北京市自來水集團京兆水表有限責任公司 馮勇平
摘 要：目前自來水公司的抄表方式大多為人工入戶抄表方式和現(xiàn)場手持抄表器與集中對接的半自動化抄表方式，本文提出了一種基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺的遠程抄表系統(tǒng)，詳細介紹了GPRS通訊技術(shù)、系統(tǒng)的構(gòu)架、系統(tǒng)主要功能及其特點。該系統(tǒng)的應(yīng)用將實現(xiàn)全自動化抄表方式。
關(guān)鍵詞：GPRS網(wǎng)絡(luò)、GPRS遠程抄表系統(tǒng)、系統(tǒng)構(gòu)架、系統(tǒng)功能。
1 引言
隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展、供水區(qū)域范圍的不斷擴大，傳統(tǒng)的人工抄表方式已經(jīng)不能滿足供水企業(yè)對水費回收、水表見數(shù)率、水表運行狀況和建設(shè)數(shù)字化管理技術(shù)平臺的要求，因此逐步建立城市遠程抄表、監(jiān)控系統(tǒng)，利用科技手段提高水計量管理水平已成為人們的共識。
從技術(shù)角度分析，基于中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)通信平臺建設(shè)一個自來水抄表系統(tǒng)方案在目前是最可行的。該抄表系統(tǒng)的應(yīng)用將實現(xiàn)全自動化抄表方式，可謂抄表方式中的一次革命，它將逐步取代人工抄表方式和半自動化抄表方式實現(xiàn)水表的實時檢測管理，使用戶用水量和用水狀況的實時分析成為可能，為供水企業(yè)科學調(diào)度和管理提供必要手段；并且該抄表系統(tǒng)的應(yīng)用將降低抄表工作難度，提高工作效率，查表收費的成本將不斷降低。
2 GPRS 通訊技術(shù)
GPRS 是通用無線分組業(yè)務(wù)的縮寫( General Packet Radio System) ,是介于移動通信第二代和第三代技術(shù)之間的一種過渡形式,通常稱為2.5G,目前通過升級GSM 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。它是一個混合體,采用TDMA 方式傳輸語音,采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)。GPRS 提供端到端的、廣域的無線IP 連接,采用信道捆綁和增強數(shù)據(jù)速率改進而實現(xiàn)了高速接入,使無線資源得到充分利用。目前第一代GPRS 技術(shù)可以實現(xiàn)在一個載頻或8 個信道中實現(xiàn)捆綁,將每個信道的傳輸速率提高到 1 14.4Kbps ,因此GPRS 通訊方式的最大速率是8 ×14.4 = 115.2Kbps。GPRS發(fā)展的第二步是通過增強數(shù)據(jù)速率改進( EDGE) 將每個信道的速率提高到 48Kbps , 因此第二代的GPRS 設(shè)計速率為384Kbps。它更適合于大多數(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),如移動辦公室, Internet 接入等。GPRS 通訊方式的主要優(yōu)點表現(xiàn)在:
(1) 瞬間上網(wǎng)。GPRS 的用戶一開機,就始終附著在GPRS 網(wǎng)絡(luò)上,每次使用時只需一個激活的過
程,一般只需要2～3 秒的時間馬上就能登錄至互聯(lián)網(wǎng),通訊網(wǎng)絡(luò)的建立過程十分迅速。
(2) 永遠在線。GPRS 由于使用了數(shù)據(jù)分組技術(shù),用戶上網(wǎng)可以避免斷線情況的出現(xiàn),由此保證
GPRS 永遠在線。只要用戶的GPRS“手機”處于開機狀態(tài),就一直與移動GPRS 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。
(3) 快速傳輸。GPRS 由于采用了經(jīng)濟高效的數(shù)據(jù)分組交換技術(shù),數(shù)據(jù)封裝在每個分組上網(wǎng)發(fā)送,發(fā)送后不需要此容量時就立即釋放,提供了即時連接和高速接入,可使無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達到56Kbps～114Kbps ,這樣的通訊速度完全可以和專用通訊線路方式相媲美。
(4) 數(shù)據(jù)吞吐量大。GPRS 所提供的數(shù)據(jù)速率取決于所采用的編碼方案,高的傳輸速率保證了大的數(shù)據(jù)流量。GPRS 上網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)吞吐量可高達115Kbit/s。
