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1歷史背景分析及目前幾種通信方式比較
1.1歷史背景分析
水利數(shù)據(jù)的遙測在中國水利行業(yè)的應(yīng)用已有多年的歷史，但隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，水利數(shù)據(jù)遙測的傳輸方式也隨著變化。
70年代中至80年代中期，行業(yè)內(nèi)主要采用國外進(jìn)口或捐助的無線超短波設(shè)備進(jìn)行傳輸。80年代中期后，水利部開始鼓勵(lì)國內(nèi)研究所和高校開始自行研發(fā)超短波遙測設(shè)備。
90年代開始應(yīng)用包括超短波、衛(wèi)星、PSTN有線公網(wǎng)和800M集群通信傳輸。但超短波傳輸一直扮演非常重要的角色。90年代末期開始，已陸續(xù)利用INTERNET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GSM短信方式進(jìn)行傳輸，但并未有大規(guī)模組網(wǎng)實(shí)施。
1.2水利數(shù)據(jù)遙測中幾種通信方式的比較
水利數(shù)據(jù)遙測中通信組網(wǎng)方案是多種多樣的，但不外乎兩種類型，即單一通信方式和混合通信方式。常見的通信方式有：超短波、有線電話、衛(wèi)星、GSM、GPRS等幾種，它們都可以單獨(dú)組成水利數(shù)據(jù)遙測網(wǎng)絡(luò)?；旌贤ㄐ欧绞接梢陨贤ㄐ欧绞讲煌M合而成，可以衍生出很多種組網(wǎng)方案。
1.2.1 超短波
超短波一般是指30MHz～3000MHz頻段的無線電波，其傳輸機(jī)理是對流層內(nèi)的視距與繞射傳播。在水利數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)中，測站實(shí)測的水利信息，送入遙測終端機(jī)（RTU），經(jīng)過信源和信道編碼，由調(diào)制解調(diào)器調(diào)制成射頻載波，經(jīng)功率放大后發(fā)射到中繼站。中繼站接收到測站發(fā)來的射頻信號，解調(diào)成音頻信號，經(jīng)中繼儀解調(diào)成數(shù)字信號、糾錯(cuò)編碼、數(shù)據(jù)再生、調(diào)制、放大后發(fā)送回中心站；中心站將信號解調(diào)、信道譯碼和信源譯碼后，經(jīng)前置計(jì)算機(jī)送入主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
超短波組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：
①、技術(shù)成熟，設(shè)備簡單易于配套；
②、實(shí)時(shí)性好；
③、獨(dú)立性好，完全是自身的專用網(wǎng)絡(luò)。
超短波組網(wǎng)的缺點(diǎn)：
①、在無線電通信擁擠的地區(qū)，干擾日趨嚴(yán)重；
②、防雷地網(wǎng)要求高，野外設(shè)備防凍害的技術(shù)措施難度大、成本高，建設(shè)費(fèi)用大，維護(hù)管理不便；
③、對通信效果差的站點(diǎn)，需建多級中繼站級聯(lián)，降低系統(tǒng)可靠性。
1.2.2 衛(wèi)星傳輸
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，衛(wèi)星通信應(yīng)用越來越多。衛(wèi)星通信組網(wǎng)就是在監(jiān)測站配置“數(shù)據(jù)采集平臺”（DCP），將水利數(shù)據(jù)信息發(fā)射到衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面網(wǎng)管中心，登記后再由網(wǎng)管中心將信息發(fā)到衛(wèi)星，然后轉(zhuǎn)發(fā)到地面接收平臺（DRP）。
在移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到，而超短波通信又需增加中繼站的報(bào)汛站點(diǎn)采用衛(wèi)星通信，是一種比較可行的辦法。
衛(wèi)星信道組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：
1．傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、傳輸質(zhì)量好；
2．由于各發(fā)射點(diǎn)、地面站與衛(wèi)星之間采用視線傳輸，因而不受地形、地物的阻擋，特別適用于地形復(fù)雜地帶的通信；
3．?dāng)?shù)傳速率較有線、超短波和GMS組網(wǎng)方式高；
4．室外只有小天線，易避免凍害。
衛(wèi)星信道組網(wǎng)的缺點(diǎn)：
1．衛(wèi)星平臺耗電較大，采用直流供電時(shí)需配置較大容量的電池和浮充電設(shè)備；
2．衛(wèi)星終端設(shè)備成本高，衛(wèi)星平臺的價(jià)格較貴，另外，雖然系統(tǒng)采取按時(shí)收費(fèi)，但使用成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)依舊很高。
1.2.3　PSTN
