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GPRS modemDTU水利水文应用

发布日期:2012-06-25 15:37  点击:
一、 水文信息采集传输与通信组网设计 
    GPRS modem DTU水利水文应用到水文测验的主要任务是测定江河湖库降雨量、水位、流量等水文要素自然变化情况,它是一项基础和前期工作,是防汛抗旱的耳目和参谋,其质量和精度将直接影响水情信息的实时性和准确性,影响对防汛抗旱决策的科学性、加强报汛站测报基础设施的建设,强化水情信息采集、传输的工作,提高水情测报质量成为当务之急。
 
1、总体功能要求  
(1)水文分中心正确接收一次所属全部遥测站的所有水文参数的时间不超过 20  分钟,执行一次区域遥测站数据采集并完成数据传输、处理、入库的时间不超过 20  分钟。 
(2)工作方式:自报方式、应答方式和自报一应答方式,三种工作模式在系统中可同时混合进行。 
(3)自动采集水位、降水数据,定时、适时地传输数据,数据可长期在站存储。 
(4)各项设备要符合结构简单、可靠、低功耗的原则;所有遥测站都能在无人值守的条件下工作。 
(5)能长期地、特别是在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作应避免因分中心站出现故障而丢失水文数据。 
(6)系统定时发送时钟同步信号,全系统时钟同步。 
(7)非法数据告警及设备故障告警。 
(8)通信畅通率应> 98  %,系统误码率小于  6 X 10 ¯ 5  。 
(9)能与其它有关的计算机网络系统进行数据通信。 
(10)系统 MTBF  > 20000 小时。 
(11)俱有可靠的防雷措施。 
(12)采用有线程控电话单站数据采集时间应小于 40  秒。 
 
2、水文信息采集方式 
    由于传统的水位、雨量数据采集设备无法满足遥测系统的需要,必须进行更新或改造,实现水文信息的数字化、自动采集、长期自动存贮以适应现代数字通讯和计算机的应用要求。
    水文遥测系统的建设;确定三种信息采集方式:雨量采集方式、水位采集方式、流量采集方式。
 
3、系统通信组网设计 
    现有通信资源情况辖区范围内可利用的通信资源有: 
①程控电话交换网 PSTN 资源。
    PSTN ( Public Switchin g Telephone Network  )是一种具有适用范围广、设备简单、高可靠性、组网灵活、成本低、维护方便等优势的新型通信传输手段,是国家防汛指挥系统推荐通信信道之一。其缺点是:需要系统运行通话费用,运行本较高,若增加发送数据间隔时间,则又不能及时实时地反映站点的水雨情数据。目前各报汛站均有安装程控电话的条件。 
②无线移动通信 (GPRS  和手机 GMS  短信)资源。
    无线移动通信网络具有稳定可靠、覆盖面较广、网络能力强、通信费用低、不受地域限制的优点,其最大的好处是设备体积??;安装在室内,没有引雷部件,不需要作防雷处理。具体包括:①先进性,随着移动通讯技的发展,如今已经实现基于分组的 GPRS 通讯;并且继续向 3G  方向发展。③可靠性,作为商用的电信运营网络,其可靠性相当高,信息发送和接收安全可靠,不会丢失。③实用性, GSM  作为一个成熟实用的网络,已经能满足用户需求,实现资源共享,信息交流。④经济性,首先,采用移动通讯方式在网络建设上不需要投入,也不用租用通信线路、其次,通讯费用低, GPRS 只有产生通信流量时才计费; GMS  短消息发送一条信息的费用为 0 . 1 元,接收者不收费。因此它在水文数据传输通信方面可以被认为是一种首选的通信方式。缺点是:网络覆盖范围有限。目前我市中央报汛站全部处于移动通信覆盖区,地方报汛站在乡镇一级及周边一带的也可利用移动通信。 
③超短波资源、 UHF  / VHF  频段超短波是一种地面可视通信  它主要适用于平原丘陵地带、且中继站数目和中继级数较少的水又测报系统。
    该通信方式具有通信质量较好  设备简单、建设周期短、易于实现的优点。但是若在长距离、多高山阻挡情况下使用此种通信方式传输水文数据,所需中继站数目及中转次数将明显增加,从而导致设备费、土建费的增加,系统可靠性下降,中继站站址交通条件差还会给建设、安装、维护带来一定的困难。 
④卫星通信资源。
    卫星通信具有传输距离远,通信频带宽,传输容量大;组网机动灵活,不受地理条件的限制,建站成本及通信费用与通信距离无关等特点。缺点是:建站成本及通信使用费较高。 随着现代通信技术的迅速发展,以上四种通信方式在水文测报系统中得到了广泛的应用。本系统通信方式需根据地理环境条件和实际需求;在分析论证基础上,因地制宜地确定。 
GPRS modem DTU水利水文应用


