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一、背景介紹

     無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線通訊系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的一種遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。與其他抄表方式比較，其優(yōu)點(diǎn)突出是：無(wú)須布線，施工簡(jiǎn)單。
    燃?xì)獗硎?strong>正偉公司研制開(kāi)發(fā)，具有用戶信息管理和抄表功能，適用于天然氣、液化石油氣、人工煤氣等氣體流量計(jì)量的儀表。它由可發(fā)信燃?xì)獗砘聿糠?、微控制器系統(tǒng)、脈沖采樣系統(tǒng)、無(wú)線模塊組成。該表具有可靠性高、精度高、功耗低的特點(diǎn)。
    經(jīng)過(guò)比較分析，我們選擇中國(guó)移動(dòng)的GPRS系統(tǒng)作為城市供氣管網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)。目前，GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是中國(guó)移動(dòng)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(wú)線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建天然氣供氣抄控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)的無(wú)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(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。
    通過(guò)GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為用氣管理提供實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性高的數(shù)據(jù)和事件記錄，可實(shí)現(xiàn)多塊表、全方位的抄控功能。
GPRS無(wú)線系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：
   1、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取、處理多個(gè)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，無(wú)需輪巡就可以同步監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。
   2、遠(yuǎn)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(duì)儀器設(shè)備的時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開(kāi)關(guān)以及其他監(jiān)測(cè)、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。
   4、安裝調(diào)試簡(jiǎn)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(yùn)行時(shí)基本不需要調(diào)試，安裝簡(jiǎn)捷。
   5、覆蓋范圍廣。構(gòu)建供氣管網(wǎng)抄控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)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(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用GPRS方式，理論上在無(wú)線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。
   6、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，實(shí)際應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右。
   7、系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個(gè)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)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。
   8、通信費(fèi)用低。由于GPRS采用包月計(jì)費(fèi)的方式，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低。
    用正偉公司提供的系統(tǒng)解決方案，還具有以下特點(diǎn)：
    無(wú)線模塊多信道、多波特率（用戶可選擇）；硬件采用了高精度集成封裝技術(shù)，隨環(huán)境溫、濕度變化，頻率偏移小、計(jì)量準(zhǔn)確、通信可靠；采用高效糾錯(cuò)技術(shù)，保證通信數(shù)據(jù)100%正確；微功率、通信距離遠(yuǎn)、價(jià)格低。
    無(wú)線抄表器攜帶方便、操作簡(jiǎn)單直觀、功能豐富。
    系統(tǒng)高度集成、總成本較低。
    可以隨時(shí)抄取數(shù)據(jù)。
    抄表不入戶、避免擾民。
    帶閥控功能。
    系統(tǒng)簡(jiǎn)單、抄表效率高。
二、解決方案介紹
    系統(tǒng)架構(gòu)：
    抄表方案一、無(wú)線智能燃?xì)獗沓硐到y(tǒng)就是采用無(wú)線的方式，將智能燃?xì)獗淼挠?jì)量數(shù)據(jù)直接發(fā)送到抄表員手持的PDA手掌機(jī)上，后將PDA手掌機(jī)通過(guò)USB接口和PC機(jī)連接，從而把成批數(shù)據(jù)傳送到電腦上，然后由電腦經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，得到最終抄表結(jié)果。

                  手持儀（PDA）抄表系統(tǒng)示意圖

    不推薦用戶采用上述直接用PDA抄表的方式，另一種方式是通過(guò)集中器集中數(shù)據(jù)，PDA抄讀集中器所集中的數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，客戶用PDA去抄讀集中器中的數(shù)據(jù)，而不是直接用PDA去抄讀用戶氣表的數(shù)據(jù)。
    無(wú)線智能燃?xì)獗沓硐到y(tǒng)通過(guò)無(wú)線抄表，不但解決了入戶抄表的困難，而且還能了解表具的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)用戶的繳費(fèi)情況，對(duì)表具進(jìn)行開(kāi)、關(guān)控制，并可對(duì)用戶的用氣情況進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)計(jì)和分析。
    該方案無(wú)線智能燃?xì)獗沓硐到y(tǒng)主要由帶無(wú)線通訊功能的智能燃?xì)獗怼DA手掌機(jī)、集中器及電腦等部分組成。
    抄表方案二、通過(guò)集中器采集儀表數(shù)據(jù)，然后用GPRS傳輸至管理中心。

