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GPRS dtu在油田行业应用
一、项目背景
&&&&&&&&&&& 油田是一个以油气生产为主，集勘探、开发、施工作业、后勤辅助生产、多种经营、社会化服务为一体的，专业门类齐全的国有特大型企业。油田的勘探、钻井、测井、录井等是野外作业，流动性强，点多、分散、距离长，施工现场与公司之间的信息交流长期以来没有好的解决方案。油田管理层十分重视油田信息化建设，明确提出了未来一个时期油田信息化建设的具体目标。
&&&&&&&&&&& 借助“油井数据监控系统”，管理人员足不出户就可以通过该系统随时观测到油井的生产状况。油井工作的相关数据每隔两小时传输一次，机井一旦出现故障，示意图就会标示感叹号，维护人员就能够在最短的时间内赶到现场，及时排除故障。以前，采油测试工要到每个现场进行测试，费时费力不说，对每口井的工作状态也很难把握，有时一口井发生故障，往往许多天后才发现。
&&&&&&&&&&& 油田工作环境恶劣，雷击、地震及人为破坏等时有发生，怎样把油井运行的相关数据传送到中心控制室一直是个难题。以前，油田曾采用微波、数传电台的方式采集数据，但实际使用过程中，效果不理想，高成本的投入和频繁的维护让采油单位不堪重负。引入了GPRS钻井数据上报系统之后，通过固定在机架上的传感器，管理人员可以及时了解各个机井的工作压力、采油时电压、蒸汽温度等数据，从而确保了油井的安全运转。
&&&&&&&&&&& 油田还可依托GPRS/GSM网络，实现了抄表自动化、精确化。用电控制中心对油厂用电的运行状态可以通过电子显示屏进行监控，每个控制点将用电状态以短信息的形式及时传送到控制中心，这样就可以自动、高效、及时地掌握油田用电情况，自动生成配电计划，实行科学的电力营销和管理。这套装置克服了以前人工抄表准确率低、费时费力、缺少集中有效的管理的弊端，解决了生产的后顾之忧。
&&&&&&&&&&& 二、GPRS方案优点
&&&&&&&&&&& 中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建油井数据采集传输系统，实现油井数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS系统作为环保信息采集传输系统的数据通信平台。
GPRS油井数据监控系统具备如下特点：
1、可靠性高：
&&&&&&&&&&& 与SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。
2、实时性强：
GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
3、监控范围广：
GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于环保信息采集点数量众多，分布在全省范围内，部分环保信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。因此采用GPRS网络是其理想的选择。&&&&&&&&&&&
4、系统建设成本低：
&&&&&&&&&&& 由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低；也免去了网络维护费用。
5、系统运营成本低：
&&&&&&&&&&& 采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流量收费，从而实现了系统的低成本通信。
6、可对各监测点仪器设备进行控制：
&&&&&&&&&&& 通过GPRS数据监控中心，可实现对现场设备的远程控制，例如：远程开关控制，远程复位控制，远程状态查询，远程参数配置，远程固件升级等。
7、系统的传输容量，扩容性能好：
&&&&&&&&&&& 油井监控中心要和每一个油井数据采集点实现实时连接。由于油井数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监控中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。
8、GPRS传输功耗小，适合野外供电环境：
&&&&&& 虽然与远在千里的数据中心进行双向通信，GPRS数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可,其整体功耗与一台普通GSM手机相当, 平均功耗仅为200毫瓦左右，比传统数传电台小得多。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。
三、解决方案介绍
&&&&&&&&&&& 由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名，各个数据采集点采用GPRS模块通过IP地址或域名来访问该主机，从而进行数据通信。
&&&&&&&&&&& （一）系统结构
1、油田信息采集点：
&&&&&&&&&&& 油田信息采集点通过油井控制器自动采集油井信息，通过RS232或RS485接口与GPRS DTU终端相连，油井控制器采集到的数据通过GPRS DTU终端的内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS无线网络。
2、油田中心站：
a）公网接入方案
服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的数据采集应用。
b）专网接入方案
