市供水調度監控系統可以對遠程現場的運行裝置進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量的資料傳送及閥門開關的自動控制，降低了故障率和提高了對系統的反應時間。便於及時迅速的瞭解及控制遠端管道及閥門，低故障率和檢修的時間，減少停水次數。各水源監測點的資料擷取終端可自動採集管道壓力、水流量的即時資料與開關狀態等資料，資訊傳輸到自來水公司的監控中心，監控中心通過對傳輸回的資料進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現故障時，能在最短的時間內解決問題，恢複供水，提高了整體的服務水平，從而實現了城市供水的資訊化、現代化。
　　目前，自來水供水調度監控系統中採用的資料通訊可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通訊主要包括架設光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通訊、擴頻通訊、衛星通訊、GSM 簡訊/GPRS通訊等。
　　在城市供水調度監控系統中，由於各管網監控點分布範圍廣、數量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此架設光纜、鋪設電纜難度大、不切合實際，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監控點線路難以到達，況且採用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢，運營成本較高，總之監控系統採用有線通訊方式建設周期長、工作難度大、運行費用高，不便於大規模使用；與之相比，無線通訊方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優點。在監控系統中，無線通訊方式主要包括：超短波（230MHz）無線數傳、擴頻、衛星通訊、GSM數字蜂窩通訊系統等，其中衛星通訊由於通訊費用昂貴，只在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通訊技術雖然速率高，但只能在視距範圍內傳輸，應用也受到限制。採用超短波數傳電台作為傳輸通道具有組網靈活、擴充容易、維修方便、運行費用低等優點，但由於系統工作於230MHz且多採用普通間接調製的數傳電台，這就造成系統易受外界幹擾、通訊速率低、誤碼率高、資料傳送量不大、訊號覆蓋範圍小等缺點。
　　二、方案選擇
　　經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為城市供水調度監控系統的資料通訊平台。目前，GSM網路經過電信部門的多年建設，覆蓋範圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通訊網路，特別是中國移動新推出的GPRS資料業務。GSM/GPRS系統可提供廣域的無線IP串連。在移動通訊公司的GPRS業務平台上構建自來水供水調度監控系統，實現管網監控點的無線資料轉送具有可充分利用現有網路，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且裝置安裝方便、維護簡單。
　　GPRS無線監控系統具備如下特點：
　　1、良好的即時響應與處理能力。與短Message Service比較，由於GPRS具有即時線上特性，系統無時延，系統能夠同時即時收取、處理多個/所有監測點的各種資料，無需輪巡就可以同步監測點的時鐘可很好的滿足系統對資料擷取和傳輸即時性的要求。
　　2、遠程儀器裝置控制：由於採用GPRS雙向傳輸系統，監控中心可以反向實現對儀器裝置的時間校正、狀態報表、開關以及其他監測、控制等功能；
　　3、建設成本低：可充分利用現有GSM網路，裝置安裝即接通，而採用超短波通訊時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬裝置。
　　4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GSM網路，系統投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。採用超短波通訊時安裝調試工作量大，要先進行現場訊號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調試等工作。
　　1、覆蓋範圍廣。構建供水調度監控系統要求資料通訊覆蓋範圍廣，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。
　　由於管網監控點數量眾多，分布在全市範圍內，部分管網監控點位於偏僻地區，而且地理位置分散。採用超短波通訊方式，覆蓋範圍只有30多公裡；而採用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網路的覆蓋範圍之內，都可以實現監控。
　　2、資料轉送速率高。GPRS網路傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時資料轉送速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電台傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
　　3、系統的傳輸容量大。監控中心站要和每一個管網監控點實現即時串連。由於管網監控點數量眾多，系統要求能滿足突發性資料轉送的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性資料的需要。
　　4、通訊費用低。由於GPRS採用包月計費的方式，運營維護成本低，月通訊費用將在200元之內。　　三、解決方案介紹
　　由於GPRS通訊是基於IP地址的資料分組通訊網路，監控中心電腦主機配置固定的IP地址，各個端站的GPRS模組和該主機進行通訊。
　　（一）系統組成
　　1、管網監控點：
　　管網監控點：各監控點通過資料擷取模組採集如壓力、流量等資料，，通過RS232介面與GPRS透明資料轉送終端相連，通過GPRS透明資料轉送終端內建嵌入式處理器對資料進行處理、協議封裝後發送到GSM網路。
　　2、監控中心：
