江西三川水表股份有限公司   宋財(cái)華   張志平 

 

摘要：本文主要論述GPRS在大口徑水表遠(yuǎn)傳中的應(yīng)用

關(guān)鍵字：大口徑水表、GPRS、數(shù)據(jù)采集器、壓力變送器、監(jiān)控中心。

 

        近年來，飛速發(fā)展的市場環(huán)境讓越來越多的公用事業(yè)企業(yè)加入到戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的變革行列。日益成熟的企業(yè)經(jīng)營管理者逐漸意識到：隨著社會信息化建設(shè)的不斷深化，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)采集的范圍、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)時(shí)性、安全性都提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的通信方式已不能滿足生產(chǎn)日益發(fā)展的要求。

 

        自來水行業(yè)也是如此，如在輸水管網(wǎng)的壓力檢測需要數(shù)據(jù)采集時(shí)，往往會出現(xiàn)這樣的情形：從管網(wǎng)分析角度認(rèn)為需要測壓的地點(diǎn)，卻因?qū)嵉貨]有安裝設(shè)備的場所，無法獲得電源以及無法架設(shè)通訊天線等條件限制，而不得不改裝在其他管網(wǎng)分析非理想的地點(diǎn)。那么在野外惡劣環(huán)境下無電源區(qū)域的數(shù)據(jù)采集與通訊到底如何解決呢？

 

        目前，自來水供水管網(wǎng)大口徑水表（以下簡稱大表）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴(kuò)頻通信、衛(wèi)星通信、GSM 短信/GPRS通信等。

      在城市供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)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，因此架設(shè)光纜、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實(shí)際，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監(jiān)控點(diǎn)線路難以到達(dá)，況且采用電話線路時(shí)需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢，運(yùn)營成本較高，總之監(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長、工作難度大、運(yùn)行費(fèi)用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數(shù)傳、擴(kuò)頻、衛(wèi)星通信、GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)等，其中衛(wèi)星通信由于通信費(fèi)用昂貴，只在一些特殊的領(lǐng)域下使用，未得以普及；而擴(kuò)頻通信技術(shù)雖然速率高，但只能在視距范圍內(nèi)傳輸，應(yīng)用也受到限制。采用超短波數(shù)傳電臺作為傳輸信道具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、維修方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但由于系統(tǒng)工作于230MHz且多采用普通間接調(diào)制的數(shù)傳電臺，這就造成系統(tǒng)易受外界干擾、通信速率低、誤碼率高、數(shù)據(jù)傳送量不大、信號覆蓋范圍小等缺點(diǎn)。

 

        GPRS/GSM大表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能為水管理部門提供完好的解決方案，數(shù)據(jù)采集器終端為水管理部門信息化建設(shè)提供了全新概念的設(shè)備，它可用于管網(wǎng)流量、壓力等數(shù)據(jù)采集；流量、壓力等參數(shù)的報(bào)警；大用戶水量檢測；支持多信道通訊，集壓力傳感器、鋰電池、CPU、通訊模塊于一體，低功耗，能在惡劣環(huán)境下長期可靠地工作，特別適用于野外無電源區(qū)域的數(shù)據(jù)采集與通訊。后臺管理軟件功能完善，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與處理功能，使用方便，它將為水管理部門管理水準(zhǔn)的提供強(qiáng)有力的支持。

      城市供水管網(wǎng)中大表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決水管理部門對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)中的各個(gè)大表分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，且由于水表個(gè)別部件的損壞（如水表葉輪的磨損）導(dǎo)致水表采樣流量下降或管路破損而造成水管理部門的損失，GPRS/GSM大表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個(gè)水源監(jiān)測點(diǎn)組成，各個(gè)水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可監(jiān)視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關(guān)部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求，減少用水管理部門的經(jīng)濟(jì)損失。城市供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，低故障率和檢修的時(shí)間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動(dòng)采集管道壓力、水流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)剿芾聿块T的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在最短的時(shí)間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化。

        由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個(gè)端站的GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。

 
一、系統(tǒng)組成 （框架圖）

1）管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)：(數(shù)據(jù)采集器+水表)
        管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)：各監(jiān)控點(diǎn)通過數(shù)據(jù)采集器采集如流量、壓力等數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)。