服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线, 申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当油田信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量数据采集应用。
&&&&&&&&&&& 监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。
3、GPRS/GSM移动数据传输网络：
&&&&&&&&&&& 油田信息采集点的数据经GPRS/GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。
（二）系统方案
&&&&&&&&&&& 各采集点使用GPRS透明数据传输终端，通过移动GPRS网络与监控中心相连。各采集点使用移动通信公司的GPRS普通数据卡或APN专用数据卡，同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记, 并与采集点信息进行关联，以便识别和维护处理。油田信息中心运行监控软件，实时采集油田数据。
&&&&&&&&&&& 经授权的信息采集点均可以使用本系统：
1、油田信息采集点必须使用移动统一的APN卡，用户使用本卡只能用于与油田信息监孔中心通信。
2、终端设备使用成都众山科技有限公司提供的GPRS移动数据通信终端。
3、用户登记：符合油田管理部门的规定。
&&&&&&&&&&& （三）产品特性
&&&&&&&&&&& 系统采用ZSD3120 GPRS DTU无线透明数据传输终端。产品基于中国移动的GPRS网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232/RS485接口, 可直接与PC、单片机系统、RTU测控终端、PLC、GPS接收机、数据集中器等连接，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站点之间的数据采集和控制。
1、内置TCP/IP协议栈，针对GPRS网络优化
2、提供GPRS无线数据双向传输功能
3、提供RS232/RS485/RS422接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+标准
5、支持自动心跳，保持永久在线
6、透明数据传输：为用户的数据设备提供双向100K大容量数据缓冲区，支持大数据包传输
7、自动拨号连接：DTU上电自动拨号上网、连接网络，支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接
8、提供短信通道，内置Unicode国际编码转换表
9、支持远程短信/电话唤醒
10、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能
11、支持中心为固定IP或动态域名
12、心跳报告时间间隔用户可设定
13、支持点对点、点对多点、多点对多点对等& 数据传输
14、支持APN数据专网业务
15、安装灵活、使用方便、可靠
16、支持多数据中心，自动切换
17、适应低温和高温工作环境
18、EMC抗干扰设计，适合电磁恶劣环境应用
19、复合式看门狗技术，永不当机
20、整机低功耗技术，在线待机电流&20mA
（四）系统功能
1、数据检测功能：自动监测、记录采油设备上的电压、电流、电度、温度、压力、流量、液位、界面、含水、示功图、红外报警等数据。采集数据的格式为模拟、数字和串行通信口。还能完成流量和电度的积算。
2、数据共享功能：所测数据以及采油设备的工作状态可以传输到局域网上，实现多方远程数据共享。
3、显示功能：总流程显示、分组流程显示、全部数据列表、分组数据列表、单个仪表历史数据列表，对于日、月、年显示、故障列表显示。
4、辅助分析功能：及时发现停电、缺相、油管堵塞、盗油、液面过低、配重不平衡等异常情况。
5、报警功能：如果检测值超过设定范围，即声光告警，并能在屏幕上显示出现问题的仪表名称以及参数超出的范围，若有多个数据报警，将按顺序显示超值列表。
6、权限设置功能：权限设置分一般操作员、管理员、超级系统管理三种。利用输入用户名和密码加以限制
&&&&&&&&&&& （五）安全措施
&&&&&&&&&&& 本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
数据中心可通过公网接入,或者到移动专网接入，采用公网接入方式成本比较低，企业不用租用专线，而使用数据专线接入时，GPRS数据传输设备要经过Radius服务器的认证, 整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。
1、APN数据专网模式：企业内部网络中配置APN服务器，移动终端使用APN数据专网，由于采用数据专网,服务器与公网Internet隔离,可以有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
3、可以为每个GPRS数据传设备单独配置 DTU ID号和密码，通过数据中心在其登陆时进行应用层认证，其他没有数据中心分配的DTU ID号和密码的GPRS的设备将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
4、数据加密：可对整个数据传送过程进行加密保护。
5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。
&&&&&&&&&&& 四、结论