　　伺服器申請配置固定IP地址，採用省移動通訊公司提供的DDN專線，與GPRS網路相連。由於DDN專線可提供較高的頻寬，當管網監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
　　監控中心RADIUS伺服器接受到GPRS網路傳來的資料後先進行AAA認證，後傳送到監控中心電腦主機，通過系統軟體對資料進行還原顯示，並進行資料處理。
　　3、GPRS/GSM移動資料轉送網路：
　　現場監控點採集的資料經GSM網路空中介面功能模組同時對資料進行解碼處理，轉換成在公網資料傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線資料網路進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。
　　（二）系統方案
　　各監控點使用GPRS透明資料轉送終端，通過移動的GPRS網路與監控中心相連。
　　各汙染來源資料採集點使用移動通訊公司統一的STK卡，同時監控中心對各點進行登記，儲存相關資料以便識別和維護處理。各資訊採集點運行監控系統軟體，支援24小時即時線上，實現資訊採集點24小時傳送採集的資訊資料。
　　凡自來水公司授權的資訊採集點均可以使用本系統：
　　1、管網監控點必須使用移動統一的STK卡，使用者使用本卡只能用於與監控中心資料通訊功能。
　　2、終端裝置使用中聯視訊提供的GPRS移動資料通訊終端。
　　3、使用者登記：符合自來水公司的規定。
（三）產品特性
　　系統採用SG2000 系列GPRS無線透明資料轉送終端。產品基於中國移動的GPRS網路，具有高效能、高可靠及抗幹擾能力強等特點，提供標準232資料口可直接與電腦、 RTU、PLC、GPS接收機、數位相機、資料終端等串連，傳輸速率達171Kbps，具有遠端診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站之間的資料擷取和控制。
　　1、支援900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
　　2、介面： RS232、RS485、PCMCIA。
　　3、系統理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
　　4、支援Windows95/98/200/XP、LINUX作業系統。
　　5、支援透明資料轉送與協議轉換 。
　　6、支援VPN安全功能。
　　7、安裝靈活、使用方便、可靠。
　　（四）安全措施
　　由於供水調度監控系統的特殊性，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，網路安全防護措施包括通道加密、信源加密、登入防護、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，即使出現硬體和軟體故障，系統也不能中斷運行。
　　資料中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，採用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN裝置，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟體。通過VPN方式，用戶端在串連應用伺服器前，要經過Ｒａｄｉｕｓ伺服器的認證整個資料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路服務品質。
　　另外，資料中心也可以採用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN裝置上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。
　　對於安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。
　　1、VPN虛擬專網模式：企業內部網路中配置VPN伺服器，移動終端載入具有VPN二次虛擬撥號的功能的用戶端軟體。採用VPN安全技術，使用者通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對 整個資料傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
　　2、利用SIM卡的唯一性，對使用者SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網路側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定使用者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，移動終端與資料中心採用中國移動分配的專門的APN進行無線網路接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
　　3、對於特定使用者，可通過資料中心分配特定的使用者ID和密碼， 其他沒有資料中心指派的使用者ID和密碼的使用者將無法登入進入系統，系統的安全性進一步增強。
　　4、資料加密：通過VPN對整個資料傳送過程進行加密保護。
　　5、網路接入安全評鑑機制：採用防火牆軟體，設定網路鑒權和安全防範功能，保障系統安全。
　　四、結論
　　採用GPRS構建供水調度監控系統系統，目前有包月制和按資料量兩種收費方式，按流量計算0.03元/kbyte，而包月制20元/月有 1024 k流量，可滿足目前監控系統的實際資料量，估計日後其費用會逐步降低。對於使用者來說，由於通訊費用較低，享受到了實惠。另外，由於接入裝置可以移動，當管網監控點搬遷時裝置可隨之遷移並可繼續使用，可以保護使用者原有投資，適合於供水調度監控工作的特點，能很好地滿足供水調監控的需求，而且，做為網路電訊廠商的移動通訊公司也將因此獲得業務穩定的集團使用者，隨著使用者數量的增加，移動通訊公司的營收也隨之增加，調動了電訊廠商的積極性，符合網路建設和網路應用同步發展的要求。

我們公司在管網上安裝了100台流量計，有效地降低了產銷差率。最近又開始對大使用者進行安裝流量計，瞬時值、累計值即時監測，有效杜絕使用者偷水情況的發生。 如你對此有興趣可以與我們聯絡。

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