水文水利無線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案

關(guān)鍵詞：水文水利潮汛檢測(cè)、GPRS、無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

　　應(yīng) 用：河道水文水利監(jiān)測(cè)、湖泊水庫監(jiān)測(cè)、沿海潮汛潮位監(jiān)測(cè)

　　一、應(yīng)用需求

我國對(duì)于江河水文的監(jiān)測(cè)非常重視，在原有的水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，各地的水文監(jiān)測(cè)站紛紛建立了一些無人值收的水文檢測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)更廣的水文和水利情況，包括水流速度、水面高度、水質(zhì)、流量、潮位、降水量等參數(shù)。

　　二、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

　　一套由水文遙測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)組成的水文計(jì)算機(jī)防汛檢測(cè)系統(tǒng)，可以通過設(shè)立在各個(gè)水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集單元和無線DTU模塊及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)搜集的水文信息及時(shí)傳送到水利局或防汛指揮部，供防汛調(diào)度決策使用。

　　系統(tǒng)組成：

　　水文與防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由流域管理中心、分中心(各縣市)監(jiān)測(cè)站、現(xiàn)場(chǎng)水文遙測(cè)單元構(gòu)成一套三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的建成，將改善水文信息的收集、傳遞和處理手段，縮短數(shù)據(jù)收集和預(yù)報(bào)作業(yè)所需的時(shí)間，提高信息收集和傳遞的可靠性，提高流域防汛信息處理能力。

　　流域管理中心通過計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與各地分中心監(jiān)測(cè)站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每隔一段時(shí)間對(duì)各分中心監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并主要為以下應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)：

　　·防汛信息收集處理系統(tǒng)

　　·汛情監(jiān)視系統(tǒng)

　　·防汛會(huì)商顯示系統(tǒng)

　　·信息查詢系統(tǒng)

　　·氣象服務(wù)系統(tǒng)

　　·洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)

　　·災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)等

　　通信實(shí)施：

　　監(jiān)測(cè)站由雨量計(jì)、閘位計(jì)、水位計(jì)、潮位計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器和采集器或PLC組成作為水文監(jiān)測(cè)工作站，通過GPRS無線方式和水利局等監(jiān)測(cè)中心保持實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，并能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集和遙控輸出，終端數(shù)據(jù)能在第一時(shí)間內(nèi)傳送到數(shù)據(jù)中心，給數(shù)據(jù)中心就可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)水文遙測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并能判斷各設(shè)備是否正常工作等。GPRS傳輸方式在后續(xù)的項(xiàng)目可方便擴(kuò)充，應(yīng)用靈活方便，增減自如，對(duì)整個(gè)工程造價(jià)起到非常重要的作用。

　　監(jiān)測(cè)站通過無線GPRS通信模式接受數(shù)據(jù)中心的管理，中心與各水文遙測(cè)單元正常采集數(shù)據(jù)外，還可對(duì)各監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)配置，修改設(shè)定。

　　各水文遙測(cè)單元根據(jù)防汛水文監(jiān)測(cè)要求，安裝在河流、水庫的指定地點(diǎn)，以野外無人值守方式工作，配備一臺(tái)數(shù)據(jù)采集單元、GPRS DTU、和雨量計(jì)、水位計(jì)、風(fēng)向風(fēng)速計(jì)等水文監(jiān)測(cè)儀表，中心可實(shí)時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)站實(shí)施控制，任意設(shè)定測(cè)試時(shí)段，校準(zhǔn)機(jī)時(shí)上下一致；系統(tǒng)供電一般都需具有雙電源系統(tǒng)和蓄電池以及太陽能電池，停電時(shí)太陽能電池自動(dòng)供電，確保正常有效工作。對(duì)山區(qū)和距離較遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，還有遙測(cè)中繼站，能接受并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，亦由太陽能電池供電，保持長期可靠運(yùn)行。

　　系統(tǒng)特點(diǎn)：

　　1、建立一個(gè)綜合水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每隔一段時(shí)間就可對(duì)全流域的水文信息進(jìn)行一次收集，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握流域水文情況。

　　2、在汛期，對(duì)各地的雨量和水位的漲落趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，為防汛決策提供了可靠的資料和依據(jù)，使有關(guān)部門能及時(shí)采取對(duì)策，化解險(xiǎn)情。

　　3、系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便擴(kuò)充，且具有遠(yuǎn)程診斷功能，安裝維護(hù)方便。 將遠(yuǎn)端采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、可靠地發(fā)送到各級(jí)監(jiān)控中心。并接收各級(jí)監(jiān)控中心的控制指令。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了利用無線GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端（DTU）來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集及控制，它是一種不限距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的雙向無線通信方式，采用廈門四信通信科技有限公司的F2103 GPRS DTU，可以為水文水利系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通信提供良好的解決方案。

　　三、F2103 GPRS DTU介紹

　　F2103 GPRS DTU采用高性能嵌入式處理器，以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。

　　技術(shù)特點(diǎn)

　　1. 智能防掉線，支持在線檢測(cè)，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)埽_保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。

　　2. 支持RSA，RC4加密算法

　　3. 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN）

　　4. 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種工作模式

　　5. 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名和IP地址訪問

　　6. 支持雙數(shù)據(jù)中心備份

　　7. 支持多數(shù)據(jù)中心

　　8. 支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時(shí)斷開網(wǎng)絡(luò)連接。

　　9. 支持短消息備份及告警。

　　10.多重軟硬件看門狗

　　11.數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報(bào)告。

　　12.標(biāo)準(zhǔn)的AT命令界面

　　13.可以用做普通撥號(hào)MODEM

　　14.支持telnet功能。

　　15.支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程控制

　　16.通過串口軟件升級(jí)

　　17.同時(shí)支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)

　　四、組網(wǎng)實(shí)施

　　方案一：中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。

　　此種方案向先INTERNET運(yùn)營商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。

　　DTU直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。

　　方案二：中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。

　　客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，DTU先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。

　　方案三：中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP

　　u 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。

　　u 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。

　　u 用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。

　　u 用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。

　　u 移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。

　　雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。

　　此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。

　　業(yè)務(wù)流程

　　GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺(tái)的流程為：

　　1）用戶發(fā)出GPRS登錄請(qǐng)求，請(qǐng)求中包括由移動(dòng)公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；

　　2）根據(jù)請(qǐng)求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請(qǐng)求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺(tái)連接的GGSN，并將用戶請(qǐng)求通過GTP隧道封裝送給GGSN；

　　3）GGSN將用戶認(rèn)證信息（包括手機(jī)號(hào)碼、用戶賬號(hào)、密碼等）通過專線送至Radius進(jìn)行認(rèn)證；

　　4）Radius認(rèn)證服務(wù)器看到手機(jī)號(hào)等認(rèn)證信息，確認(rèn)是合法用戶發(fā)來的請(qǐng)求，向DHCP服務(wù)器請(qǐng)求分配用戶地址；

　　5）Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認(rèn)信息；

　　6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對(duì)GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺(tái)進(jìn)行訪問。