2）監(jiān)控中心：(服務(wù)器+系統(tǒng)管理軟件)
        服務(wù)器申請配置固定IP地址，采用移動(dòng)通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。監(jiān)控中心RADIUS服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主機(jī)，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3）GPRS/GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)： 
        現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對數(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)實(shí)施
      各監(jiān)控點(diǎn)使用數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連，各信息采集點(diǎn)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，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)傳送采集的信息數(shù)據(jù)。

1）凡自來水公司授權(quán)的信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)； 

2）管網(wǎng)監(jiān)控點(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監(jiān)控中心數(shù)據(jù)通信功能。   

 

        系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集器+水表（如下圖）。產(chǎn)品基于中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，提供標(biāo)準(zhǔn)232數(shù)據(jù)口，RS485，模擬量，脈沖接口。傳輸速率達(dá)171Kbps，具有遠(yuǎn)程診斷、測試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)端站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。

4）監(jiān)控中心管理軟件：

GSM/GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控中央管理軟件是基于“客戶機(jī)/服務(wù)器”（Client/Server）的體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)集中存放在自來水公司后臺服務(wù)器（Linux操作系統(tǒng)、ORACLE數(shù)據(jù)庫）中，自來水公司各相關(guān)部門前臺（WINDOWS操作系統(tǒng)）通過局域網(wǎng)以請求/應(yīng)答方式與后臺服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成相關(guān)各種業(yè)務(wù)。

 

監(jiān)控中心管理軟件主要功能：

1、 對管網(wǎng)儀表(如壓力表)點(diǎn)信息的管理

a. 增加管網(wǎng)儀表點(diǎn)

b. 修改管網(wǎng)儀表點(diǎn)信息

如修改已有管網(wǎng)儀表點(diǎn)的信息比如調(diào)整各點(diǎn)的位置、名稱等信息。

c. 刪除管網(wǎng)點(diǎn)等

 

2、 實(shí)時(shí)監(jiān)控分布在市區(qū)各地的GSM/GPRS遠(yuǎn)程儀表數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過返回的參數(shù)數(shù)據(jù)從而了解管網(wǎng)儀表工作數(shù)據(jù)。

如：現(xiàn)在實(shí)時(shí)監(jiān)控供水各管網(wǎng)段的壓力、水表的累計(jì)計(jì)量讀數(shù)、瞬時(shí)流量等。

 

3、曲線圖分析顯示

根據(jù)各GPRS/GSM遠(yuǎn)程儀表數(shù)據(jù)采集設(shè)備隨著時(shí)間的推移不斷返回的數(shù)據(jù)畫出各儀表點(diǎn)相關(guān)能數(shù)值的曲線變化圖。如累計(jì)流量曲線圖、用水量曲線圖、壓力和瞬時(shí)流量等曲線變化圖；

 

4、響應(yīng)GPRS/GSM遠(yuǎn)程監(jiān)終端報(bào)警響應(yīng)。

a.響應(yīng)各儀表點(diǎn)設(shè)備的電源狀態(tài)報(bào)警，并通過各點(diǎn)顏色的變化來反應(yīng)其狀態(tài)。

b.響應(yīng)壓力異常報(bào)警，如遠(yuǎn)程大表與控制閥門配套使用，系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的壓力參數(shù)響應(yīng)關(guān)閉閥門，可減少自來水公司因管網(wǎng)漏損而造成經(jīng)濟(jì)損失。

c.響應(yīng)流量異常報(bào)警

d.響應(yīng)用水異常報(bào)警

中央管理軟件響應(yīng)各種報(bào)警并通過聲光提示的同時(shí)把相關(guān)報(bào)警以短信的形式發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人。

 

5、GPRS/GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備相關(guān)參數(shù)設(shè)置　如：壓力表上下限報(bào)警工作參數(shù)等。

 

6、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表

 

7、系統(tǒng)配置輔助管理

a) 系統(tǒng)的權(quán)限管理

b) 系統(tǒng)的日志管理

c) 系統(tǒng)自動(dòng)備份管理

 

        本系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)各種用水異常報(bào)警（如水表停轉(zhuǎn)、水表拆卸、壓力異常、流量異常等），且水表采集器能自動(dòng)區(qū)分水表因管網(wǎng)壓力波動(dòng)而造成的水表反轉(zhuǎn)（即水表倒轉(zhuǎn)，因?yàn)槟壳笆袌錾系钠胀ㄟh(yuǎn)傳大表是無法區(qū)分水表的正反轉(zhuǎn)的，這樣勢必會引起許多不必要的用水糾紛），由監(jiān)控中心的管理系統(tǒng)顯示出水表的正轉(zhuǎn)數(shù)與反轉(zhuǎn)數(shù)，以便于用水管理部門加以分析、判斷。一旦現(xiàn)場水表出現(xiàn)用水異常，水表采集器將以短信方式通知水管理部門或者維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)，而不會像普通大口徑水表只有到抄表人員下一次抄表時(shí)才有可能發(fā)現(xiàn)因水表卡住、水表漏水、水表破損等原因造成的用水異?，F(xiàn)象。