有線組網(wǎng)方式是利用公用電話線路，在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分配一條電話用戶線，數(shù)據(jù)接收中心利用電話撥號的方法采集各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。
有線信道組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：
1、 無需土建，建設(shè)成本低、建設(shè)周期短。有線組網(wǎng)的通信設(shè)備也較超短波、GSM、衛(wèi)星等通訊方式便宜。
2、通信平臺有保障，不同站點(diǎn)的傳輸信號間不易產(chǎn)生相互干擾；
3、通信距離不受地形地域的限制；
有線信道組網(wǎng)的缺點(diǎn)：
1、野外電話線纜易遭受雷電干擾，易受人為破壞；
2、數(shù)據(jù)采集速度受電話線路質(zhì)量和線路忙閑的影響，暢通率有時(shí)不高；
3、系統(tǒng)只宜采用召測工作方式，不宜采用自報(bào)方式，由于每一個(gè)站的應(yīng)答查詢均必須通過撥號、接通、傳輸、掛機(jī)等階段，因此數(shù)據(jù)收集周期長；
4、線路走向需跨越橋梁、鐵路、公路時(shí)，施工困難，投資費(fèi)用高。
1.2.4　GSM移動通信信道
當(dāng)前移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，我國的手機(jī)擁有量目前已躍居世界第一位。根據(jù)前景預(yù)測，GSM業(yè)務(wù)覆蓋范圍將遍及世界每個(gè)角落，利用GSM手機(jī)的短信息功能傳送水利數(shù)據(jù)或其它短數(shù)據(jù)不失為一種理想的手段。
GSM移動通信信道組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：
1、利用公網(wǎng)，不需自建和維護(hù)通訊網(wǎng)；
2、通信平臺（GSM）有保障，且不同站點(diǎn)的傳輸信號之間不易產(chǎn)生相互干擾；
3、通信速率較高，可達(dá)19.2Kbps；
4、通信線路和設(shè)備不易遭受雷電襲擊和人為破壞；
5、組網(wǎng)靈活，站點(diǎn)的變動和擴(kuò)充容易；
6、設(shè)備耗電省，費(fèi)用低。
GSM移動通信信道組網(wǎng)的缺點(diǎn)：
1、受當(dāng)前GMS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的限制，可能有些偏遠(yuǎn)的站點(diǎn)無法通信組網(wǎng)；
2、短信息的接收會出現(xiàn)時(shí)延的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)系統(tǒng)規(guī)?？紤]解決瓶頸的問題。
1.2.5? GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)
GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸網(wǎng)絡(luò)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸，而且GPRS是根據(jù)流量計(jì)費(fèi)的，所以運(yùn)營費(fèi)用比GSM方式要低得多。
由于GPRS是基于IP的,因此在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用上,不僅可以提供GSM可以提供的數(shù)據(jù)撥號/SMS通訊方式,而且可以讓用戶開發(fā)基于INTERNET的應(yīng)用系統(tǒng),從而徹底根除了數(shù)據(jù)撥號價(jià)格高,SMS延時(shí)長的缺點(diǎn),從而使用戶開發(fā)的系統(tǒng)整體性能和可靠性得到了很大提高,系統(tǒng)運(yùn)行成本也大幅下降。
優(yōu)點(diǎn)：
①永遠(yuǎn)在線：只要激活GPRS應(yīng)用后，將永遠(yuǎn)保持在線，類似于一種無線專線網(wǎng)絡(luò)。
②按流量計(jì)費(fèi)：只有產(chǎn)生通信流量時(shí)才計(jì)費(fèi)，是一種面向使用的計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)方式更加科學(xué)合理。
③快速登錄：全新的分組服務(wù)，無需長時(shí)間的撥號建立連接過程。
④利用公網(wǎng)通信質(zhì)量好，技術(shù)成熟、穩(wěn)定，組網(wǎng)靈活，移植性強(qiáng)。
⑤不易被雷擊，建設(shè)周期短。
缺點(diǎn)：
①因?yàn)槭怯肋h(yuǎn)在線，對遙測站的供電要求較高。建議配備的GPRS通信模塊具有自動掉電功能。
②網(wǎng)絡(luò)能否組網(wǎng)由站點(diǎn)信號強(qiáng)度決定。
1.2.6 綜合對比分析
以下對主要的幾種遙測通信組網(wǎng)方式作出對比。
通信方式對比表

綜合分析：
