一 .概述
隨著近年來城市城鄉(xiāng)一體化建設(shè)速度的加快，自來水供水管網(wǎng)越來越龐大、分散。自來水供水管網(wǎng)作為城市極為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，與城鄉(xiāng)民生、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)。加強(qiáng)對(duì)自來水供水管網(wǎng)信息化建設(shè)具有相當(dāng)重要意義。利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)對(duì)自來水供水管網(wǎng)運(yùn)行的主要參數(shù)、設(shè)備運(yùn)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化信息管理，并將監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息直觀顯示，實(shí)時(shí)了解管網(wǎng)運(yùn)行狀況，對(duì)自來水供水管網(wǎng)調(diào)度與決策起作重要作用，成為保障自來水供水管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行關(guān)鍵所在。
城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決自來水公司對(duì)供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個(gè)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，各個(gè)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端（RTU或PLC）可監(jiān)視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關(guān)部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求。
城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制，降低了故障率和提高了對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，低故障率和檢修的時(shí)間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動(dòng)采集管道壓力、水流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)阶詠硭镜谋O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對(duì)傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在最短的時(shí)間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化。
在城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，個(gè)別點(diǎn)還地處偏僻，因此架設(shè)光纜、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實(shí)際，總之監(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長、工作難度大、運(yùn)行費(fèi)用高，不便于大規(guī)模使用；相比之下，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。在通信網(wǎng)絡(luò)選取上，選擇中國移動(dòng)的GPRS系統(tǒng)作為城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)。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(kuò)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(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)建自來水供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)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(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單, 具有先進(jìn)性、實(shí)用性、擴(kuò)充性、安全性、可靠性。
自來水供水管網(wǎng)GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)主要對(duì)源水信息采集、自來水廠數(shù)據(jù)采集、泵房遠(yuǎn)程監(jiān)控、管網(wǎng)水監(jiān)測(cè)報(bào)警進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自來水供水系統(tǒng)的“三遙”即遙測(cè)、遙控、遙信。加強(qiáng)水質(zhì)、水壓監(jiān)控，確保水質(zhì)優(yōu)良、水壓滿足民眾的生產(chǎn)和生活需求；并將氣象信息、城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)檢測(cè)信息、衛(wèi)生防疫站檢測(cè)信息匯總，對(duì)水資源保護(hù)和水環(huán)境整治起到積極作用，準(zhǔn)確快速響應(yīng)源水污染及管網(wǎng)暴管應(yīng)急處理。
GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)對(duì)各個(gè)自來水廠進(jìn)行科學(xué)管理，城市自來水供水信息監(jiān)控系統(tǒng)一般包括：多個(gè)水廠終端、多個(gè)水源井監(jiān)控站、多個(gè)管網(wǎng)加壓站、多個(gè)管網(wǎng)測(cè)壓站，并接入城市氣象站、城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、衛(wèi)生防疫站信息。GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)可以對(duì)遠(yuǎn)程分站的設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)自來水供水管網(wǎng)自動(dòng)采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與狀態(tài)參數(shù)、供監(jiān)控中心及有關(guān)部門分析和決策，提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增產(chǎn)的用水量需求。便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管道水壓及管網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控中心通過對(duì)傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在最短的時(shí)間內(nèi)快速響應(yīng)，恢復(fù)供水。提高自來水供水系統(tǒng)的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化。GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的建立，必將產(chǎn)生很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
二 .系統(tǒng)方案
管網(wǎng)遙測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示
管網(wǎng)遙測(cè)系統(tǒng)由分布在城區(qū)的共計(jì)12個(gè)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、中心控制室、GPRS 移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)三大部分組成
1、管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（12個(gè)）：
管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：各監(jiān)測(cè)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)采集儀采集管網(wǎng)壓力、余氯、電源電壓、電流等數(shù)據(jù)，通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端模塊相連，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)。
2、中心控制室：
中心控制室的主模塊（GPRS數(shù)傳模塊）不需要固定的IP地址，也不需要ADSL、撥號(hào)等設(shè)備；主模塊與分站模塊按照主從式進(jìn)行傳輸。GPRS數(shù)傳模塊通過RS232接口與SCADA工業(yè)計(jì)算機(jī)相邊，將采集到的各分站傳輸過來的封裝后的壓力、余氯、電流電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還原后傳輸SCADA工業(yè)計(jì)算機(jī)。
系統(tǒng)監(jiān)控軟件由中心控制室的GPRS數(shù)據(jù)電臺(tái)通過中國移動(dòng)的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)遙測(cè)分站的GPRS數(shù)據(jù)電臺(tái)建立起通信鏈接，從而采集到各個(gè)遙測(cè)分站的管網(wǎng)壓力、余氯等數(shù)據(jù)信息?？刂浦行谋O(jiān)控軟件采集所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并作畫面顯示：管網(wǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行圖、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖、壓力趨勢(shì)圖、棒圖、運(yùn)行報(bào)表（壓力數(shù)據(jù)報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等）、及其他自定義畫面；同時(shí)顯示系統(tǒng)日期、時(shí)間, 報(bào)警數(shù)據(jù),設(shè)備狀態(tài), 趨勢(shì)等，并能快捷的觀察到各個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在線情況。接收上報(bào)的數(shù)據(jù)及告警信息，同時(shí)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，具有查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等功能，并對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行即時(shí)處理。
3、GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS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，通過中國移動(dòng)的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到中心控制室。
GPRS數(shù)傳模塊是基于互聯(lián)網(wǎng)的通信模塊。下圖表示了GPRS數(shù)傳模塊在通信的過程中與GPRS網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)中心的關(guān)系。GPRS網(wǎng)的作用是使模塊的數(shù)據(jù)通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)再把數(shù)據(jù)發(fā)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心， 數(shù)據(jù)中心根據(jù)數(shù)據(jù)的目的地址再通過互聯(lián)網(wǎng)及GPRS網(wǎng)傳給目的地址表示的模塊。
本系統(tǒng)GPRS模塊組網(wǎng)采用如下圖所示的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的形式。
各監(jiān)測(cè)點(diǎn)使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連；各數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)使用移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的SIM卡，同時(shí)中心控制室對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便識(shí)別和維護(hù)處理。各信息監(jiān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，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)。
三 .中心控制室設(shè)計(jì)：
中心控制室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
中心控制室硬件由SCADA工業(yè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、GPRS數(shù)據(jù)傳模塊、UPS后備電源、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、激光打印機(jī)等設(shè)備組成。中心控制室有UPS后備電源系統(tǒng)為工業(yè)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及GPRS數(shù)傳模塊提供可靠的供電保障，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。
控制室的監(jiān)控軟件運(yùn)行于SCADA工業(yè)計(jì)算機(jī)，本軟件是基于工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件平臺(tái)，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況和具體要求進(jìn)行定制開發(fā)而成，并將所有數(shù)據(jù)通過SQL數(shù)據(jù)庫軟件保存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。
四.安全措施
由于供水調(diào)度監(jiān)控系統(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(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24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。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認(rèn)證整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動(dòng)公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。
對(duì)于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問專用APN，移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動(dòng)分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無法呼叫專門的APN。
3、對(duì)于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
