一、背景介紹

    無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)，通過無線通訊系統(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)點突出是：無須布線，施工簡單。
    燃?xì)獗硎?STRONG>正偉公司研制開發(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量的儀表。它由可發(fā)信燃?xì)獗砘�表部分、微控制器系統(tǒng)、脈沖采樣系統(tǒng)、無線模塊組成。該表具有可靠性高、精度高、功耗低的特點。
    經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的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。目前，GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是中國移動新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GSM/GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建天然氣供氣抄控系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點的無線數(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，而且設(shè)備安裝方便、維護簡單。
    通過GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)，為用氣管理提供實時性好、穩(wěn)定性高的數(shù)據(jù)和事件記錄，可實現(xiàn)多塊表、全方位的抄控功能。
GPRS無線系統(tǒng)具備如下特點：
   1、良好的實時響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
   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)對儀器設(shè)備的時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)以及其他監(jiān)測、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)投入運行時基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。
   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，擴容無限制，接入地點無限制，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)控點數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(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171.2kbit/s，實際應(yīng)用時數(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管網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(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、通信費用低。由于GPRS采用包月計費的方式，運營維護成本低。
    用正偉公司提供的系統(tǒng)解決方案，還具有以下特點：
    無線模塊多信道、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、計量準(zhǔn)確、通信可靠；采用高效糾錯技術(shù)，保證通信數(shù)據(jù)100%正確；微功率、通信距離遠(yuǎn)、價格低。
    無線抄表器攜帶方便、操作簡單直觀、功能豐富。
    系統(tǒng)高度集成、總成本較低。
    可以隨時抄取數(shù)據(jù)。
    抄表不入戶、避免擾民。
    帶閥控功能。
    系統(tǒng)簡單、抄表效率高。
二、解決方案介紹
    系統(tǒng)架構(gòu)：
    抄表方案一、無線智能燃?xì)獗沓�表系統(tǒng)就是采用無線的方式，將智能燃?xì)獗淼挠嬃繑?shù)據(jù)直接發(fā)送到抄表員手持的PDA手掌機上，后將PDA手掌機通過USB接口和PC機連接，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，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)。
    無線智能燃?xì)獗沓�表系統(tǒng)通過無線抄表，不但解決了入戶抄表的困難，而且還能了解表具的運行狀態(tài)，根據(jù)用戶的繳費情況，對表具進行開、關(guān)控制，并可對用戶的用氣情況進行科學(xué)的統(tǒng)計和分析。
    該方案無線智能燃?xì)獗沓�表系統(tǒng)主要由帶無線通訊功能的智能燃?xì)獗�、PDA手掌機、集中器及電腦等部分組成。
    抄表方案二、通過集中器采集儀表數(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)通過計量儀表計量，用集中器采集儀表數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲并通過GPRS移動通訊網(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），從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表及監(jiān)測。
    管理部門可在辦公室內(nèi)隨時觀測到分散在全市各地的企事業(yè)單位的天然氣使用狀況，可隨時打印出各種報表及收費情況等，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、價格低、操作簡單、施工方便等特點。
（一）、系統(tǒng)組成
    1.燃?xì)獗頂?shù)據(jù)采集
    集中器是一個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)過來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)送過來的數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)中心。采用小型的無線電臺和表具進行無線連接。
   集中器也可以用太陽能電池板供電，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運行，搜索GPRS網(wǎng)絡(luò)，向中心進行注冊并連接。如果沒有數(shù)據(jù)傳輸時可以進入休眠狀態(tài)，一旦有數(shù)據(jù)需要發(fā)送或收到中心呼叫(通過短信或電路)時便從新登陸數(shù)據(jù)服務(wù)中心，進行數(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GSM短信通道和數(shù)據(jù)服務(wù)中心進行通信。