&&&&&&&&&&& 数据中心采用有线方式，租用静态IP目前费用约800~1500元/月。采集点采用GPRS无线方式，流量费用目前有包月制和按数据量两种收费方式，按流量计算0.01元-0.03元/KB，而包月制20元/月有1024KB流量，可满足目前数据采集系统的实际数据量，估计日后其费用会逐步降低。
&&&&&&&&&&& 该监控系统中，使用组态软件和GPRS无线数传终端，系统无线遥测遥控主机（RTU）将检测到的单口采油井的现场状态，通过无线方式传送给监控中心，从而实现各单井状态的集中监控，减少人员投入，有力的缩短油井故障发现和排除时间，极大的提高了生产效率，同时系统的性价比特高。另外，本系统还非常适合输油管漏油，盗油监测，在多家采油场中使用，取得了较好的经济效益和社会效益。
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远程数据传输的终端和监控中心的设计
远程数据传输的终端和监控中心的设计
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& & 内容摘要：基于沿岸海洋机动调查测量数据传输的需求，提出以通用分组无线业务(GPRS)作为数据传输的通道，硬件系统采用功能强大的ATmega 128L微控制器嵌入式系统作为数据传输的控制中心，GPRS模块采用内置TCP／IP协议的MC55模块作为数据传输的工具，从而既保证了数据传输的实时性和可靠性，而且非常经济实用。
& & 关键词：GPRS；无线数据
& & 内容摘要：基于沿岸海洋机动调查测量数据传输的需求，提出以通用分组无线业务(GPRS)作为数据传输的通道，硬件系统采用功能强大的ATmega 128L微控制器嵌入式系统作为数据传输的控制中心，GPRS模块采用内置TCP／IP协议的MC55模块作为数据传输的工具，从而既保证了数据传输的实时性和可靠性，而且非常经济实用。
& & 关键词：GPRS；无线数据传输；远程监控；TCP／IP协议
& & 目前沿岸地带的应急机动调查测量，一般是利用临时租用的民船来执行任务。但由于受到远程数据传输手段和船只所携带调查测量设备功能的制约，测量数据只有在完成航次任务返航后，才能将数据带回到岸站中心进行处理和评估，导致测量数据质量评估滞后，使得测量数据的精度、密度、成功率、有效率、覆盖范围等主要技术指标都难以一次达到要求，补充测量时有发生，无法满足应急机动测量的需求。
& & 本文根据目前海洋调查测量技术、嵌入式技术和无线通信技术的发展现状及沿岸海域地域特点，为满足机动海洋调查测量的需求，结合海洋机动调查测量的仪器设备、技术手段、数据采集类型等因素，利用信号覆盖范围能满足沿岸测量需求的GPRS无线通信技术，设计了沿岸海洋机动调查测量数据传输系统，实现岸站或母船的监控中心对一个或多个机动测量船的遥测遥控。
& & 1 数据传输系统结构
& & 本系统主要由监控中心、监测终端和无线通信数据链组成。监测终端从调查测量数据中选取能够代表当前测量状态的信息，收集当前调查测量船的航行状态，并对采集到的信息进行压缩编码，利用无线通信数据链将其发送到监控中心，监控中心对接收的机动调查测量船的航行状态、关键调测数据等信息进行处理，随时对调查测量船进行远程遥控。其构成如图1所示。
& 1．1 GPRS技术简述
& & GPRS是通用分组无线业务的简称，该技术建立在GSM网络的基础上，被称为2．5代移动通信技术，它将无线通信与Internet紧密结合。GP RS作为一种先进的、全新的无线网络承载手段，具有独特优势：
& & (1)GPRS引入分组交换的传输方式，使用者只有在发送或接收数据期间才占用资源，按实际通信的数据流量为计费标准，是一种面向使用的计费，计费方式更加科学合理，大幅降低使用成本。
& & (2)GPRS可提供115 Kbjs传输速率(最高值为171．2 Kb／s)，明显高于其他方式。
& & (3)GPRS提供快速及时的联接，接入时间小于1 s，大幅提高数据收集及监控效率。而且激活GPRS应用后，将永远保持在线，类似于一种无线专线网络。用户只在发送信息时才申请无线资源，其他时间保持激活状态，发送信息的时候无需重新连接。IP数据包通过分组交换技术被分成若干片段，通过不同的路由以存储转发的方式传送到目的端，再组成完整的数据。根据移动的网络状况，每数据包传输时间在1 s左右，并可连续发送，从而保证实时传输的可靠性。
& & (4)GPRS支持Internet上最广泛使用的IP协议和x．25协议，提供了一个完备的基于TCP／IP协议的通信解决方案。
& & GPRS作为一种高速、高效、经济的无线系统，具有网络覆盖范围广、数据带宽宽、适应性强、计价按数据流量计算、实时在线的优点，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大量数据传输，完全满足多点机动测量数据采集及监控的双向数
& & 据信息传输，为机动测量数据采集传输及监控提供了一种新的数据传输通信方式。
& & 1．2 监测终端模块
& & 监测终端通过RS 232串口从机动调查测量船中接收数据，然后进行分析、处理，将数据打成IP包，通过GPRS模块接入GPRS网络，再通过各种网关和路由将数据发送到监控中心。GPRS网络用GGSN接入因特网，GGSN提供了GPRS网络和因特网直接的无缝连接，所以远程传输终端和数据中心的数据传输是透明的。
& & 1．3 监控中心模块
& & 监控中心是整个数据传输系统的通信核心，主要功能是接收和处理监测终端发送来的数据，并对监测终端进行结果反馈，实现数据的双向传输，包括服务器端的数据网络传输和数据库的管理等，同时对整个网络状况进行管理。