(5) 按量計費。GPRS 技術(shù)是一種面向非連接的技術(shù),用戶雖然可以總掛在網(wǎng)上,但按實際通信流量計費。這種計費方式尤其適合于水表抄收這種間斷性數(shù)據(jù)傳遞,可以大大降低通信費用。
3 GPRS抄表系統(tǒng)的架構(gòu)
GPRS抄表系統(tǒng)是架構(gòu)在自來水集團內(nèi)部組建的GPRS數(shù)據(jù)管理中心的網(wǎng)絡(luò)上，通過中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)將遠端的所有電子遠傳水表的流量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，再由數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器接入企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，然后將數(shù)據(jù)分配到各個營銷中心。GPRS抄表系統(tǒng)的架構(gòu)示意如圖1所示。
數(shù)據(jù)中心設(shè)有一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器和多臺前置抄表終端。數(shù)據(jù)服務(wù)器的一端通過DDN專線（光纖）接入中國移動內(nèi)部的局域網(wǎng)，稱為外網(wǎng)；另一端通過交換機接入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，稱為內(nèi)網(wǎng)。數(shù)據(jù)服務(wù)器分配有合法的IP地址，通過APN端口與移動GPRS網(wǎng)絡(luò)進行通信。數(shù)據(jù)服務(wù)器的低端與8臺前置抄表終端相連，并采用隧道技術(shù)綁定同一IP地址。每臺抄表終端分別負責接收中國移動轉(zhuǎn)發(fā)的GPRS抄表器發(fā)送的用水數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)解析后傳送給數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫保存。數(shù)據(jù)服務(wù)器通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，將各區(qū)的用戶水表數(shù)據(jù)分配到各營銷中心，由各營銷中心的管理系統(tǒng)完成水表計費。
數(shù)據(jù)服務(wù)器將水表流量數(shù)據(jù)保存到實時和歷史的水表數(shù)據(jù)庫中，并以列表方式顯示所有遠端水表流量數(shù)據(jù)，并能檢索和查找任一水表用戶信息。實時數(shù)據(jù)的列表中包括水表用戶號、設(shè)備地址、數(shù)據(jù)時間和具體數(shù)據(jù)。列表按照用戶號或設(shè)備地址順序?qū)?shù)據(jù)一行行列出，如果設(shè)備
站點很多時，則按照一定條件將水表設(shè)備劃分成組，例如按照地理位置或者按照儀表類型來劃分，每頁列表只顯示一組水表設(shè)備的數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)中的服務(wù)器可以支持8臺前置抄表機，每個前置抄表機又可以支持2萬臺抄表器，每臺抄表器最多可以連接255支電子遠傳水表。整個抄表系統(tǒng)可以支持16萬臺抄表器，4千萬個水表節(jié)點，完全可以滿足大、中、小型自來水公司抄表計費管理的需要。
GPRS抄表器不僅支持點對點的抄表，還可以支持點對多點的抄表。每臺抄表器直接面向水表進行抄表操作，而不需要通過集中器，這對簡化抄表系統(tǒng)、降低系統(tǒng)成本具有重要意義。為保護現(xiàn)有設(shè)備投資，GPRS抄表器也可以通過現(xiàn)有的集中器進行抄表，因而不需要對現(xiàn)已安裝使用的電子遠傳水表、集中器進行任何技術(shù)改造，就可以快速連接到GPRS抄表系統(tǒng)上。
4 GPRS抄表系統(tǒng)的主要功能
基于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺而組建的GPRS遠程抄表系統(tǒng)（GRCS），其主要功能是自動抄讀水表用水數(shù)據(jù)，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將用水數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，從而實現(xiàn)遠程自動抄表，以取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場人工抄表方式，進一步滿足自來水抄表和計費管理的需要。
