水文水利無線數據監測系統方案

關鍵詞：水文水利潮汛檢測、GPRS、無線數據傳輸網絡

　　應 用：河道水文水利監測、湖泊水庫監測、沿海潮汛潮位監測

　　一、應用需求

我國對于江河水文的監測非常重視，在原有的水文監測點的基礎上，各地的水文監測站紛紛建立了一些無人值收的水文檢測點，以監測更廣的水文和水利情況，包括水流速度、水面高度、水質、流量、潮位、降水量等參數。

　　二、監測系統概述

　　一套由水文遙測系統和計算機通信網絡組成的水文計算機防汛檢測系統，可以通過設立在各個水文監測點的數據采集單元和無線DTU模塊及網絡通訊系統將各監測點搜集的水文信息及時傳送到水利局或防汛指揮部，供防汛調度決策使用。

　　系統組成：

　　水文與防汛監測系統由流域管理中心、分中心(各縣市)監測站、現場水文遙測單元構成一套三級網絡。系統的建成，將改善水文信息的收集、傳遞和處理手段，縮短數據收集和預報作業所需的時間，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算機局域網或廣域網與各地分中心監測站之間進行數據傳輸，每隔一段時間對各分中心監測站的數據進行收集，并主要為以下應用系統提供數據：

　　·防汛信息收集處理系統

　　·汛情監視系統

　　·防汛會商顯示系統

　　·信息查詢系統

　　·氣象服務系統

　　·洪水預報調度系統

　　·災情評估系統等

　　通信實施：

　　監測站由雨量計、閘位計、水位計、潮位計等監測儀器和采集器或PLC組成作為水文監測工作站，通過GPRS無線方式和水利局等監測中心保持實時的數據交換，并能實現狀態采集和遙控輸出，終端數據能在第一時間內傳送到數據中心，給數據中心就可以實時的監測水文遙測系統的工作狀態，并能判斷各設備是否正常工作等。GPRS傳輸方式在后續的項目可方便擴充，應用靈活方便，增減自如，對整個工程造價起到非常重要的作用。

　　監測站通過無線GPRS通信模式接受數據中心的管理，中心與各水文遙測單元正常采集數據外，還可對各監測單元進行遠程組態配置，修改設定。

　　各水文遙測單元根據防汛水文監測要求，安裝在河流、水庫的指定地點，以野外無人值守方式工作，配備一臺數據采集單元、GPRS DTU、和雨量計、水位計、風向風速計等水文監測儀表，中心可實時對監測站實施控制，任意設定測試時段，校準機時上下一致；系統供電一般都需具有雙電源系統和蓄電池以及太陽能電池，停電時太陽能電池自動供電，確保正常有效工作。對山區和距離較遠的監測點，還有遙測中繼站，能接受并轉發信號，亦由太陽能電池供電，保持長期可靠運行。

　　系統特點：

　　1、建立一個綜合水文監測系統，每隔一段時間就可對全流域的水文信息進行一次收集，及時準確地掌握流域水文情況。

　　2、在汛期，對各地的雨量和水位的漲落趨勢進行準確定位，為防汛決策提供了可靠的資料和依據，使有關部門能及時采取對策，化解險情。

　　3、系統采用模塊化結構，可方便擴充，且具有遠程診斷功能，安裝維護方便。 將遠端采集點的數據實時、可靠地發送到各級監控中心。并接收各級監控中心的控制指令。隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了利用無線GPRS數據傳輸終端（DTU）來實現遠程的數據采集及控制，它是一種不限距離、低復雜度、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的遠程數據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，以實時操作系統為軟件支撐平臺，內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧。為用戶提供高速，穩定可靠，數據終端永遠在線，多種協議轉換的虛擬專用網絡。針對網絡流量控制的用戶，產品支持語音，短信，數據觸發上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份，以及多數據中心同步接收數據等功能。公司產品已廣泛應用于金融，水利，環保，電力，郵政，氣象等行業。

　　技術特點

　　1. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。

　　2. 支持RSA，RC4加密算法

　　3. 支持虛擬數據專用網（APN）

　　4. 透明數據傳輸與協議轉換，支持多種工作模式

　　5. 支持數據中心動態域名和IP地址訪問

　　6. 支持雙數據中心備份

　　7. 支持多數據中心

　　8. 支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。

　　9. 支持短消息備份及告警。

　　10.多重軟硬件看門狗

　　11.數據包傳輸狀態報告。

　　12.標準的AT命令界面

　　13.可以用做普通撥號MODEM

　　14.支持telnet功能。

　　15.支持遠程配置，遠程控制

　　16.通過串口軟件升級

　　17.同時支持LINUX和WINDOWS操作系統

　　四、組網實施

　　方案一：中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。

　　此種方案向先INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務，中心有公網固定IP的。

　　DTU直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。

　　方案二：中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。

　　客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，DTU先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。

　　方案三：中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP

　　u 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。

　　u 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。

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

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

　　u 移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。

　　雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。

　　此種方案無論實時性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。

　　業務流程

　　GPRS專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為：

　　1）用戶發出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網系統專門分配的專網APN；

　　2）根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與企業服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；

　　3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；

　　4）Radius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址；

　　5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送攜帶用戶地址的確認信息；

　　6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業務處理平臺進行訪問。