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一、項目背景
城cheng市shi供gong水shui調tiao度du監jian控kong係xi統tong的de主zhu要yao目mu的de是shi解jie決jue自zi來lai水shui公gong司si對dui供gong水shui各ge環huan節jie監jian測ce點dian的de數shu據ju采cai集ji和he監jian控kong。該gai係xi統tong由you監jian控kong中zhong心xin和he各ge個ge水shui源yuan監jian測ce點dian組zu成cheng，各ge個ge水shui源yuan監jian測ce點dian的de數shu據ju采cai集ji終zhong端duan（RTU或PLC）可監視和采集水位、壓力、流量、濁度、餘氯、泵頻等各種數據，供控製中心及有關部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水質量，滿足日益增產的用水量的需求。
城市供水調度需要對各個自來水廠進行管理，包括自來水公司控製中心、水廠分控中心、管網加壓站和水源監控站等。城市供水調度係統一般包括：水司控製中心、多個水廠分控中心、多個水廠監控分站、多個水源井監控站、多個管網加壓站和多個管網測壓站。
城市供水調度監控係統可以對遠程現場的運行設備進行監視和控製，以實現管道壓力、水shui流liu量liang的de數shu據ju傳chuan送song及ji閥fa門men開kai關guan的de自zi動dong控kong製zhi，降jiang低di了le故gu障zhang率lv和he提ti高gao了le對dui係xi統tong的de反fan應ying時shi間jian。便bian於yu及ji時shi迅xun速su的de了le解jie及ji控kong製zhi遠yuan端duan管guan道dao及ji閥fa門men，低di故gu障zhang率lv和he檢jian修xiu的de時shi間jian，減jian少shao停ting水shui次ci數shu。各ge水shui源yuan監jian測ce點dian的de數shu據ju采cai集ji終zhong端duan可ke自zi動dong采cai集ji管guan道dao壓ya力li、水shui流liu量liang的de實shi時shi數shu據ju與yu開kai關guan狀zhuang態tai等deng數shu據ju，信xin息xi傳chuan輸shu到dao自zi來lai水shui公gong司si的de監jian控kong中zhong心xin，監jian控kong中zhong心xin通tong過guo對dui傳chuan輸shu回hui的de數shu據ju進jin行xing分fen析xi，可ke找zhao到dao出chu故gu障zhang的de地di點dian，從cong而er當dang一yi個ge遠yuan端duan出chu現xian故gu障zhang時shi，能neng在zai最zui短duan的de時shi間jian內nei解jie決jue問wen題ti，恢hui複fu供gong水shui，提ti高gao了le整zheng體ti的de服fu務wu水shui平ping，從cong而er實shi現xian了le城cheng市shi供gong水shui的de信xin息xi化hua、現代化。
目前，自來水供水調度監控係統中采用的數據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、擴頻通信、衛星通信、GSM 短信/GPRS通信等。
在城市供水調度監控係統中，由於各管網監控點分布範圍廣、數量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此架設光纜、鋪設電纜難度大、不(bu)切(qie)合(he)實(shi)際(ji)，向(xiang)電(dian)信(xin)部(bu)門(men)租(zu)用(yong)專(zhuan)用(yong)電(dian)話(hua)線(xian)又(you)要(yao)申(shen)請(qing)很(hen)多(duo)電(dian)話(hua)線(xian)，而(er)且(qie)有(you)些(xie)監(jian)控(kong)點(dian)線(xian)路(lu)難(nan)以(yi)到(dao)達(da)，況(kuang)且(qie)采(cai)用(yong)電(dian)話(hua)線(xian)路(lu)時(shi)需(xu)要(yao)等(deng)待(dai)漫(man)長(chang)的(de)電(dian)話(hua)撥(bo)號(hao)過(guo)程(cheng)，速(su)度(du)慢(man)，運(yun)營(ying)成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)，總(zong)之(zhi)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)有(you)線(xian)通(tong)信(xin)方(fang)式(shi)建(jian)設(she)周(zhou)期(qi)長(chang)、工作難度大、運行費用高，不便於大規模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優點。在監控係統中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數傳、擴頻、衛星通信、GSM數字蜂窩通信係統等，其中衛星通信由於通信費用昂貴，隻在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術雖然速率高，但隻能在視距範圍內傳輸，應用也受到限製。采用超短波數傳電台作為傳輸信道具有組網靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優點，但由於係統工作於230MHz且多采用普通間接調製的數傳電台，這就造成係統易受外界幹擾、通信速率低、誤碼率高、數據傳送量不大、信號覆蓋範圍小等缺點。
二、方案選擇