 

        該系統(tǒng)已在多家水務(wù)公司成功應(yīng)用，如到2007年10月，上海水務(wù)部門已安裝近百臺大表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施效果顯著，其中因水表停轉(zhuǎn)、管網(wǎng)漏水各一臺水表的用水異常，系統(tǒng)都及時(shí)響應(yīng)，故障得到了及時(shí)的處理，減少了水管理部門的損失，提高了水管理部門的工作效率。

 

        GPRS/GSM遠(yuǎn)程大表監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器采用全新的整機(jī)維護(hù)概念，數(shù)據(jù)采集器具有自我診斷功能，當(dāng)出現(xiàn)電池欠壓、磁干擾、設(shè)備被移動(dòng)等故障時(shí)，會自動(dòng)上傳至監(jiān)控中心報(bào)警，以便管理人員、維修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，使你的工作更為輕松。由于我們選擇了中國移動(dòng)的GPRS系統(tǒng)作為城市供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺，這也使得我們實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)的零維護(hù)，因?yàn)镚SM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是中國移動(dòng)新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建自來水供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點(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)簡單。

 

        GPRS/GSM大表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費(fèi)方式，按流量計(jì)算0.03元/kbyte，而包月制30元/月有500M流量，可滿足目前監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)量，估計(jì)日后其費(fèi)用會逐步降低。對于用戶來說，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)管網(wǎng)監(jiān)控點(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，適合于供水管網(wǎng)監(jiān)控工作的特點(diǎn)，能很好地滿足供水調(diào)監(jiān)控的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的移動(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)通信公司的營收也隨之增加，調(diào)動(dòng)了運(yùn)營商的積極性，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。

 

        目前，我公司的大表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的水表采集器分為一體式和分體式兩種結(jié)構(gòu)，所謂分體式結(jié)構(gòu)是指水表與采集器是分離的，而一體式結(jié)構(gòu)是指水表與采集器是形成了一個(gè)整體，由于大表的安裝環(huán)境較為惡劣，大多安裝在偏僻的戶外或者地井下，這就對水表的防水性能有了較高的要求（IP67），且移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號的強(qiáng)弱也直接影響水表數(shù)據(jù)的傳輸，因?yàn)榘惭b在地井下水表的信號是很弱的，如采用分體式水表將水表天線外置出來，雖然可以解決信號弱的問題，但分體式結(jié)構(gòu)水表的安裝不太方便，采集器與水表的連接線路以及外置的天線也容易受到破壞，這就給水管理部門的維護(hù)帶來了一定麻煩，所以，我公司在此項(xiàng)目的實(shí)施過程中，根據(jù)水表的安裝環(huán)境，因地制宜，露天安裝就采用一體式結(jié)構(gòu)水表，以提高水表抗破損能力，地井安裝就采用分體式結(jié)構(gòu)水表，以加強(qiáng)水表的信號發(fā)射與接收能力。

 

        綜上所述，我們認(rèn)為由GPRS/GSM構(gòu)建的供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對水管理部門的營銷管理工作是很有推廣價(jià)值的，從管理效率來說，以前水管理部門對大口徑水表基本為每月或兩月一抄，隨著供水區(qū)域的擴(kuò)大，營業(yè)部門的抄表壓力陡然增加，GPRS/GSM遠(yuǎn)程大表可以有效的緩解這一矛盾，對分布分散的大表抄收工作充分體現(xiàn)出其速度優(yōu)勢。同時(shí)，該方式對于管路中出現(xiàn)的計(jì)量問題發(fā)現(xiàn)于萌芽階段，迅速處理，提高了管理效率。從經(jīng)濟(jì)效益來說，可能在設(shè)備的投入上有一定的增加，但問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)解決，它所挽回的經(jīng)濟(jì)損失都將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過先前的設(shè)備投資，且GPRS/GSM遠(yuǎn)程大表的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)對于水管理部門加速資金回籠，提高收費(fèi)率都具有重大意義。