基于GPRS技術(shù)的城市管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

摘要：針對(duì)目前城市市政管網(wǎng)控系統(tǒng)存在的設(shè)備落后、功能單一、監(jiān)測(cè)方法不完善的狀況，根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能，基于GPRS的城市管網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，建立一種基于GPRS技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，介紹了GPRS技術(shù)在管網(wǎng)中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。通過(guò)GPRS模塊，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接，達(dá)到了有效監(jiān)控的目的。

關(guān)鍵詞：GPRS；監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)傳輸

0 引言

城市市政管網(wǎng)系統(tǒng)承擔(dān)著供水、供電、供燃?xì)�、供熱、排水等任�?wù)，維持和保障城市生產(chǎn)和生活的正常運(yùn)行。然而，許多城市市政管線存在著管線不配套、不規(guī)范、運(yùn)行可靠性和安全性差、運(yùn)行費(fèi)用高等諸多問(wèn)題，城市管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)等工作還處于定期或定點(diǎn)人工巡視和現(xiàn)場(chǎng)檢查的階段，缺乏有效監(jiān)控、預(yù)警以及科學(xué)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。

因此，開(kāi)發(fā)針對(duì)城市市政管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，為管網(wǎng)突發(fā)事件處理、災(zāi)害預(yù)警綜合防御、相關(guān)信息分析、管網(wǎng)合理規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)；同時(shí)對(duì)管網(wǎng)圖籍資料等信息進(jìn)行科學(xué)有效的管理，為精確判斷管網(wǎng)中出現(xiàn)的災(zāi)情及損壞提供準(zhǔn)確信息和決策支持，解決我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)市政管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全保證率和信息化管理程度低等存在的諸多問(wèn)題�；�于GPRS城市市政管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改變了設(shè)備落后、功能單一、監(jiān)測(cè)方法不完善的現(xiàn)狀，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與預(yù)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，提升了系統(tǒng)的安全性，加強(qiáng)了系統(tǒng)的信息化管理程度，并能夠?qū)��?zāi)害防患于未然。

1 GPRS技術(shù)

GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(general packet radio service)的簡(jiǎn)稱，是在原有的基于電路交換方式的GSM網(wǎng)絡(luò)上增加了SGSN和GGSN等功能實(shí)體，為GSM用戶提供分組交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS充分利用了原有GSM網(wǎng)絡(luò)的資源，允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，提供了一種高效、低成本的無(wú)線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

1．1 GPRS技術(shù)的主要特點(diǎn)

1)GPRS采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和無(wú)線資源的利用。2)支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供9．05～17l．2kbit／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。3)GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接，并且時(shí)時(shí)在線，用戶始終處于連線或在線狀態(tài)。4)GPRS支持TCP、UDP等通信協(xié)議，可以和IP網(wǎng)、X．25網(wǎng)互聯(lián)互通。5)GPRS的設(shè)計(jì)使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。6)GPRS可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)流量的有效采集，并基于數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)。

管網(wǎng)終端需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并要快速、高效的傳送給監(jiān)控中心，如果傳輸延遲監(jiān)控中心就不能高效利用采集到的數(shù)據(jù)對(duì)換熱站進(jìn)行監(jiān)控，所以要求傳輸網(wǎng)絡(luò)必須快速。GPRS通信技術(shù)剛好適合這種傳輸要求，能為管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集提供一種高性價(jià)比的通信手段。

1．2 GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成部分

GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分為三個(gè)部分：監(jiān)控終端設(shè)備、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端、監(jiān)控中心主站。

1)監(jiān)控終端設(shè)備。主要完成數(shù)字量與模擬量的采集。監(jiān)測(cè)點(diǎn)DTU采用固定IP地址的SIM卡。GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址主動(dòng)訪問(wèn)中心GPRS DTU服務(wù)器，和監(jiān)控中心建立TCP／IP鏈路。監(jiān)控中心服務(wù)器建立PPP(Point to Point Protocol)撥號(hào)，進(jìn)入GPRS APN內(nèi)網(wǎng)，獲取固定IP地址。當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來(lái)找到對(duì)應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過(guò)GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過(guò)端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通信流程。

2)GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端。GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通信�，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊以RS232接口方式輸出，直接與DTU的RS232接口鏈接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成信息的上傳與下發(fā)。

3)監(jiān)控中心主站。主要完成人機(jī)交互工作。中心服務(wù)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)，系統(tǒng)最里面層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件；第二層為系統(tǒng)支持軟件層，主要是數(shù)據(jù)采集和傳輸，就是將各種數(shù)據(jù)從不同的終端根據(jù)各種通信協(xié)議采集過(guò)來(lái)，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；第三層為基礎(chǔ)應(yīng)用層，將采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)各種處理，通過(guò)GUI(Graphieal User Interface)界面顯示給監(jiān)控人員；第四層為高級(jí)應(yīng)用層，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)供管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)一步管理和決策用。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

基于GPRS的管網(wǎng)數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)主要有監(jiān)控主機(jī)、GSM／GPRS網(wǎng)絡(luò)以及GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元(GPRS DTU)組成。宏觀上看，系統(tǒng)分為硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩個(gè)部分。

2．1 硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)

硬件平臺(tái)分為監(jiān)測(cè)中心和檢測(cè)終端兩個(gè)部分。檢測(cè)終端采集傳感器數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)打成IP包，通過(guò)GPRS模塊的SM卡接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到外部Internet網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)GPRS服務(wù)器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心，由監(jiān)測(cè)中心的PC機(jī)接收和處理數(shù)據(jù)。管網(wǎng)硬件數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)硬件組成圖如圖1所示：

監(jiān)測(cè)終端設(shè)備采用基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)RS232接入GPRS通信模塊，從而實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)通信。數(shù)據(jù)終端將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)UDP／IP、PPP協(xié)議封裝后發(fā)送至GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。