通信方式各有特點(diǎn)，本身并沒有優(yōu)劣之分，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)各地不同的環(huán)境條件、網(wǎng)絡(luò)條件和經(jīng)濟(jì)條件，從技術(shù)可靠性、運(yùn)行費(fèi)用、建設(shè)成本進(jìn)行綜合考慮，因地制宜的選擇適合的組網(wǎng)方式。
在一個(gè)系統(tǒng)中，可以采用多種信道并存的方式，這就要求遙測設(shè)備、中心的通信機(jī)有較強(qiáng)的通信處理能力。根據(jù)上表對比，在移動公網(wǎng)覆蓋的地域，可以充分利用GPRS/GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸特性，采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸為主、GSM短消息傳輸為輔，并且二者可以自動靈活切換的通信方式具有一定的優(yōu)勢。

2　GPRS/GSM通信技術(shù)在水利數(shù)據(jù)遙測中應(yīng)用設(shè)計(jì)
2.1　GPRS/GSM通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
2.1.1 GPRS/GSM通信組網(wǎng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集點(diǎn)（遙測站點(diǎn)）、數(shù)據(jù)傳輸部分（GPRS/GSM通信網(wǎng)絡(luò)及光纖網(wǎng)絡(luò)）、后臺應(yīng)用軟件（遙測應(yīng)用平臺軟件）及中心站（分中心及總控制中心）四個(gè)部分組成。
從數(shù)據(jù)流和控制流上，分中心（分局）到總控制中心、分中心與終端測站間均是星型結(jié)構(gòu)。




系統(tǒng)工作原理及流程：
遙測終端測站采集到數(shù)據(jù)可以通過兩種方式送到分局。
一種是通過GPRS信道以UDP或TCP 數(shù)據(jù)包形式送到。另一種是通過GSM信道以短信數(shù)據(jù)包形式送到。
前置機(jī)取得數(shù)據(jù)后，處理數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)添加到本地?cái)?shù)據(jù)庫和WEB服務(wù)器的SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫中。WEB服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理并發(fā)布，本地局域網(wǎng)上的機(jī)器可通過WEB服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢。物理上前置機(jī)和數(shù)據(jù)庫和WEB服務(wù)器通過交換機(jī)相連。通過水文專用網(wǎng)絡(luò)將分局接收到的數(shù)據(jù)定時(shí)同步到省局，并添加到省局統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。
2.1.2 遙測站結(jié)構(gòu)
遙測站由遙測終端機(jī)（RTU）、現(xiàn)代化信息采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、遙測供電設(shè)備四部分組成。
1、遙測終端機(jī)：遙測終端RTU連接到采集裝置，將采集裝置采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
2、現(xiàn)代化信息采集裝置：可由水位計(jì)、雨量計(jì)、風(fēng)向風(fēng)速傳感器等各種智能傳感器組成，功能是對所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并將采集結(jié)果傳送給遙測終端機(jī)。
3、數(shù)據(jù)傳輸裝置：GPRS/GSM無線數(shù)據(jù)通信終端。
4、遙測供電設(shè)備：由太陽能電池板、太陽能充電控制器和蓄電池三部分組成，負(fù)責(zé)對整個(gè)遙測站點(diǎn)進(jìn)行智能供電。
遙測站利用遙測終端機(jī)（RTU）和信息采集裝置對雨量、水位點(diǎn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲和傳輸控制后，通過GPRS/GSM通信終端與數(shù)據(jù)傳輸信道連接，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至中心站，完成對水位、雨量和其它水文數(shù)據(jù)的采集和傳輸。



2.1.3分中心結(jié)構(gòu)
分中心是國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)中水情信息接收、處理、上報(bào)分發(fā)的最基層單位，也是計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，決策支持系統(tǒng)四級體系（中央、流域機(jī)構(gòu)、省（區(qū)、市）、地（市）中的最低層。
分中心由服務(wù)器、UPS供電部分、GPRS/GSM通信接收終端等組成。
中心站通過安裝在服務(wù)器的應(yīng)用軟件系統(tǒng)（遙測應(yīng)用平臺軟件）對遙測站傳輸來<