????? 0 引言

????? 城市市政管網系統承擔著供水、供電、供燃氣、供熱、排水等任務，維持和保障城市生產和生活的正常運行。然而，許多城市市政管線存在著管線不配套、不規范、運行可靠性和安全性差、運行費用高等諸多問題，城市管網的監測和維護等工作還處于定期或定點人工巡視和現場檢查的階段，缺乏有效監控、預警以及科學的監測和維護。

　　因此，開發針對城市市政管網的監測系統，實現對管網運行狀態的實時監控，并在此基礎上實施動態監測分析，為管網突發事件處理、災害預警綜合防御、相關信息分析、管網合理規劃設計提供依據；同時對管網圖籍資料等信息進行科學有效的管理，為精確判斷管網中出現的災情及損壞提供準確信息和決策支持，解決我國長期以來市政管網系統運行安全保證率和信息化管理程度低等存在的諸多問題。基于GPRS城市市政管網監測系統改變了設備落后、功能單一、監測方法不完善的現狀，將監測系統與預警系統聯動，提升了系統的安全性，加強了系統的信息化管理程度，并能夠對災害防患于未然。

????? 1 GPRS技術

　　GPRS是通用分組無線業務(general packet radio service)的簡稱，是在原有的基于電路交換方式的GSM網絡上增加了SGSN和GGSN等功能實體，為GSM用戶提供分組交換的數據業務。GPRS充分利用了原有GSM網絡的資源，允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。

　　1．1 GPRS技術的主要特點

　　1)GPRS采用分組交換技術，高效傳輸高速或低速數據和信令，優化了對網絡資源和無線資源的利用。2)支持中、高速率數據傳輸，可提供9．05～17l．2kbit／s的數據傳輸速率。3)GPRS網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接，并且時時在線，用戶始終處于連線或在線狀態。4)GPRS支持TCP、UDP等通信協議，可以和IP網、X．25網互聯互通。5)GPRS的設計使得它既能支持間歇的爆發式數據傳輸，又能支持偶爾的大量數據的傳輸。6)GPRS可以實現數據的實時傳輸，數據流量的有效采集，并基于數據信息實現對管網監測。

　　管網終端需要對現場數據進行實時采集并要快速、高效的傳送給監控中心，如果傳輸延遲監控中心就不能高效利用采集到的數據對換熱站進行監控，所以要求傳輸網絡必須快速。GPRS通信技術剛好適合這種傳輸要求，能為管網監測系統數據采集提供一種高性價比的通信手段。

　　1．2 GPRS無線數據傳輸系統組成部分

　　GPRS無線數據傳輸系統分為三個部分：監控終端設備、GPRS數據傳輸終端、監控中心主站。

　　1)監控終端設備。主要完成數字量與模擬量的采集。監測點DTU采用固定IP地址的SIM卡。GPRS數據傳輸終端上電后，它會根據預先設定在其內部的IP地址主動訪問中心GPRS DTU服務器，和監控中心建立TCP／IP鏈路。監控中心服務器建立PPP(Point to Point Protocol)撥號，進入GPRS APN內網，獲取固定IP地址。當主站要向某個監控終端提出數據請求時，它會根據IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發到該終端，終端響應后通過GRPS數據傳輸終端把數據發到網絡代理服務器端口，通過端口影射轉發到監控中心主站，即完成了一個應答式的通信流程。

　　2)GPRS數據傳輸終端。GPRS數據傳輸終端實現監控中心主站與監控終端的通信。現場數據通過數據采集模塊以RS232接口方式輸出，直接與DTU的RS232接口鏈接，進行數據傳輸，完成信息的上傳與下發。

　　3)監控中心主站。主要完成人機交互工作。中心服務器主要負責網絡數據鏈路建立和數據收發的透明中轉，系統最里面層為操作系統及系統軟件；第二層為系統支持軟件層，主要是數據采集和傳輸，就是將各種數據從不同的終端根據各種通信協議采集過來，再通過網絡分發給需要這些數據的系統；第三層為基礎應用層，將采集過來的數據經過各種處理，通過GUI(Graphieal User Interface)界面顯示給監控人員；第四層為高級應用層，所產生的數據供管網調度系統進一步管理和決策用。

????? 2 系統的硬件結構

　　基于GPRS的管網數據測控系統主要有監控主機、GSM／GPRS網絡以及GPRS數據傳輸單元(GPRS DTU)組成。宏觀上看，系統分為硬件平臺和軟件平臺兩個部分。

