隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)水文信息不斷提出新要求，水文觀測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容不斷增加，對(duì)觀測(cè)手段和方法以及水文監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求；現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了水文監(jiān)測(cè)技術(shù)自動(dòng)化的發(fā)展。
在水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，常常需要對(duì)眾多的水位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成為水文部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測(cè)設(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)發(fā)送到水文監(jiān)測(cè)部門，實(shí)現(xiàn)對(duì)排污單位或個(gè)人的及時(shí)管理，可以大大提高水文部門的工作效率。
一、水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
1、 水文監(jiān)測(cè)的范圍與內(nèi)容：
水文監(jiān)測(cè)是水文傳感器技術(shù)與采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理技術(shù)的集成。
監(jiān)測(cè)范圍：江、河、湖泊、水庫、渠道和地下水等水文參數(shù)。
監(jiān)測(cè)內(nèi)容：水位、流量、流速、降雨（雪）、蒸發(fā)、泥沙、冰凌、墑情、水質(zhì)等。
2、 人工監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問題：
從水文傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)技術(shù)分析來看，主要存在以下問題：
（1） 記錄方式以模擬方式為主，就是數(shù)字方式記錄的也很難方便的輸入計(jì)算機(jī)處理；
（2） 據(jù)處理基本靠人工處理判斷，費(fèi)時(shí)易錯(cuò)；
（3） 水文信息的采集、傳輸、處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性較差，無法適應(yīng)現(xiàn)代水文的需求。
因此，要用自動(dòng)化技術(shù)促進(jìn)水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展。
3、 水位的采集和傳輸
用于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的水位傳感器主要有浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、電子水尺和超聲波水位計(jì)等。這些傳感器可以直接接到RTU上，自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位參數(shù)。地下水位的監(jiān)測(cè)與地表水相同。
目前，省水文監(jiān)測(cè)站與各采集點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信主要采用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，由于每次撥號(hào)都需要等待，速度慢，而且費(fèi)用也較高。同時(shí)，由于各監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，個(gè)別點(diǎn)還地處偏僻，因此需申請(qǐng)很多電話線，而且有些監(jiān)控點(diǎn)有線線路難以到達(dá)。
GPRS具有速度快、使用費(fèi)用低的特點(diǎn)，其傳輸速度可達(dá)171.2kb/s。與有線通訊方式相比，采用GPRS無線通信方式則顯得非常靈活，它具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、運(yùn)行費(fèi)用低投，維護(hù)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)因此，目前正考慮采用GPRS無線傳輸方式解決污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸問題。
二、方案優(yōu)點(diǎn)：
中國(guó)移動(dòng)GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建水文信息采集傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水文信息采集點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。經(jīng)過比較分析，我們選擇中國(guó)移動(dòng)的GPRS系統(tǒng)作為水文信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)。
GPRS無線水文監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：
1、實(shí)時(shí)性強(qiáng)：
GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個(gè)或所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)。可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。
2、可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：
通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行反向控制，如：時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開關(guān)等控制功能，并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級(jí)。
3、建設(shè)成本少低：
由于采用GPRS公網(wǎng)平臺(tái)，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝好設(shè)備就可以，建設(shè)成本低。
4、監(jiān)控范圍廣：
構(gòu)建水文信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于水文信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全省范圍內(nèi)，部分水文信息采集點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴(kuò)展性:
由于目前GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，可實(shí)現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控，滿足水文信息采集傳輸系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)的傳輸容量大：
水文中心站要和每一個(gè)水文信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于水文數(shù)據(jù)信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
7、數(shù)據(jù)傳送速率高：
每個(gè)水文信息采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
8、通信費(fèi)用低：
采用包月計(jì)費(fèi)方式，運(yùn)營(yíng)成本低。
三、解決方案介紹：
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、水文信息采集點(diǎn)：采用廈門宇能科技有限公司的YN2010 GPRS透明無線數(shù)據(jù)傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與水文設(shè)備采集點(diǎn)連接，接入移動(dòng)公司為水文局提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對(duì)水文信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)、時(shí)間、數(shù)量沒有限制可以隨時(shí)增減。可以滿足山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、水文中心站：本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP， 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地址來主動(dòng)訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP地址和ID號(hào)，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)答式的通訊流程，當(dāng)水文信息采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
3、GSM /GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國(guó)移動(dòng)的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。
（二）系統(tǒng)方案：
各監(jiān)控點(diǎn)使用廈門宇能科技游戲公司YN2010 GPRSDTU透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各污染源數(shù)據(jù)采集點(diǎn)使用移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時(shí)監(jiān)控中心對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便識(shí)別和維護(hù)處理。各信息采集點(diǎn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，支持24小時(shí)實(shí)時(shí)在線，實(shí)現(xiàn)信息采集點(diǎn)24小時(shí)傳送采集的水文信息數(shù)據(jù)。
凡省水文局授權(quán)的信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)：
1、水位信息采集點(diǎn)必須使用移動(dòng)統(tǒng)一的SIM卡，用戶使用本卡只能用于與水文站數(shù)據(jù)通信功能。
2、終端設(shè)備使用廈門宇能電力科技有限公司提供的GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)通信終端。
3、用戶登記，符合省級(jí)水文局的規(guī)定。
（三）產(chǎn)品特性：
水文信息采集傳輸系統(tǒng)采用YN2010 GPRS DTU。產(chǎn)品基于中國(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用，如實(shí)現(xiàn)信用卡實(shí)時(shí)認(rèn)證、POS機(jī)的遠(yuǎn)程控制維護(hù)、遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)點(diǎn)接入等。在水文信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，YN2010 GPRS DTU可通過外置或嵌入方式與水文信息采集點(diǎn)設(shè)備連接。 1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、TTL。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實(shí)際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng)。
5、透明數(shù)據(jù)傳輸：YN2010EP-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道；
6、自動(dòng)撥號(hào)連接：YN2010EP-DTU可配置上電自動(dòng)撥號(hào)上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)支持用戶端發(fā)起命令連接或遠(yuǎn)程喚醒連接；
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡(luò)無法連接時(shí)可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道；
8、短信息遠(yuǎn)程維護(hù)功能；
9、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接情況，掉線自動(dòng)重?fù)芄δ埽?nbsp;
10、提供主副IP及動(dòng)態(tài)域名解析；
11、心跳報(bào)告時(shí)間間隔用戶可設(shè)定；
12、數(shù)據(jù)通信幀長(zhǎng)度用戶可設(shè)定；
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
（四）安全措施：
由于水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特殊性，本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動(dòng)公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。對(duì)于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性：對(duì)用戶SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問專用APN，移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)中心采用中國(guó)移動(dòng)分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無法呼叫專門的APN。
3、對(duì)于特定用戶：可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論：
采用有線方式，租用靜態(tài)IP目前費(fèi)用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無線方式，系統(tǒng)流量費(fèi)用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量?jī)煞N收費(fèi)方式，按流量計(jì)算0.03元K，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，可滿足省水文局目前水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)量，估計(jì)日后其費(fèi)用會(huì)逐步降低。對(duì)于水文局等用戶來說，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實(shí)惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動(dòng)，當(dāng)水文觀測(cè)站和水文信息采集點(diǎn)搬遷時(shí)設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶原有投資，適合于水文采集工作的特點(diǎn)。
采用GPRS構(gòu)建水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足水文信息采集的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動(dòng)通信公司的營(yíng)收也隨之增加，調(diào)動(dòng)了運(yùn)營(yíng)商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