4.1 抄表服務(wù)器的功能
（1）數(shù)據(jù)收集功能：接收遠程抄表器定時發(fā)送的水表數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)定的水表通信協(xié)議解析出水表流量數(shù)據(jù)。
（2）任意查詢功能：數(shù)據(jù)中心可以隨意查詢用戶端任何一塊表的任何數(shù)據(jù)。
（3）異常報警功能：現(xiàn)場水表出現(xiàn)故障時，故障信息可以傳遞到數(shù)據(jù)中心，用水量異常，數(shù)據(jù)中心顯示器屏幕上出現(xiàn)報警信息。
（4）數(shù)據(jù)儲存功能：在服務(wù)器內(nèi)建立實時和歷史的數(shù)據(jù)庫，分別用于保存每塊水表當前累計流量和月、年歷史的累計流量。數(shù)據(jù)庫中為每種不同類型的儀表設(shè)置了相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)表和歷史數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)庫容量取決于GPRS網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)和數(shù)據(jù)內(nèi)容。
（5）分析打印功能：上報數(shù)據(jù)自動生成報表、曲線、可以打印。
（6）歷史查詢功能：用戶很方便查詢到歷史數(shù)據(jù)。
（7）遠程維護功能：在數(shù)據(jù)中心可以對現(xiàn)場傳輸設(shè)備進行遠程維護管理。
（8）數(shù)據(jù)上傳功能：通過數(shù)據(jù)庫交換方式將水表的原始數(shù)據(jù)上傳到指定的數(shù)據(jù)中心，如營銷中心的計費管理系統(tǒng)。
4.2 抄表器功能
（1）抄表功能：通過總線接口抄讀水表數(shù)據(jù)。在抄表時，根據(jù)規(guī)定的通信協(xié)議和抄表時間自動發(fā)出抄表命令，并通過串行接口接收的水表數(shù)據(jù)并保存到緩沖區(qū)以備發(fā)送。
（2）數(shù)據(jù)處理功能：將保存的水表流量數(shù)據(jù)，根據(jù)IP棧協(xié)議重新封裝成GPRS數(shù)據(jù)幀進行發(fā)送。發(fā)送采用多主模式，即根據(jù)設(shè)置的發(fā)送間隔時間進行周期性的發(fā)送，如每日的任意時刻發(fā)送。
（3）數(shù)據(jù)接收功能：在每次發(fā)送之后的規(guī)定時隙內(nèi)，接收中心設(shè)備發(fā)送的命令或數(shù)據(jù)，這種兼從接收方式，使得抄表器在每次發(fā)送之后接收中心設(shè)備的管理控制。
（4）休眠功能：對于由電池供電的抄表器，在完成一次規(guī)定的抄表和數(shù)據(jù)發(fā)送之后，抄表器自動進入停機狀態(tài)，停機狀態(tài)下的平均工作電流僅為幾個微安。喚醒抄表和發(fā)送由內(nèi)部時鐘定時啟動。
（5）遠程配置功能：抄表模塊可以在規(guī)定的時間內(nèi)接受遠程管理配置，如抄表模塊在建立一次發(fā)送之后的時隙內(nèi)、約定的聯(lián)機時間內(nèi)和報警時間內(nèi)。
5 結(jié)論
基于中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)通信平臺建設(shè)一個自來水抄表系統(tǒng)使抄表技術(shù)上了一個臺階。它是一種通過中國移動網(wǎng)絡(luò)將水表數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心的抄表方式，它不但節(jié)省了大量的人力物力、避免手工抄寫帶來的差錯，同時也大大加快了數(shù)據(jù)分析的速度；它與其它抄表方式相比，具有網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、無距離限制等優(yōu)勢，由于借助于公網(wǎng)、免用戶維護、實行按量計費,大大降低了系統(tǒng)投資和運行成本。這種全自動化抄表方式具有廣闊的發(fā)展前途，尤其是在自來水大客戶抄表、管理領(lǐng)域更具有實用性。
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