一,、項目背景

　　城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決自來水公司對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個水源監(jiān)測點組成，各個水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端（RTU或PLC）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。

　　城市供水調(diào)度需要對各個自來水廠進行管理,，包括自來水公司控制中心,、水廠分控中心、管網(wǎng)加壓站和水源監(jiān)控站等,。城市供水調(diào)度系統(tǒng)一般包括：水司控制中心,、多個水廠分控中心、多個水廠監(jiān)控分站,、多個水源井監(jiān)控站,、多個管網(wǎng)加壓站和多個管網(wǎng)測壓站。

　　城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制,，以實現(xiàn)管道壓力,、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時間,。便于及時迅速的了解及控制遠端管道及閥門,，低故障率和檢修的時間，減少停水次數(shù),。各水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力,、水流量的實時數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)阶詠硭镜谋O(jiān)控中心,，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進行分析,，可找到出故障的地點,，從而當一個遠端出現(xiàn)故障時,，能在最短的時間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水,，提高了整體的服務(wù)水平,，從而實現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化,。

　　目前,，自來水供水調(diào)度監(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、擴頻通信,、衛(wèi)星通信,、GSM 短信/GPRS通信等,。

　　在城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點分布范圍廣,、數(shù)量多,、距離遠，個別點還地處偏僻,，因此架設(shè)光纜,、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實際,，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)控點線路難以到達，況且采用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程,，速度慢,，運營成本較高，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,、運行費用高，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,、運行維護簡單,、性價比高等優(yōu)點。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)星通信由于通信費用昂貴，只在一些特殊的領(lǐng)域下使用,，未得以普及;而擴頻通信技術(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,、擴展容易、維修方便,、運行費用低等優(yōu)點,，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,。

二,、方案選擇

　　經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺,。目前,，GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴大,，已成為成熟,、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò),，特別是中國移動新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),。GSM/GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的 GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建自來水供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng),，實現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點的無線數(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,，而且設(shè)備安裝方便,、維護簡單。

　　GPRS無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：

　　1,、良好的實時響應(yīng)與處理能力,。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性,，系統(tǒng)無時延,，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù),，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求,。

　　2,、遠程儀器設(shè)備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng),，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對儀器設(shè)備的時間校正、狀態(tài)報告,、開關(guān)以及其他監(jiān)測,、控制等功能;

　　3、建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò),，設(shè)備安裝即接通,，而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備,。

　　4,、安裝調(diào)試簡單,，建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟GSM網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調(diào)試,，安裝簡捷,。采用超短波通信時安裝調(diào)試工作量大，要先進行現(xiàn)場信號測試,，天線鐵架架設(shè),，天線方向角度調(diào)試等工作。

　　1,、覆蓋范圍廣,。構(gòu)建供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制,，接入地點無限制,，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求,。

　　由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多,，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點位于偏僻地區(qū),，而且地理位置分散,。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里;而采用GPRS方式,，理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi),，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。

　　2,、數(shù)據(jù)傳輸速率高,。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應(yīng)用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低,。

　　3、系統(tǒng)的傳輸容量大,。監(jiān)控中心站要和每一個管網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接,。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要,。

　　4、通信費用低,。由于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(nèi),。 三,、解決方案介紹

　　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,。

　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)組成

　　1、管網(wǎng)監(jiān)控點：

　　管網(wǎng)監(jiān)控點：各監(jiān)控點通過數(shù)據(jù)采集模塊采集如壓力,、流量等數(shù)據(jù),，，通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連,，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理,、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)。

　　2,、監(jiān)控中心：

　　服務(wù)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(wǎng)絡(luò)相連,。由于DDN專線可提供較高的帶寬,，當管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求,。

　　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)后先進行AAA認證,，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示,，并進行數(shù)據(jù)處理,。

　　3、GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：

　　現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理,，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式,，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址,。

　?。ǘ┫到y(tǒng)方案

　　各監(jiān)控點使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連,。

　　各污染源數(shù)據(jù)采集點使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡,，同時監(jiān)控中心對各點進行登記，保存相關(guān)資料以便識別和維護處理,。各信息采集點運行監(jiān)控系統(tǒng)軟件,，支持24小時實時在線，實現(xiàn)信息采集點24小時傳送采集的信息數(shù)據(jù),。

　　凡自來水公司授權(quán)的信息采集點均可以使用本系統(tǒng)：

　　1、管網(wǎng)監(jiān)控點必須使用移動統(tǒng)一的STK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,。

　　2,、終端設(shè)備使用廈門宇能科技有限公司提供的GPRS移動數(shù)據(jù)通信終端。

　　3,、用戶登記：符合自來水公司的規(guī)定,。

　　（三）產(chǎn)品特性

　　系統(tǒng)采用YN2010 系列GPRS無線透明數(shù)據(jù)傳輸終端,。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò),，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點,，提供標準 232數(shù)據(jù)口可直接與計算機,、RTU、PLC,、GPS接收機,、數(shù)碼相機、數(shù)據(jù)終端等連接,，傳輸速率達171Kbps,，具有遠程診斷、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端站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。

　　1,、支持900/1800/1900MHz三頻GSM/GPRS,。

　　2、接口： RS232,、RS485,、TTL。

　　3,、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps,，實際傳輸速率40Kbps。

　　4,、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng),。

　　5、透明數(shù)據(jù)傳輸：YN2010EP-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議,，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道;

　　6,、自動撥號連接：YN2010EP-DTU可配置上電自動撥號上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò),，同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠程喚醒連接;

　　7,、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡(luò)無法連接時可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道;

　　8、短信息遠程維護功能;

　　9、實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接情況,，掉線自動重撥功能;

　　10,、提供主副IP及動態(tài)域名解析;

　　11、心跳報告時間間隔用戶可設(shè)定;

　　12,、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設(shè)定;

　　13,、支持VPN安全功能。

　　14,、安裝靈活,、使用方便、可靠,。

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　　由于供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的特殊性，本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性,。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán),，網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密,、登錄防護,、訪問防護、接入防護,、防火墻等,。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,，系統(tǒng)也不能中斷運行,。

　　數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低,，企業(yè)不用租用專線,，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)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(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認證整個數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

　　另外,，數(shù)據(jù)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(shè)備上，這種成本高,，安全性高,、穩(wěn)定可靠,。

　　對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式,，進一步提高系統(tǒng)的安全性,。

　　1,、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)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(shù),，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離,，可對 整個數(shù)據(jù)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(quán),，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定,，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡(luò)接入,，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的 APN,。

　　3、對于特定用戶,，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼,， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強,。

　　4,、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。

　　5,、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件,，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全,。

四,、結(jié)論

　　采用GPRS構(gòu)建供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費方式,，按流量計算0.03元/kbyte,，而包月制20元/月有1024 k 流量，可滿足目前監(jiān)控系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)量,，估計日后其費用會逐步降低,。對于用戶來說，由于通信費用較低,，享受到了實惠,。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當管網(wǎng)監(jiān)控點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用,，可以保護用戶原有投資,，適合于供水調(diào)度監(jiān)控工作的特點，能很好地滿足供水調(diào)監(jiān)控的需求,，而且,，做為網(wǎng)絡(luò)運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數(shù)量的增加,，移動通信公司的營收也隨之增加,，調(diào)動了運營商的積極性，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,。