北京市自来水集团京兆水表有限责任公司 冯勇平
摘 要：目前自来水公司的抄表方式大多为人工入户抄表方式和现场手持抄表器与集中对接的半自动化抄表方式，本文提出了一种基于GPRS 网络传输平台的远程抄表系统，详细介绍了GPRS通讯技术、系统的构架、系统主要功能及其特点。该系统的应用将实现全自动化抄表方式。
关键词：GPRS网络、GPRS远程抄表系统、系统构架、系统功能。
1 引言
随着城市建设的不断发展、供水区域范围的不断扩大，传统的人工抄表方式已经不能满足供水企业对水费回收、水表见数率、水表运行状况和建设数字化管理技术平台的要求，因此逐步建立城市远程抄表、监控系统，利用科技手段提高水计量管理水平已成为人们的共识。
从技术角度分析，基于中国移动的GPRS无线数据通信平台建设一个自来水抄表系统方案在目前是最可行的。该抄表系统的应用将实现全自动化抄表方式，可谓抄表方式中的一次革命，它将逐步取代人工抄表方式和半自动化抄表方式实现水表的实时检测管理，使用户用水量和用水状况的实时分析成为可能，为供水企业科学调度和管理提供必要手段；并且该抄表系统的应用将降低抄表工作难度，提高工作效率，查表收费的成本将不断降低。
2 GPRS 通讯技术
GPRS 是通用无线分组业务的缩写( General Packet Radio System) ,是介于移动通信第二代和第三代技术之间的一种过渡形式,通常称为2.5G,目前通过升级GSM 网络实现。它是一个混合体,采用TDMA 方式传输语音,采用分组的方式传输数据。GPRS 提供端到端的、广域的无线IP 连接,采用信道捆绑和增强数据速率改进而实现了高速接入,使无线资源得到充分利用。目前第一代GPRS 技术可以实现在一个载频或8 个信道中实现捆绑,将每个信道的传输速率提高到 1 14.4Kbps ,因此GPRS 通讯方式的最大速率是8 ×14.4 = 115.2Kbps。GPRS发展的第二步是通过增强数据速率改进( EDGE) 将每个信道的速率提高到 48Kbps , 因此第二代的GPRS 设计速率为384Kbps。它更适合于大多数的数据业务,如移动办公室, Internet 接入等。GPRS 通讯方式的主要优点表现在:
(1) 瞬间上网。GPRS 的用户一开机,就始终附着在GPRS 网络上,每次使用时只需一个激活的过
程,一般只需要2～3 秒的时间马上就能登录至互联网,通讯网络的建立过程十分迅速。
(2) 永远在线。GPRS 由于使用了数据分组技术,用户上网可以避免断线情况的出现,由此保证
GPRS 永远在线。只要用户的GPRS“手机”处于开机状态,就一直与移动GPRS 网络联通。
(3) 快速传输。GPRS 由于采用了经济高效的数据分组交换技术,数据封装在每个分组上网发送,发送后不需要此容量时就立即释放,提供了即时连接和高速接入,可使无线网络传输速率达到56Kbps～114Kbps ,这样的通讯速度完全可以和专用通讯线路方式相媲美。
(4) 数据吞吐量大。GPRS 所提供的数据速率取决于所采用的编码方案,高的传输速率保证了大的数据流量。GPRS 上网传输数据吞吐量可高达115Kbit/s。
(5) 按量计费。GPRS 技术是一种面向非连接的技术,用户虽然可以总挂在网上,但按实际通信流量计费。这种计费方式尤其适合于水表抄收这种间断性数据传递,可以大大降低通信费用。
3 GPRS抄表系统的架构
GPRS抄表系统是架构在自来水集团内部组建的GPRS数据管理中心的网络上，通过中国移动的GPRS网络将远端的所有电子远传水表的流量数据传输到数据中心，再由数据中心的服务器接入企业内部网络，然后将数据分配到各个营销中心。GPRS抄表系统的架构示意如图1所示。
数据中心设有一台数据服务器和多台前置抄表终端。数据服务器的一端通过DDN专线（光纤）接入中国移动内部的局域网，称为外网；另一端通过交换机接入企业内部局域网，称为内网。数据服务器分配有合法的IP地址，通过APN端口与移动GPRS网络进行通信。数据服务器的低端与8台前置抄表终端相连，并采用隧道技术绑定同一IP地址。每台抄表终端分别负责接收中国移动转发的GPRS抄表器发送的用水数据，并将数据解析后传送给数据服务器的数据库保存。数据服务器通过企业内部网络，将各区的用户水表数据分配到各营销中心，由各营销中心的管理系统完成水表计费。
