一、 前言
改革開放以來，中國的經(jīng)濟得到了高度的發(fā)展，城市化、工業(yè)進程高速發(fā)展、環(huán)境污染也日益受到嚴峻考驗的，給城市的自來水供應提出了嚴重的挑戰(zhàn)。由于目前自來水供應系統(tǒng)建設早，隨著社會的高速發(fā)展，該系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足日益增長的用戶需求。自來水公司管網(wǎng)壓力的檢測是保證自來水正常供應的重要環(huán)節(jié)，是自來水公司保證用戶正常用水的依據(jù)。自來水系統(tǒng)的信息化建設改造已經(jīng)是日益迫切。
供水管網(wǎng)系統(tǒng)是整個自來水公司水源合理調度使用的關鍵環(huán)節(jié)，過去采用人工數(shù)據(jù)的收集和分析已不能適應各種突發(fā)情況，且采用人工調度系統(tǒng)反應遲鈍，容易導致因缺水造成直接經(jīng)濟損失的現(xiàn)象。
供水管網(wǎng)測點遍布在城市的各角落，地理位置分散，管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)的采集和控制非常不方便；另一方面對于數(shù)據(jù)的采集與控制功能要求穩(wěn)定，安全性要求較高。
二、項目分析
2．1 系統(tǒng)組成
水利調度系統(tǒng)主要由三部分組成：供水管網(wǎng)監(jiān)測點、通訊設備及通訊平臺、調度中心系統(tǒng)。
2．1．1 供水管網(wǎng)監(jiān)測點
供水管網(wǎng)監(jiān)測點包括各種傳感器、偵測儀，負責各項原始數(shù)據(jù)的監(jiān)測和執(zhí)行調度中心系統(tǒng)的各項調度指令
2．1．2 通訊設備及通訊平臺
鑒于各供水管網(wǎng)監(jiān)測點的工作環(huán)境、監(jiān)測點分析和傳感器、偵測儀等設備的通訊接口需求，我們選擇廈門四信通信有限公司的基于GPRS無線網(wǎng)絡的IP MODEM F2103，它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網(wǎng)絡接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠，還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費。
2．1．3 調度中心系統(tǒng)
調度中心系統(tǒng)包括各種服務器及系統(tǒng)軟件，主要負責對原始數(shù)據(jù)的分析和管理，并對系統(tǒng)分析結果進行判斷和對監(jiān)測點下發(fā)各控制指令。
2．2 系統(tǒng)架構流程
采集終端通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接，遠程數(shù)據(jù)中心服務器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡接入。
F2103通過GPRS網(wǎng)絡連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務器主機，建立透明數(shù)據(jù)通道。這樣采集終端產生的數(shù)據(jù)只要送到串口，F(xiàn)2103就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機。而服務器主機下發(fā)的命令通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
2．3 系統(tǒng)功能
數(shù)據(jù)控制中心GPRS調度系統(tǒng)應用軟件功能必須具備以下功能：
1、 遙測數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)控制中心GPRS調度系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)遙測遙信管理，報警，參數(shù)設置，運算方式設置，校時，復位，選呼。能夠自動巡檢，在規(guī)定的時間內對系統(tǒng)所有測點遙測或遙信一遍，數(shù)據(jù)能顯示和存儲在數(shù)據(jù)庫；能夠選點自動巡檢，在規(guī)定時間內對系統(tǒng)部分測點進行動態(tài)巡檢。
2、 數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)控制中心GPRS調度系統(tǒng)軟件，發(fā)出各種命令，能夠將各IP MODEM終端檢測到的有效數(shù)據(jù)實時采集，采集后數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫進行各種計算，處理，統(tǒng)計，分析。
3、 系統(tǒng)維護：快速維護、遠程故障診斷、遠程維護、用戶設置、權限設置、數(shù)據(jù)庫維護
4、 報表管理：具有日報、月報、年報等報表功能。 現(xiàn)場智能水表的壓力、流量、溫度、泵機的開停狀態(tài)和轉速、調節(jié)閥開度數(shù)據(jù)。
5、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)：最大值、最小值、平均值、條件過濾、累計、標準偏差、相關性分析補水累計等。
三、項目架構實施方案
3．1 無線通訊設備F2103與監(jiān)測終端連接
F2103支持RS232/485通訊接口，可通過RS232/485與供水管網(wǎng)監(jiān)測點的各監(jiān)測終端設備進行連接。
3．2數(shù)據(jù)控制中心服務器網(wǎng)絡接入方式