經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS係統作為城市供水調度監控係統的數據通信平台。目前，GSM網絡經過電信部門的多年建設，覆蓋範圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是中國移動新推出的GPRS數據業務。GSM/GPRS係統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業ye務wu平ping台tai上shang構gou建jian自zi來lai水shui供gong水shui調tiao度du監jian控kong係xi統tong，實shi現xian管guan網wang監jian控kong點dian的de無wu線xian數shu據ju傳chuan輸shu具ju有you可ke充chong分fen利li用yong現xian有you網wang絡luo，縮suo短duan建jian設she周zhou期qi，降jiang低di建jian設she成cheng本ben的de優you點dian，而er且qie設she備bei安an裝zhuang方fang便bian、維護簡單。
GPRS無線監控係統具備如下特點：
1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由於GPRS具有實時在線特性，係統無時延，係統能夠同時實時收取、處理多個/所有監測點的各種數據，無需輪巡就可以同步監測點的時鍾可很好的滿足係統對數據采集和傳輸實時性的要求。
2、遠程儀器設備控製：由於采用GPRS雙向傳輸係統，監控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控製等功能；
3、建設成本低：可充分利用現有GSM網絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。
4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GSM網(wang)絡(luo)，係(xi)統(tong)投(tou)入(ru)運(yun)行(xing)時(shi)基(ji)本(ben)不(bu)需(xu)要(yao)調(tiao)試(shi)，安(an)裝(zhuang)簡(jian)捷(jie)。采(cai)用(yong)超(chao)短(duan)波(bo)通(tong)信(xin)時(shi)安(an)裝(zhuang)調(tiao)試(shi)工(gong)作(zuo)量(liang)大(da)，要(yao)先(xian)進(jin)行(xing)現(xian)場(chang)信(xin)號(hao)測(ce)試(shi)，天(tian)線(xian)鐵(tie)架(jia)架(jia)設(she)，天(tian)線(xian)方(fang)向(xiang)角(jiao)度(du)調(tiao)試(shi)等(deng)工(gong)作(zuo)。
1、覆蓋範圍廣。構建供水調度監控係統要求數據通信覆蓋範圍廣，擴容無限製，接入地點無限製，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。
由you於yu管guan網wang監jian控kong點dian數shu量liang眾zhong多duo，分fen布bu在zai全quan市shi範fan圍wei內nei，部bu分fen管guan網wang監jian控kong點dian位wei於yu偏pian僻pi地di區qu，而er且qie地di理li位wei置zhi分fen散san。采cai用yong超chao短duan波bo通tong訊xun方fang式shi，覆fu蓋gai範fan圍wei隻zhi有you30多公裏；而采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋範圍之內，都可以實現監控。
2、數據傳輸速率高。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數據傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電台傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
3、係xi統tong的de傳chuan輸shu容rong量liang大da。監jian控kong中zhong心xin站zhan要yao和he每mei一yi個ge管guan網wang監jian控kong點dian實shi現xian實shi時shi連lian接jie。由you於yu管guan網wang監jian控kong點dian數shu量liang眾zhong多duo，係xi統tong要yao求qiu能neng滿man足zu突tu發fa性xing數shu據ju傳chuan輸shu的de需xu要yao，而erGPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。
4、通信費用低。由於GPRS采用包月計費的方式，運營維護成本低，月通信費用將在200元之內。
三、解決方案介紹
由於GPRS通信是基於IP地址的數據分組通信網絡，監控中心計算機主機配置固定的IP地址，各個端站的GPRS模塊和該主機進行通信。
（一）係統組成
1、管網監控點：
管網監控點：各監控點通過數據采集模塊采集如壓力、流量等數據，，通過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連，通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝後發送到GSM網絡。
2、監控中心：
服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。由於DDN專線可提供較高的帶寬，當管網監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據後先進行AAA認證，後傳送到監控中心計算機主機，通過係統軟件對數據進行還原顯示，並進行數據處理。
3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：
現場監控點采集的數據經GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。