& & 在实现监控中心和监测终端通信时，监控中心采用TCP／IP协议和一台接入因特网的PC机来进行数据的接收、处理及对终端的管理。GPRS DTU一开机就自动附着到GPRS网络上，并与监控中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据。GPRS网络采用分组交换方式，针对GPRS的网络特点，采用终端主动发送数据的方式，数据传输效率更高。& & 1．4 系统功能特点
& & (1)数据传输的效率。系统采用TCP协议传输数据，正确率可达99．9％，采用UDP协议正确率在85％左右。
& & (2)数据传输的实时性。根据目前移动GPRS网络状况，一个包长为200 B及以下的数据包需要传送约2 s，200～1 000 B长的数据包大约要3～5 s。数据的发送采用网络信道，数据的接收端则走专线方式，这种方式下表现的结果非常稳定和可靠，时延非常小(1～3 s)。
& & (3)数据传输的稳定性。GPRS模块采用了功能强大的CPU和充足的存储空间，内置操作系统，分别为发送和接收提供不同的进程，保证了数据传输的稳定。
& & (4)数据传输的安全性。除了GPRS网络和无线数据网络本身的安全保障外，GPRS网络接入采用专用VPN连接，可以大大提高数据传输的安全性。
& & (5)系统的经济性。采用GPRS技术，组网简单。系统采用公网VPN(CMNET)接入因特网，组网方式灵活，节省人力资源。
& & 2 系统软硬件设计
& & 2．1 软件部分
& & 首先需制定合理规范的数据通信传输格式，实现数据标准化共享。需要制订的数据格式主要有：单片机对数据处理后存储、加密格式及压缩后通过串口进入GPRS模块的数据格式；打包传输格式；数据处理终端对采集设备控制命令(如加密观测的设置及解除、回补发送)格式，采集端对命令的应答格式；数据存储格式等。软件系统具有如下功能：采集端应用模块对数据的采集、处理、存储、发送；GPRS模块对应用模块发送数据格式的识别、打包发送及对下传指令的识别执行；数据中心IP地址和端口设置，上网指令，数据接收、存储和管理；状态检测及对采集端设备发送控制指令。图2为系统软件流程图。
& & 单片机通信控制单元是数据采集、传输子系统的核心部分，它通过AT指令实现对短信收发模块的控制，把数据以短消息的形式送至远程监控中心，并通过接收到的控制字符采取相应的控制动作。为了实现短消息的收发和系统的控制与管理，可通过设定特征字符的方法实现通信控制模块和短信收发模块之间的数据传输。通信控制模块通过串行口与GSM模块进行数据传输。开机后单片机初始化，通过串口向通信模块发送AT命令，对其进行正确配置。此模块工作时，如果接收到GSM模块传送的数据，便进入串口中断服务程序。在中断服务程序中，对接收到的数据进行检测，如果检测到某一特征字符便调用相应的子程序。单片机部分程序如下所示： & & 2．2 硬件部分
& & 硬件部分主要是GPRS通信接口电路的设计，GPRS通信接口电路原理图如图3所示。
& & GPRS通信接口电路主要由三部分组成：电平转换电路、单片机控制电路和GPRS通信模块电路。电平转换电路实现将输入电平转换为各功能模块所需电平。单片机控制电路主要完成控制电压转换，与GPRS通信模块和采集电路进行异步串行通信等任务。无线通信模块的功能是接收和发送各种指令。单片机接收采集电路指令，控制GPRS发送数据，GPRS通信模块将包括数据信息在内的GPRS分组和专用APN信息经基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再经Internet路由至监控中心，同时，来自监控中心的命令，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到GPRS通信模块，由单片机向底层采集电路发送控制指令，完成校时、状态监测、提取数据等任务。 & & 控制模块电路是整个系统的核心，因此控制芯片的选择尤为重要，选型时，既要考虑到芯片的功耗，又要满足所需的功能，设计中采用Atmel公司研制的ATmega128L微控制器，它采用低功耗CMOS工艺生产，基于RISC结构，具有片内128 KB的程序存储器(FLASH)、4 KB的SRAM和4 KB的E2PROM，2个8位和2个16位硬件定时／计数器，JTAG、SPI等接口，而且它可以在多种不同模式下工作，除了正常操作模式外，还具有六种不同等级的低能耗操作模式，掉电时电流小于25&A，2个异步通信串行口实现分别与通信模块和采集电路功能，完全满足设计需要。 & & 无线通信模块选择Siemens公司的MC55模块，此模块被誉为当今世界上最具价值、尺寸最小的三频GSM／GPRS模块，除具有普通的GSM模块的通话、短信、电话簿管理、CSD(电路交换数据)传输等功能和无线MODEM的GPRS连接功能外，内置完整的TCP／IP协议栈，不仅支持SOCKET连接下的TCP／UDP数据传输，还支持HTTP，FTP，SMTP，POP3等上层应用协议。图4为MC55模块原理框图。
& & & & 由于通信模块工作电压典型值为4．2 V，而单片机工作电压典型值为5 V，因此需要将5 V电压转换为4．2 V。在电路设计中，选用MICR EL公司的MIC29302BU芯片。此芯片具有高电流，高精度，快速的瞬态响应等特点，同时对过流、输入极反向、反插引脚，高温状态具有保护功能。转换电路的外部结构简单，只要几个电阻和电容就可以输出稳定的电压值。电路图如图5所示。
& & GPRS通信模块启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10 ms后(电源电压须大于3 V)，为使之正常工作，必须在IGT引脚加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。启动后，IGT的信号应保持高电平。在设计中，利用单片机的I／O引脚实现对IGT引脚的控制。