      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)由表首先通過局域無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RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至管理部門數(shù)據(jù)中心的抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實時在線連接。
     燃?xì)獗砑�中器通過局域無線接口抄控燃?xì)獗恚�既可支持單個電表，也可以同時支持多個電表，實現(xiàn)對表參數(shù)的采集、存儲、預(yù)處理或并將采集到的表數(shù)據(jù)實時傳送到配電中心；同時，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，對表進行控制操作。
    2.管理中心
      管理中心服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后，傳送到管理中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理。
     管理中心計算機主機可進行業(yè)務(wù)管理和計費管理，對數(shù)據(jù)進行校驗、計算、存儲、分析、管理等，可對異常情況進行告警，同時對用戶使用情況實時監(jiān)控，保證管理部門的合法收益。
    3.GPRS/GSM移動數(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對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，最終傳送到管理中心IP地址。
    4.無線模塊
      無線模塊選用無線遠(yuǎn)程喚醒數(shù)據(jù)傳輸模塊，無線模塊是連接在燃?xì)獗淼膫鞲衅魃�，用于采集燃�(xì)獗淼挠昧坎⒋鎯�，其余時間都處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)傳感器有信號進來時，模塊被喚醒，并自動計量，而且模塊會不間斷的自動醒來，檢測外界是否有喚醒信號，主要用于抄表器抄取數(shù)據(jù)，如果檢測到喚醒信號，它將被喚醒并等待下一指令，執(zhí)行相關(guān)操作。如果沒有喚醒信號，則又進入睡眠狀態(tài)。這樣一來，無線模塊的功耗就非常低，采用5號堿性電池供電，可以達到6個月到一年。
    5.無線抄表器（PDA）
     無線抄表器是通過無線射頻方式發(fā)送數(shù)據(jù)或指令和接收數(shù)據(jù)，在它和無線模塊之間建立一套通信協(xié)議就可以和無線模塊進行通信，抄取數(shù)據(jù)。所有功能都在屏幕上顯示。與PC機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)，管理中心計算機主機上網(wǎng)取得IP地址，各個表數(shù)據(jù)采集點采用GPRS模塊和該主機進行通信。
    各小區(qū)抄控點使用集中器，通過移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)與管理中心相連,各信息采集點采集實時數(shù)據(jù)，支持24小時實時在線，實現(xiàn)信息采集點24小時傳送采集的信息數(shù)據(jù)。這樣，整個城市區(qū)域通過移動網(wǎng)絡(luò)就實現(xiàn)了統(tǒng)一管理。
    凡天然氣公司授權(quán)的信息采集點均可以使用本系統(tǒng)：
    1）管網(wǎng)抄控小區(qū)必須使用移動統(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線表計終端。
    3）用戶登記：符合天然氣公司的規(guī)定。
    推薦通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動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GPRS專線接入到移動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�量時，傳感器就會發(fā)出脈沖信號，脈沖信號會將睡眠的無線模塊喚醒，模塊并將該次使用量記下，然后又繼續(xù)進入睡眠狀態(tài)。
    它在睡眠時，會間斷的自動醒來，檢測空中是否有喚醒信號進來，如果檢測到有喚醒信號，模塊馬上進入工作狀態(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，模塊會等待一定的時間，看是否還有指令，如果沒有接收到指令，則進入睡眠狀態(tài)。
    如果無線手抄器要進行抄表時，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（必須是先選擇用戶），將某個用戶表端的無線模塊喚醒，然后再發(fā)出抄取數(shù)據(jù)的指令，這樣無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PC機有線下載到抄表器的，抄表器抄取數(shù)據(jù)后也是通過有線的方式上傳給PC機。
    若采用小區(qū)無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)抄表方案，集中器間數(shù)據(jù)自動路由，最后由GPRS傳至管理中心。
燃?xì)獗韼в虚y控的功能，如果用戶欠費或更換模塊的電池，都可以通過抄表器發(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自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。
    對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心給每個移動終端分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的移動終端將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強。
    安全的防火墻過濾，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)量兩種收費方式，按流量計算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)的實際數(shù)據(jù)量，估計日后其費用會逐步降低。對于用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當(dāng)管網(wǎng)抄控點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于天然氣管網(wǎng)抄控工作的特點，能很好地滿足供氣調(diào)控的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調(diào)動了運營商的積極性，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。