　　2．1 硬件平臺結構

　　硬件平臺分為監測中心和檢測終端兩個部分。檢測終端采集傳感器數據，然后將數據打成IP包，通過GPRS模塊的SM卡接入GPRS網絡，發送到外部Internet網絡，再通過GPRS服務器，將數據發送到監測中心，由監測中心的PC機接收和處理數據。管網硬件數據測控系統硬件組成圖如圖1所示：

????? 監測終端設備采用基于單片機的數據采集系統，傳感器采集的數據經過處理后通過RS232接入GPRS通信模塊，從而實現GPRS網絡通信。數據終端將數據經過UDP／IP、PPP協議封裝后發送至GPRS網絡，通過GPRS數據網絡將數據傳輸到監控中心。

??????2．2 軟件平臺結構

　　軟件平臺分為終端軟件和監測中心軟件兩個部分。

　　終端軟件負責監視終端硬件的運行狀態和上傳數據。終端軟件的主要任務是定時讀取采集數據、通過GPRS發送數據、接收和執行來自遠端PC的命令。其中的讀取采集數據任務對實時性要求并不是很高，把它用分時操作來實現，而其他的兩個任務則通過用戶進程來實現。

　　監測中心軟件主要負責數據的接收、儲存、查詢和呈現等功能。監控中心軟件系統采用面向對象的理念，模塊化的設計方法，根據需求將各種不同的功能封裝成相互獨立的幾大功能模塊，如實時數據顯示、管網信息查詢、報警處理、統計報表等。

　　系統充分利用計算機、虛擬儀器、單片機、以及GIS等先進技術，并建立相應的GIS空間數據庫管理系統，將運行控制、計費管理、管網維修、用戶管理等城市市政管網管理有機整合，從而實現城市管網管理與運行控制一體化。

　　2．3 監控系統的工作過程

　　1)現場測控設備實時采集管網運行數據，對數據進行處理、分析，根據分析結果對現場設備的運行狀態進行調節；2)響應GPRS通訊終端的數據發送請求，將采集處理后的數據上傳給通訊終端。通訊終端將數據打成IP包，通過GPRS網絡，經Internet發送至調度中心；3)調度中心軟件將IP包解包，還原數據，并根據管網總體運行情況實現遠程監控。

????? 3 現場數據和無線數據傳輸系統

　　3．1 現場儀表數據采集

　　現場數據通過A／D轉換模塊傳送至單片機，并經過MAX232處理傳輸給無線通信模塊，以RS232接口的模式與GPRS透明數據傳輸終端相連，通過GPRS網絡傳送至數據中心，實現現場采集數據和數據中心系統的實時在線連接。現場數據采集與無線數據傳輸系統的結構如圖2所示：

　　3．2 數據中心

　　1)數據中心服務器申請配置固定IP地址，采用移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當現場儀表數據采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

　　2)數據中心服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后，傳送到數據中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理。

　　3)數據中心計算機主機可進行業務管理，對現場儀表數據進行校驗、計算、存儲、分析、管理等，可對異常情況進行報警，同時對管網的使用情況實時監控。

　　3．3 GPRS／GSM移動數據傳輸網絡

　　現場儀表采集的數據經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GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到數據中心IP地址。由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，數據中心計算機主機配置固定的IP地址，各現場儀表數據采集點采用GPRS模塊和該主機進行通信。

　　通過GPRS無線通信，可以建立遠程數據設備和本地數據設備兩兩之間的串口通信連接，將遠程數據設備通過GPRS DTU發送的數據，轉發至連接在指定串口上的本地數據設備；或將連接在指定串口上的本地數據設備發送的數據，通過GPRS RTU轉發至遠程數據設備。

　　GPRS無線數據服務程序功能為：建立DTU與串口之間的一一對應關系；接收DTU發送的數據，將其轉發至對應的串口上；接收指定串口的數據，將其轉發至對應的DTU上；對DTU、串口及數據傳輸進行管理和監控。

4 結束語

　　基于GPRS的城市市政管網的監測系統，充分利用了GPRS網絡傳輸數據可靠性高、實時在線、時延小、能夠同時實時收取和處理多個／所有監測點的各種數據的特性，很好的滿足了系統對數據采集和傳輸實時性的要求，在建設成本和維護成本上都有很大的優勢，可以提高工作效率和管理水平，保證管網的安全穩定運行。隨著GPRS網絡的進一步完善，并融合虛擬儀器以及GIS等先進技術，建立完善的GIS空間數據庫管理系統，對于提升我國城市市政管網的管理水平，加快城市市政管網信息化系統動態管理的建設步伐，實現城市管網管理與運行控制一體化有著重大的現實意義和廣泛的實用價值。