& & 通信模块串口的工作电压并不满足TTL电平标准，高电平仅为2．65 V，因此需要在串口信号的TXD和RXD的两个引脚上，利用三极管进行电压调节，将单片机串口输出的TTL电平信号调整到通信模块串口电压。单片机与MC55串行通信电路如图6所示。
3 结语 & & 本文只是探究了远程数据传输的终端和监控中心的设计，对数据采集部分没有涉及。在后期的研究中，可以对数据采集部分进行设计，同时可以考虑对传输数据进行加密，避免网络安全隐患，还可以采用Web技术进行远程数据的传输等等。
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&&& 目前，处理器性能的主要衡量指标是时钟频率。绝大多数的集成电路 （IC） 设计都基于同GPRS DTU无线传输模块城市供水调度监控系统 -- 禹风时代 -- 工控网博客
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一、项目背景
&& 城市供水调度监控系统的主要目的是解决自来水公司对供水各环节监测点的数据采集和监控。该系统由监控中心和各个水源监测点组成，各个水源监测点的数据采集（RTU或PLC）可监视和采集水位、压力、流量、浊度、余氯、泵频等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。
城市供水调度需要对各个自来水厂进行管理，包括自来水公司控制中心、水厂分控中心、管 & 网加压站和水源监控站等。城市供水调度系统一般包括：水司控制中心、多个水厂分控中心、多个水厂监控分站、多个水源井监控站、多个管网加压站和多个管网测压站。
&& 通过实现的城市供水调度监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、水流量的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，低故障率和检修的时间，减少停水次数。各水源监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、水流量的实时数据与开关状态等数据，信息传输到自来水公司的监控中心，监控中心通过对传输回的数据进行分析，可找到出故障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时间内解决问题，恢复供水，提高了整体的服务水平，从而实现了城市供水的信息化、现代化。
&& 目前，自来水供水调度监控系统中采用的数据可简单分为有线和无线两大类，其中有线主要包括架设、电缆或租用电话线、X.25、DDN、ADSL等，而无线则包括超短波、扩频、卫星、 短信/GPRS等。
& & 在城市供水调度监控系统中，由于各管网监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此架设光缆、铺设电缆难度大、不切合实际，向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话线，而且有些监控点线路难以到达，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢，运营成本较高，总之监控系统采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。在监控系统中，无线通信方式主要包括：超短波（230MHz）无线数传、扩频、卫星通信、GSM数字蜂窝通信系统等，其中卫星通信由于通信费用昂贵，只在一些特殊的领域下使用，未得以普及；而扩频通信技术虽然速率高，但只能在视距范围内传输，应用也受到限制。采用超短波数传电台作为传输信道具有组网灵活、扩展容易、维修方便、运行费用低等优点，但由于系统工作于230MHz且多采用普通间接调制的数传电台，这就造成系统易受外界干扰、通信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等缺点。 二、方案选择
&& 经过比较分析，我们选择中国的GPRS系统作为城市供水调度监控系统的数据通信平台。目前，GSM经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信，特别是中国新推出的GPRS数据业务。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在通信公司的GPRS业务平台上构建自来水供水调度监控系统，实现管网监控点的具有可充分利用现有，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。 GPRS无线监控系统具备如下特点：
&& 1、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无延时，系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
&& 2、远程仪器设备控制：由于采用GPRS双向传输系统，监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态、开关以及其他监测、控制等功能；
&& 3、建设成本低：可充分利用现有GSM网络，设备安装即接通，而采用超短波通信时需要充分考虑现场环境，还需要配备天线铁架等附属设备。
&& 4、安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。