二、 系统组网结构 
A、信道设计 
    信道是指传输信号的媒质,是构成通信网的基本部分??蒲У匮≡裥诺?,使信号有效、可靠地传输;是通信设计的一个基本问题。 
    根据目前辖区内可利用的通信资源和现有的实际情况:有线程控电话可到达各报汛站,中央报汛站和乡镇所在地及周边的地方报汛站均处在移动通信的覆盖区  考虑充分利用现有资源和当今通信及网络技术的发展趋势,同时考虑到系统建成后便于运行管理,保证本系统信息流畅、有效和实用,节省投资,确保系统的可靠性,在本次建设中,主要利用 INTERNET  公网作为通信信道。总体设计方案:采用无线移动通信( GPRS 和 GMS  短信)作为主信道、有线通信( PSTN )作为备用信道进行混合组网,配备“双信道” ,互为备份、预先设置通信的优先级别,当主信道出故障时,自动切换到备用信道;主信道恢复正常时,即返回主信道传输数据、具体方案为:对处在移动通信的覆盖区和有线程控电话可到达的各报汛站报,以无线通信( GPRS 和手机 GSM  短信)为主信道 PSTN 为备份信道进行数据传输;对只有线程控电话的报汛站,以有线通信 PSTN 为主信道进行数据传输,彻底解决各报汛站人工报汛的方式。利用INTERNET公网信道组网的优点是:从报本上避免了自建专用网的维护、管理工作;出现问题时由邮电系统维护,还避免了无线通信的同频干扰问题,传输质量高;设备简单,不要专门配备电源;设备投资低于其它地面无线信道。所以,本组网方案是可行的,也是可靠的。 
 
    本市范围广、多高山阻挡,组建超短波同所需中继站数目及中转次数将明显增加,从而导致设备费、土建费增加,系统可靠性下降。因此,本次设计不组建超短波网。卫星信道由于投资大,设计中也不予采用。  
B、系统组网结构设计 
    网络结构设计,就是采用什么样的形式把每个报汛站点与分中心连接起来。 水情分中心所辖站点地形复杂。上游河流众多;站点分布范围广;呈扇形分布;通信组网有一定困难。为了完成能在 20 分钟内将下属报汛站的水情信息全部传送到分中心的目标,保证系统的可靠性,根据本地的实际情况,将报汛通信网的结构设计成单一星形网络结构。整个网络测站数据均由移动通信( GPRS 和 GMS  短信)和 PSTN 信道直接传送到 **  中心站。优点:减少了集合转发站所需的设备投资;可以避免当集合转发站出现通信故障时其收集的上游各站信息传输产生中断现象。缺点:由于报汛站数量较多,全部向分中心直接传送,致使通信时间延长,须采取延时措施;有预报任务的各站无法直接获取所需的水情信息。须通过分中心转送、解决方法是:因报汛站较多,为保证在 20  分钟内收齐各站信息  采用多路接收电话线,通过计算机软件设置将各站数据传送按一定时序逐站顺序召测,这样从时间上讲最经济,耗时少  从根本上避免了众多报汛站同时向分中心通信传输的拥挤、碰撞问题。对有预报任务的各站分中心开发应用软件将所收到的水情信息存放于服务器,及时向各站发送或由各报汛站主动索取调用。

三、系统工作体制
A、报汛站工作体制 
    系统工作体制对系统功能的实现有重要的影响,当前国外自动测报系统通常采用自报式、查询应答式、自报/应答兼容式三种工作方式,几种工作方式的工作过程及特点是: 
1、自报式: 
这是一种不受分中心指令控制的工作方式,当报汛站的测量参数(水位或雨量)发生一个计量单位变化时,主动将信息向分中心发送。其特点是功耗低、结构简单、实时性强;能很好反映参数变化全过程。 
2、查询应答式: 
在查询应答工作方式下,报汛站自身能对水文参数的变化自动采集和存储,但不主动传送给分中心。只有当分中心发出查询指令时,才将数据送出。其特点是控制性好,分中心随时可向测站索取数据。 
3、自报/应答兼容式 
  具有上述两种方式的特点,既能实时反映参数变化全过程,又能〕响应分中心的查询。 为考虑山区局部降暴雨时系统能及时收集雨情信息,系统的有线组网应采用查询应答与自报兼容的方
式。其中报汛站的自报功能设置和暴雨自报标准的设置由分中心遥测控制;以便使运行费用降至最低。 
 
B、通信方式 
     对于报汛通信网,分中心从测站取得各类水情信息,这是最基本、最主要的;对有预报任务的测站而言,需要其上游的信息,这些站点的需求基本要从分中心取得,故通信网内信息传输方向应该是双向、稳定、可靠的。根据本分中心信道设计,采用 GPRS 和 SGMS  短信为主(采用深圳倚天的 GSM/GPRS  设备),以有线 PSTN 信道为备份(通用 Modem  )。故将报汛网的通信方式设计成双向应答方式。 

C、数据传输方式 
   报汛通信网内测站至分中心之间的一次数据传输为单一信道,决定了用比特形式表示的信息流是以串行方式,每次比特依次在一条信道上传输,即数据流传输采用异步串行的通讯方式。 
(1)对 GPRS 通信,其主要传输特性为: 
调制方式:由以大网决定 
传输速率:接收速率可达 86  。 20Kbps, 发送速率可达 21  。 5Kbps  。 
传递格式:异步串行。一位起始位,八位数据位,一位停止位。 
(2)对 GMS  通信  其主要传输特性为: 
工作频段: GSM900  : TX :  880-915MH;  RX: 925-960MHZ DCS1800 : TX : 1710  一 1785MHZ  ; RX : 1805  一 1880MHZ 
接收灵敏度:- 104dbm 
传输速率:接收速率可达 85  。 6kbps ,发送速率可达 21  。 4kbpS 
信息量:限制为 140 个八位组( 7 比特编码, 140 个字符) 
(3)对有线( PSTN 信道)通信,其主要传输特性为: 
调制方式: FSK 
传输速率: 1200bps 
传递格式:异步串行,一位起始位,八位数据位,一位停上位。 

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