                  小區(qū)無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)示意圖

                   城市聯(lián)合抄表系統(tǒng)示意圖

    GPRS遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通過(guò)計(jì)量?jī)x表計(jì)量，用集中器采集儀表數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并通過(guò)GPRS移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳到有關(guān)管理部門（如物業(yè)公司、煤氣公司、天然氣公司等），從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表及監(jiān)測(cè)。
    管理部門可在辦公室內(nèi)隨時(shí)觀測(cè)到分散在全市各地的企事業(yè)單位的天然氣使用狀況，可隨時(shí)打印出各種報(bào)表及收費(fèi)情況等，大大節(jié)省管理成本，減少人為誤差，提高了管理水平。該方案具有精度高、可靠性好、價(jià)格低、操作簡(jiǎn)單、施工方便等特點(diǎn)。
（一）、系統(tǒng)組成
    1.燃?xì)獗頂?shù)據(jù)采集
    集中器是一個(gè)以微處理器為中心的小型信息處理系統(tǒng)，其內(nèi)置GSM／GPRS模塊，配一張開(kāi)通GPRS服務(wù)的SIM卡，負(fù)責(zé)接收從數(shù)據(jù)服務(wù)中心發(fā)過(guò)來(lái)各種指令并加以篩選、判別，將有效指令發(fā)送到相應(yīng)的表具中；接受表具發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)中心。采用小型的無(wú)線電臺(tái)和表具進(jìn)行無(wú)線連接。
   集中器也可以用太陽(yáng)能電池板供電，免去用戶拉線供電或更換蓄電池之煩。
     集中器內(nèi)還存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)的各種參數(shù)，如：中心的IP地址、服務(wù)端口等。集中器一加電便自動(dòng)運(yùn)行，搜索GPRS網(wǎng)絡(luò)，向中心進(jìn)行注冊(cè)并連接。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，一旦有數(shù)據(jù)需要發(fā)送或收到中心呼叫(通過(guò)短信或電路)時(shí)便從新登陸數(shù)據(jù)服務(wù)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GSM短信作為備用通道，一旦GPRS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，立即啟動(dòng)GSM短信通道和數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行通信。
      燃?xì)獗頂?shù)據(jù)采集位于居民小區(qū)的信息中心，居民用戶的用電數(shù)據(jù)由表首先通過(guò)局域無(wú)線接口連接到位于小區(qū)信息中心的集中器，集中器再通過(guò)RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過(guò)GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至管理部門數(shù)據(jù)中心的抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。
     燃?xì)獗砑衅魍ㄟ^(guò)局域無(wú)線接口抄控燃?xì)獗?，既可支持單個(gè)電表，也可以同時(shí)支持多個(gè)電表，實(shí)現(xiàn)對(duì)表參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、預(yù)處理或并將采集到的表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到配電中心；同時(shí)，集中器還可將配電中心發(fā)送的遙控指令傳給表控制模塊，對(duì)表進(jìn)行控制操作。
    2.管理中心
      管理中心服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，傳送到管理中心計(jì)算機(jī)主機(jī)，通過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
     管理中心計(jì)算機(jī)主機(jī)可進(jìn)行業(yè)務(wù)管理和計(jì)費(fèi)管理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、管理等，可對(duì)異常情況進(jìn)行告警，同時(shí)對(duì)用戶使用情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證管理部門的合法收益。
    3.GPRS/GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)
      集中器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到管理中心IP地址。
    4.無(wú)線模塊
      無(wú)線模塊選用無(wú)線遠(yuǎn)程喚醒數(shù)據(jù)傳輸模塊，無(wú)線模塊是連接在燃?xì)獗淼膫鞲衅魃希糜诓杉細(xì)獗淼挠昧坎⒋鎯?chǔ)，其余時(shí)間都處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)傳感器有信號(hào)進(jìn)來(lái)時(shí)，模塊被喚醒，并自動(dòng)計(jì)量，而且模塊會(huì)不間斷的自動(dòng)醒來(lái)，檢測(cè)外界是否有喚醒信號(hào)，主要用于抄表器抄取數(shù)據(jù)，如果檢測(cè)到喚醒信號(hào)，它將被喚醒并等待下一指令，執(zhí)行相關(guān)操作。如果沒(méi)有喚醒信號(hào)，則又進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這樣一來(lái)，無(wú)線模塊的功耗就非常低，采用5號(hào)堿性電池供電，可以達(dá)到6個(gè)月到一年。
    5.無(wú)線抄表器（PDA）
     無(wú)線抄表器是通過(guò)無(wú)線射頻方式發(fā)送數(shù)據(jù)或指令和接收數(shù)據(jù)，在它和無(wú)線模塊之間建立一套通信協(xié)議就可以和無(wú)線模塊進(jìn)行通信，抄取數(shù)據(jù)。所有功能都在屏幕上顯示。與PC機(jī)通信是采用有線方式，使用標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口。便于攜帶。
