一、專案背景
城市供水排程監控系統的主要目的是解決自來水公司對供水各環節監測點的資料採集和監控。該系統由監控中心和各個水源監測點組成，各個水源監測點的資料採集終端（RTU或PLC）可監視和採集水位、壓力、流量、濁度、餘氯、泵頻等各種資料，供控制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。
城市供水排程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、管網加壓站和水源監控站等。城市供水排程系統一般包括：水壓控制中心、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。
城市供水排程監控系統可以對遠端現場的執行裝置進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量的資料傳送及閥門開關的自動控制，降低了故障率和提高了對系統的反應時間。便於及時迅速的瞭解和控制遠端管道及閥門，降低故障率和縮短檢修的時間，減少停水次數。各水源監測點的資料採集終端可自動採集管道壓力、水流量的實時資料與開關狀態等資料，資訊傳輸到自來水公司的監控中心，監控中心通過對傳輸回的資料進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現故障時，能在最短的時間內解決問題，恢復供水，提高了整體的服務水平，從而實現了城市供水的資訊化、現代化。
目前，自來水供水排程監控系統中採用的資料通訊可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通訊主要包括架設光纜、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訊、擴頻通訊、衛星通訊、GSM 簡訊/GPRS通訊等。
在城市供水排程監控系統中，由於各管網監控點分佈範圍廣、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，而且有些監控點線路難以到達，況且採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，總之監控系統採用有線通訊方式建設週期長、工作難度大、執行費用高，不便於大規模使用；與之相比，無線通訊方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設週期短、執行維護簡單、價效比高等優點。在監控系統中，無線通訊方式主要包括：超短波（230MHz）無線數傳、擴頻、衛星通訊、GSM數字蜂窩通訊系統等，其中衛星通訊由於通訊費用昂貴，只在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通訊技術雖然速率高，但只能在視距範圍內傳輸，應用也受到限制。採用超短波數傳電臺作為傳輸通道具有組網靈活、擴充套件容易、維修方便、執行費用低等優點，但由於系統工作於230MHz且多采用普通間接調製的數傳電臺，這就造成系統易受外界干擾、通訊速率低、誤位元速率高、資料傳送量不大、訊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系統作為城市供水排程監控系統的資料通訊平臺。目前，GSM網路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、可靠的通訊網路，特別是中國移動新推出的GPRS資料業務。GPRS系統可提供廣域的無線IP連線。在行動通訊公司的GPRS業務平臺上構建自來水供水排程監控系統，實現管網監控點的無線資料傳輸具有可充分利用現有網路，縮短建設週期，降低建設成本的優點，而且裝置安裝方便、維護簡單。
GPRS無線監控系統具備如下特點：
1、良好的實時響應與處理能力。與短訊息服務比較，由於GPRS具有實時線上特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個/所有監測點的各種資料，無需輪詢就可以使同步監測點的時鐘可很好的滿足系統對資料採集和傳輸實時性的要求。
2、遠端儀器裝置控制：由於採用GPRS雙向傳輸系統，監控中心可以反向實現對儀器裝置的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控制等功能。
3、建設成本低：可充分利用現有GSM網路，裝置安裝即接通，而採用超短波通訊時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬裝置。
4、安裝除錯簡單，建設週期短：利用現有成熟GSM網路，系統投入執行時基本不需要除錯，安裝簡捷。採用超短波通訊時安裝除錯工作量大，要先進行現場訊號測試，天線鐵架架設，天線方向角度除錯等工作。
5、覆蓋範圍廣。構建供水排程監控系統要求資料通訊覆蓋範圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。
由於管網監控點數量眾多，分佈在全市範圍內，部分管網監控點位於偏僻地區，而且地理位置分散。採用超短波通訊方式，覆蓋範圍只有30多公里；而採用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網路的覆蓋範圍之內，都可以實現監控。
