基于GPRS的水文信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案

　　0 引言

　　水文信息是衡量水資源的重要指標，其中地下水位的變化與地下水的開采量和地面沉降有著密切的關(guān)系，對控制地面沉降具有重要的意義。傳統(tǒng)的水文監(jiān)測主要依靠人工、半人工的監(jiān)測手段，造成了工作量大、效率低、數(shù)據(jù)處理繁雜易錯、信息傳輸時效性差等問題，既不適應信息化的發(fā)展，又不能滿足現(xiàn)代化管理的需要。而且勞動強度也很大，測量精度無法保障，尤其是監(jiān)測一些地理位置比較偏遠或分散的監(jiān)測點，工作難度更大。

　　為了合理利用水資源，充分了解各個流域水資源的狀況，實現(xiàn)水文信息的自動化監(jiān)測及遠程管理，合理利用計算機技術(shù)、高精度的測量儀器、公眾通信平臺等工具，對實現(xiàn)水文信息的遠程實時同步動態(tài)監(jiān)測有重要意義。

　　隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，我國信息化進程不斷推進，各行各業(yè)對信息化要求也越來越高，在對信息化的認識上，從先前單純的數(shù)字化提升到數(shù)字化與網(wǎng)絡化、無線化相統(tǒng)一的高度。相對于目前信息化的要求，原有的有線系統(tǒng)雖然基本完成了數(shù)字化與網(wǎng)絡化，但其布線復雜、維護成本高使得網(wǎng)絡節(jié)點不能大范圍地普及推廣，這對信息化的深入和發(fā)展造成了很大的限制。因此，信息化對無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的需求不斷增大。如今移動網(wǎng)絡覆蓋范圍廣，它所提供的各項數(shù)據(jù)業(yè)務使許多智能設備、儀表實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)的遠程傳輸。GPRS即通用系統(tǒng)無線業(yè)務可靠性高，且收費相對低廉。此外基于GPRS 的系統(tǒng)，可以有效簡化監(jiān)測系統(tǒng)的地面設施。

　　所以利用GPRS 作為通信媒介是實現(xiàn)水文信息動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的一個有效途徑。

　　實現(xiàn)對水文信息的大面積自動監(jiān)測需解決兩個問題：

　　（1）如何在惡劣環(huán)境下準確測得水位信息；

　　（2）找到一種既能應用于人煙稀少的偏僻地區(qū)，又能在人口密集、建筑條件復雜的城市進行數(shù)據(jù)遠程、實時通信，且耗資少，便于推廣并進行計算機網(wǎng)絡化管理的數(shù)據(jù)通信手段。

　　基于GPRS 網(wǎng)絡水文信息無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案可實現(xiàn)自動化監(jiān)測，可大大提高地下水動態(tài)監(jiān)測的水平和質(zhì)量，為科學、合理開發(fā)利用水資源，保護生態(tài)環(huán)境奠定扎實的基礎。通過系統(tǒng)的應用，為城市可持續(xù)發(fā)展和減災防災工作提供了必要的決策支持和多元化服務。

　　1 系統(tǒng)方案的總體結(jié)構(gòu)及工作過程

　　該系統(tǒng)利用GPRS通信方式，以基于嵌入式概念的單片機控制技術(shù)和GPRS無線模塊的通信為核心，經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理，傳至監(jiān)測中心用戶終端，實現(xiàn)水位的實時動態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)分為智能信息采集終端、信息綜合服務器和用戶終端三個部分。

　　方案的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　圖1中的智能信息采集終端由單片機、GPRS無線模塊、傳感器、變送器等部分組成，主要負責采集水位信息，并將其發(fā)送至信息綜合服務器；信息綜合服務器主要分為數(shù)據(jù)接收和發(fā)送、控制管理、終端處理三個模塊，用來對數(shù)據(jù)進行接收、處理、存儲和顯示；用戶終端包括計算機用戶終端和GPRS手機用戶終端兩種。使用計算機終端的用戶需在計算機上安裝終端應用程序，然后可上網(wǎng)查閱存放在信息綜合服務器中的詳細水位資料；手機用戶在獲得授權(quán)后，可通過手機得到實時的水文信息。

　　系統(tǒng)的工作過程如下：信息采集終端采集現(xiàn)場水位數(shù)據(jù)，利用傳感器和變送器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準信號，再經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，通過單片機的主控程序和發(fā)送數(shù)據(jù)子程序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)經(jīng)GPRS 調(diào)制解調(diào)器（GPRS Modem）以短消息的方式發(fā)送出去。信息綜合服務器接收到采集終端傳來的由數(shù)據(jù)編碼的短消息后，處理得到水位高程及相關(guān)信息，并將其存入數(shù)據(jù)庫方便用戶查閱。一旦用戶有需要，便可啟動收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)庫中水位信息及相關(guān)信息將會發(fā)送到用戶終端。

　　系統(tǒng)的基本功能如下：

　　（1）定時自動采集水位數(shù)據(jù)并存儲；

　　（2）人工錄入基礎數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)的編輯與修改；

　　（3）對所采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并制表繪圖；

　　（4）利用計算機及專用軟件，通過GPRS 系統(tǒng)提供的手機短信功能對觀測子站直接進行設置、調(diào)試和監(jiān)測；

　　（5）能進行數(shù)據(jù)遠程傳輸。

　　2 智能信息采集終端的設計

　　2.1 智能信息采集終端硬件

　　智能信息采集終端硬件主要由液位變送器、溫度變送器、連接電纜和水文信息智能監(jiān)測儀等構(gòu)成，如圖2所示。