3．2．1專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網(wǎng)固定IP 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)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(lián)路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。
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。
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。
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。
此種方案適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下的最佳組網(wǎng)方式。
3．2．2 ADSL撥號連接（動態(tài)公網(wǎng)IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的。客戶先 與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM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(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。
3．2．3 通過固定公網(wǎng)IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。 運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3．2．4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構建
中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設備的管理。目前四信提供三種方式的中心接口：
首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅動了，可以直接配置使用；其次對于原本是讀串口的程序，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對于想開發(fā)自己獨有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會提供一個動態(tài)鏈接庫及四信公司的數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件
四、 方案特點
1、傳輸設備采用無線接入ＧＰＲＳ網(wǎng)絡，目前，GPRS網(wǎng)絡技術已經(jīng)非常成熟，國內運營商經(jīng)過十多年的建設發(fā)展，網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋到全國各地，甚至連偏遠的山區(qū)也有覆蓋。因此，供水管網(wǎng)監(jiān)測點將不會因為分散面臨組網(wǎng)困難的問題。
2、傳輸模塊支持多種喚醒功能，如電話激活、短信激活、數(shù)據(jù)激活等，客戶可根據(jù)自己的需求來控制設備的上下線，并且當設備終端出現(xiàn)故障或異常時，將自動發(fā)送短信報警信息給維護人員。可靠的網(wǎng)絡連接，智能防掉線，支持在線檢測，在線維護，掉線自動重拔，確保設備永遠在線。
3、設備支持定時上下線，終端設備可根據(jù)實際情況分段向數(shù)據(jù)中心發(fā)送數(shù)據(jù)，所以終端傳輸設備可采用定時上下線，當設備處于非常工作狀態(tài)時下線，這樣能更進一步保證網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，不會占用過多的GPRS網(wǎng)絡資源。
4、設備采用工業(yè)級設計，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無凝結);多重軟硬件看門狗。
5、傳輸模塊采用主備份中心和自動回復主中心功能,并同時支持多中心并發(fā)功能(最多5個)。
6、維護和管理人員可以任意可以上網(wǎng)的地點,經(jīng)過網(wǎng)絡認證和身份認證后,對系統(tǒng)進行日常維護和數(shù)據(jù)監(jiān)控。 支持多種數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式,如APN、固定IP、動態(tài)IP、動態(tài)域名等；支持圖形配置界面、指令配置、腳本批量配置，設備經(jīng)過簡單配置即可使用；體積小方便安裝。
四信可為客戶提供二次開發(fā)包和多語言版本數(shù)據(jù)中心服務器軟件以便客戶的需要進行二次開發(fā)；同時針對客戶的需求，提供多種技術支持，包括產品網(wǎng)絡組網(wǎng)方案設計、技術人員技術培訓、軟件開發(fā)全程技術配合、設備現(xiàn)場調試技術支持等服務。
五、方案總結
水利工程在高速發(fā)展的經(jīng)濟社會當中越來越受到重視，將直接影響到經(jīng)濟的發(fā)展。采用GPRS調度系統(tǒng)不僅能更科學、高效地分配水資源，同時也能更方便、直觀地監(jiān)管水資源的利用。
無線GPRS傳輸相對于傳統(tǒng)的有線傳輸方式，將節(jié)省大量的工程建設費用，同時縮短工程建設時間。