1、資料傳輸速率高。GPRS網路傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時資料傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
2、系統的傳輸容量大。監控中心站要和每一個管網監控點實現實時連線。由於管網監控點數量眾多，系統要求能滿足突發性資料傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性資料的需要。
3、通訊費用低。由於GPRS採用包月計費的方式，運營維護成本低，月通訊費用將在200元之內。
三、解決方案介紹
由於GPRS通訊是基於IP地址的資料分組通訊網路，各個分站的GPRS模組和該主機進行通訊。
（一）系統組成
1、管網監控點：
管網監控點：各監控點通過資料採集模組採集如壓力、流量等資料，通過RS232介面與GPRS透明資料傳輸終端相連，通過GPRS透明資料傳輸終端內建嵌入式處理器對資料進行處理、協議封裝後傳送到GPRS網路。
2、監控中心：
監控中心的主模組不需要固定的IP地址，也不需要ADSL、撥號等裝置；主模組與分站模組按照主從式進行傳輸。
3、GPRS移動資料傳輸網路：
現場監控點採集的資料經GPRS網路空中介面功能模組同時對資料進行解碼處理，轉換成在公網資料傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線資料網路進行傳輸，最終傳送到監控中心。
（二）系統方案
各監控點使用GPRS透明資料傳輸終端，通過移動的GPRS網路與監控中心相連；各汙染源資料採集點使用行動通訊公司統一的SIM卡，同時監控中心對各點進行登記，儲存相關資料以便識別和維護處理。各資訊採集點執行監控系統軟體，支援24小時實時線上，實現資訊採集點24小時傳送採集的資訊資料。
凡自來水公司授權的資訊採集點均可以使用本系統：
1、管網監控點必須使用移動統一的STK卡，使用者使用本卡只能用於與監控中心資料通訊功能。
2、終端裝置使用安特成提供的ATC60A0GPRS移動資料通訊終端。
3、使用者登記：符合自來水公司的規定。
（三）產品特性
系統採用GPRS 系列G300無線透明資料傳輸終端。產品基於中國移動的GPRS網路，具有高效能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準232資料口可直接與計算機、RTU、PLC、GPS接收機、數碼相機、資料終端等連線，傳輸速率達171Kbps，具有遠端診斷、測試、監管功能，滿足各行業排程或控制中心與眾多遠端站之間的資料採集和控制。
1、支援900／1800雙頻
2、介面： RS232、RS485、TTL。
3、系統理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支援Windows95/98/2000/XP/LINUX作業系統。
5、透明資料傳輸： G300內嵌TCP/IP協議，為使用者的資料裝置提供透明傳輸通道。
6、實時監測網路連線情況，掉線自動重連功能。
7、提供主副IP及動態域名解析；
8、心跳報告時間間隔使用者可設定；
9、資料通訊幀長度使用者可設定；
10、安裝靈活、使用方便、可靠。
（四）安全措施
由於供水排程監控系統的特殊性，本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網路安全防護措施包括通道加密、信源加密、登入防護、訪問防護、接入防護、防火牆等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷執行，即使出現硬體和軟體故障，系統也不能中斷執行。
1、利用SIM卡的唯一性，對使用者SIM卡手機號碼進行鑑別授權，在網路側對SIM卡號和APN進行繫結，劃定使用者可接入某系統的範圍,只有屬於指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與資料中心採用中國移動分配的專門的APN進行無線網路接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
2、對於特定使用者，可通過資料中心分配特定的使用者ID和密碼， 其他沒有資料中心分配的使用者ID和密碼的使用者將無法登入系統，系統的安全性進一步增強。
3、資料加密：通過VPN對整個資料傳送過程進行加密保護。
4、網路接入安全鑑定機制：採用防火牆軟體，設定網路鑑權和安全防範功能，保障系統安全。
四、結論
採用GPRS構建供水排程監控系統，目前有包月制和按資料量兩種收費方式，按流量計算0.03元Kbits，而包月制20元/月有1024 k流量，可滿足目前監控系統的實際資料量，估計日後其費用會逐步降低。對於使用者來說，由於通訊費用較低，享受到了實惠。另外，由於接入裝置可以移動，當管網監控點搬遷時裝置可隨之遷移並可繼續使用，可以保護使用者原有投資，適合於供水排程監控工作的特點，能很好地滿足供水排程監控的需求，而且，做為網路運營商的行動通訊公司也將因此獲得業務穩定的集團使用者，隨著使用者數量的增加，行動通訊公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網路建設和網路應用同步發展的要求。