    6.PC機(jī)軟件
（二）系統(tǒng)方案
    由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，管理中心計(jì)算機(jī)主機(jī)上網(wǎng)取得IP地址，各個(gè)表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。
    各小區(qū)抄控點(diǎn)使用集中器，通過(guò)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與管理中心相連,各信息采集點(diǎn)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，支持24小時(shí)實(shí)時(shí)在線，實(shí)現(xiàn)信息采集點(diǎn)24小時(shí)傳送采集的信息數(shù)據(jù)。這樣，整個(gè)城市區(qū)域通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)就實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理。
    凡天然氣公司授權(quán)的信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)：
    1）管網(wǎng)抄控小區(qū)必須使用移動(dòng)統(tǒng)一的SIM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)備使用西安旌旗電子有限公司提供的局域無(wú)線表計(jì)終端。
    3）用戶登記：符合天然氣公司的規(guī)定。
    推薦通過(guò)公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)，這種方式成本比較低，安全性比較高，而且速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量都保障；也可以通過(guò)GPRS專線接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)，這種方式成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。
（三）抄表工作原理
    將無(wú)線模塊的采集端連接在燃?xì)獗淼膫鞲衅魃?，每?dāng)燃?xì)獗硎褂靡欢繒r(shí)，傳感器就會(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)會(huì)將睡眠的無(wú)線模塊喚醒，模塊并將該次使用量記下，然后又繼續(xù)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
    它在睡眠時(shí)，會(huì)間斷的自動(dòng)醒來(lái)，檢測(cè)空中是否有喚醒信號(hào)進(jìn)來(lái)，如果檢測(cè)到有喚醒信號(hào)，模塊馬上進(jìn)入工作狀態(tài)，等待抄表器的下一指令，然后執(zhí)行相關(guān)操作，如果操作完成，模塊會(huì)等待一定的時(shí)間，看是否還有指令，如果沒(méi)有接收到指令，則進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
    如果無(wú)線手抄器要進(jìn)行抄表時(shí)，只要抄表人員拿著抄表器在通信距離以內(nèi)先發(fā)出喚醒信號(hào)（必須是先選擇用戶），將某個(gè)用戶表端的無(wú)線模塊喚醒，然后再發(fā)出抄取數(shù)據(jù)的指令，這樣無(wú)線模塊將把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給抄表器。抄表器內(nèi)的用戶資料是通過(guò)PC機(jī)有線下載到抄表器的，抄表器抄取數(shù)據(jù)后也是通過(guò)有線的方式上傳給PC機(jī)。
    若采用小區(qū)無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)抄表方案，集中器間數(shù)據(jù)自動(dòng)路由，最后由GPRS傳至管理中心。
燃?xì)獗韼в虚y控的功能，如果用戶欠費(fèi)或更換模塊的電池，都可以通過(guò)抄表器發(fā)出關(guān)閥指令。
（四）安全措施
    由于燃?xì)獗磉h(yuǎn)程抄表系統(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(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無(wú)意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括登錄防護(hù)、訪問(wèn)防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
    對(duì)于特定用戶，可通過(guò)數(shù)據(jù)中心給每個(gè)移動(dòng)終端分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒(méi)有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的移動(dòng)終端將無(wú)法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
    安全的防火墻過(guò)濾，設(shè)置防火墻軟件保障系統(tǒng)安全。
三、結(jié)論
    采用GPRS構(gòu)建供氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，目前有包月制和按數(shù)據(jù)量?jī)煞N收費(fèi)方式，按流量計(jì)算0.03元/kbyte，而包月制30元/月有500M流量，可滿足目前監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)量，估計(jì)日后其費(fèi)用會(huì)逐步降低。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實(shí)惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動(dòng)，當(dāng)管網(wǎng)抄控點(diǎn)搬遷時(shí)設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶原有投資，適合于天然氣管網(wǎng)抄控工作的特點(diǎn)，能很好地滿足供氣調(diào)控的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動(dòng)通信公司的營(yíng)收也隨之增加，調(diào)動(dòng)了運(yùn)營(yíng)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。