数据服务器将水表流量数据保存到实时和历史的水表数据库中，并以列表方式显示所有远端水表流量数据，并能检索和查找任一水表用户信息。实时数据的列表中包括水表用户号、设备地址、数据时间和具体数据。列表按照用户号或设备地址顺序将数据一行行列出，如果设备
站点很多时，则按照一定条件将水表设备划分成组，例如按照地理位置或者按照仪表类型来划分，每页列表只显示一组水表设备的数据。
系统中的服务器可以支持8台前置抄表机，每个前置抄表机又可以支持2万台抄表器，每台抄表器最多可以连接255支电子远传水表。整个抄表系统可以支持16万台抄表器，4千万个水表节点，完全可以满足大、中、小型自来水公司抄表计费管理的需要。
GPRS抄表器不仅支持点对点的抄表，还可以支持点对多点的抄表。每台抄表器直接面向水表进行抄表操作，而不需要通过集中器，这对简化抄表系统、降低系统成本具有重要意义。为保护现有设备投资，GPRS抄表器也可以通过现有的集中器进行抄表，因而不需要对现已安装使用的电子远传水表、集中器进行任何技术改造，就可以快速连接到GPRS抄表系统上。
4 GPRS抄表系统的主要功能
基于GPRS网络传输平台而组建的GPRS远程抄表系统（GRCS），其主要功能是自动抄读水表用水数据，并通过GPRS无线网络将用水数据传输到数据中心，从而实现远程自动抄表，以取代传统的现场人工抄表方式，进一步满足自来水抄表和计费管理的需要。
4.1 抄表服务器的功能
（1）数据收集功能：接收远程抄表器定时发送的水表数据，根据规定的水表通信协议解析出水表流量数据。
（2）任意查询功能：数据中心可以随意查询用户端任何一块表的任何数据。
（3）异常报警功能：现场水表出现故障时，故障信息可以传递到数据中心，用水量异常，数据中心显示器屏幕上出现报警信息。
（4）数据储存功能：在服务器内建立实时和历史的数据库，分别用于保存每块水表当前累计流量和月、年历史的累计流量。数据库中为每种不同类型的仪表设置了相应的实时数据表和历史数据表，数据库容量取决于GPRS网络中的节点数和数据内容。
（5）分析打印功能：上报数据自动生成报表、曲线、可以打印。
（6）历史查询功能：用户很方便查询到历史数据。
（7）远程维护功能：在数据中心可以对现场传输设备进行远程维护管理。
（8）数据上传功能：通过数据库交换方式将水表的原始数据上传到指定的数据中心，如营销中心的计费管理系统。
4.2 抄表器功能
（1）抄表功能：通过总线接口抄读水表数据。在抄表时，根据规定的通信协议和抄表时间自动发出抄表命令，并通过串行接口接收的水表数据并保存到缓冲区以备发送。
（2）数据处理功能：将保存的水表流量数据，根据IP栈协议重新封装成GPRS数据帧进行发送。发送采用多主模式，即根据设置的发送间隔时间进行周期性的发送，如每日的任意时刻发送。
（3）数据接收功能：在每次发送之后的规定时隙内，接收中心设备发送的命令或数据，这种兼从接收方式，使得抄表器在每次发送之后接收中心设备的管理控制。
（4）休眠功能：对于由电池供电的抄表器，在完成一次规定的抄表和数据发送之后，抄表器自动进入停机状态，停机状态下的平均工作电流仅为几个微安。唤醒抄表和发送由内部时钟定时启动。
（5）远程配置功能：抄表模块可以在规定的时间内接受远程管理配置，如抄表模块在建立一次发送之后的时隙内、约定的联机时间内和报警时间内。
5 结论
基于中国移动的GPRS无线数据通信平台建设一个自来水抄表系统使抄表技术上了一个台阶。它是一种通过中国移动网络将水表数据传送到数据中心的抄表方式，它不但节省了大量的人力物力、避免手工抄写带来的差错，同时也大大加快了数据分析的速度；它与其它抄表方式相比，具有网络稳定、无距离限制等优势，由于借助于公网、免用户维护、实行按量计费,大大降低了系统投资和运行成本。这种全自动化抄表方式具有广阔的发展前途，尤其是在自来水大客户抄表、管理领域更具有实用性。
参考文献:
[1] 李惠宇, 罗小莉, 于盛林.一种基于GPRS 的配电自动化系统方案.电力系统自动化2003;
[2] 李洁, 陈红华, 王文骐. 基于GSM的GPRS 实现方案研究. 移动通信2000。