采用超短波通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。
&& 1、覆盖范围广。构建供水调度监控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。
&& 由于管网监控点数量众多，分布在全市范围内，部分管网监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用超短波通讯方式，覆盖范围只有30多公里；而采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。
&& 2、数据传输速率高。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。
&& 3、系统的传输容量大。监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接。由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
&& 4、通信费用低。由于GPRS采用包月计费的方式，运营维护成本低，月通信费用将在200元之内。
三、解决方案介绍
&& 由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，监控中心计算机主机配置固定的IP地址，各个端站的和该主机进行通信。 （一）系统组成 1、管网监控点：
&& 管网监控点：各监控点通过数据采集模块采集如压力、流量等数据，，通过RS232接口与相连，通过内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络。 2、监控中心：
&& 服务器申请配置固定IP地址，采用省公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当管网监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。
&& 监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。 3、GPRS/GSM移动数据传输网络：
&& 现场监控点采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。 （二）系统方案
&& 各监控点使用，通过移动的GPRS网络与监控中心相连。 各污染源数据采集点使用移动通信公司统一的STK卡，同时监控中心对各点进行登记，保存相关以便识别和维护处理。各信息采集点运行监控系统软件，支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的信息数据。 凡自来水公司授权的信息采集点均可以使用本系统：
&& 1、管网监控点必须使用移动统一的STK卡，用户使用本卡只能用于与监控中心数据通信功能。
&& 2、终端设备使用北京禹风实现信息技术有限公司提供的。
&& 3、用户登记：符合自来水公司的规定。 （三）产品特性
&& 系统采用YN2010 系列。产品基于中国移动的GPRS网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达171Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。 （四）安全措施
&& 由于供水调度监控系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
&& 数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过radius服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。
&& 另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。
&& 对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。
&& 1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。
&& 2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
&& 3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
&& 4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。
&& 5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。 四、结论
&& 采用GPRS构建供水调度监控系统系统，目前有包月制和按数据量两种收费方式，可满足目前监控系统的实际数据量。对于用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当管网监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于供水调度监控工作的特点，能很好地满足供水调监控的需求，而且，做为网络的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户数量的增加，移动通信公司的营收也随之增加，调动了的积极性，符合网络建设和网络应用同步的要求。}