（二）係統方案
各監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動的GPRS網絡與監控中心相連。
各汙染源數據采集點使用移動通信公司統一的STK卡，同時監控中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行監控係統軟件，支持24小時實時在線，實現信息采集點24小時傳送采集的信息數據。
凡自來水公司授權的信息采集點均可以使用本係統：
1、管網監控點必須使用移動統一的STK卡，用戶使用本卡隻能用於與監控中心數據通信功能。
2、終端設備使用飛旗科技提供的GPRS移動數據通信終端。
3、用戶登記：符合自來水公司的規定。
（三）產品特性
係統采用飛旗的WTE0401G係列GPRS無線透明數據傳輸終端。產品基於中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗幹擾能力強等特點，提供標準232數據口可直接與計算機、RTU、PLC、GPS接收機、數碼相機、數據終端等連接，傳輸速率達171Kbps，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控製中心與眾多遠端站之間的數據采集和控製。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、PCMCIA。
3、係統理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作係統。
5、支持透明數據傳輸與協議轉換 。
6、支持VPN安全功能。
7、安裝靈活、使用方便、可靠。
（四）安全措施
由you於yu供gong水shui調tiao度du監jian控kong係xi統tong的de特te殊shu性xing，本ben係xi統tong需xu要yao極ji高gao的de係xi統tong安an全quan保bao障zhang和he穩wen定ding性xing。安an全quan保bao障zhang主zhu要yao是shi防fang止zhi來lai自zi係xi統tong內nei外wai的de有you意yi和he無wu意yi的de破po環huan，網wang絡luo安an全quan防fang護hu措cuo施shi包bao括kuo信xin道dao加jia密mi、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火牆等。穩定是指係統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，係統也不能中斷運行。
數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Ｒａｄｉｕｓ服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。
另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。
對於安全性要求非常高的係統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高係統的安全性。
1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對 整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某係統的範圍,隻有屬於指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對於特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入係統，係統的安全性進一步增強。
4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。
5、網絡接入安全鑒定機製：采用防火牆軟件，設置網絡鑒權和安全防範功能，保障係統安全。
四、結論
采用GPRS構建供水調度監控係統係統，目前有包月製和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.03元/kbyte，而包月製20元/月有1024 k流liu量liang，可ke滿man足zu目mu前qian監jian控kong係xi統tong的de實shi際ji數shu據ju量liang，估gu計ji日ri後hou其qi費fei用yong會hui逐zhu步bu降jiang低di。對dui於yu用yong戶hu來lai說shuo，由you於yu通tong信xin費fei用yong較jiao低di，享xiang受shou到dao了le實shi惠hui。另ling外wai，由you於yu接jie入ru設she備bei可ke以yi移yi動dong，當dang管guan網wang監jian控kong點dian搬ban遷qian時shi設she備bei可ke隨sui之zhi遷qian移yi並bing可ke繼ji續xu使shi用yong，可ke以yi保bao護hu用yong戶hu原yuan有you投tou資zi，適shi合he於yu供gong水shui調tiao度du監jian控kong工gong作zuo的de特te點dian，能neng很hen好hao地di滿man足zu供gong水shui調tiao監jian控kong的de需xu求qiu，而er且qie，做zuo為wei網wang絡luo運yun營ying商shang的de移yi動dong通tong信xin公gong司si也ye將jiang因yin此ci獲huo得de業ye務wu穩wen定ding的de集ji團tuan用yong戶hu，隨sui著zhe用yong戶hu數shu量liang的de增zeng加jia，移yi動dong通tong信xin公gong司si的de營ying收shou也ye隨sui之zhi增zeng加jia，調tiao動dong了le運yun營ying商shang的de積ji極ji性xing，符fu合he網wang絡luo建jian設she和he網wang絡luo應ying用yong同tong步bu發fa展zhan的de要yao求qiu。
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