第一篇：淺談GPRS在城市路燈自動監控系統中的應用

淺談GPRS在城市路燈自動監控系統中的應用

Research on The Usage of GPRS in The Automatic Monitoring System of City Road

作者：孫泉

摘要：詳細介紹了公共路燈遠程監控系統的結構原理、工作過程、硬件組成和軟件設計，增加了一些措施增加了系統的可靠性。根據系統可以實時掌握路燈的電壓高低、電流大小、是否工作、警告等狀況,從而實現對公共路燈的實時遠程監控。

Abstract: This report writing introduces the remote monitoring system of city road lamps to go into details, talking about the structure and principles of the system, the working process, the composition of hardware and the designation of software, and adds a number of measures to increase the reliability of the system.According to the system, we can have real-time data about the voltage and current of street lamps, the warning of them, and the situations like this, in this way, we can realize the real-time remote monitoring of the city road lamps.關鍵詞：GSM/GPRS；MODEM；遠程監控；分控點；監控中心

Keywords: GSM/GPRS, MODEM, Remote Monitoring, Individual Control Points, Monitoring Center 1.前言

城市燈光監控系統納入監控范圍內的有道路照明監控、高層建筑泛光照明監控、廣場照明監控、橋梁照明監控等部分，系統的建立是一項復雜的工程，必須全面規劃，從全局的觀點出發,考慮到目前和將來的需求，設計統一的系統結構，同時還要為今后系統的發展和逐步完善留有充分的余地，避免因需求擴展和提高時不得不全盤推倒另起爐灶的情況出現，以保護前期的投資。建設一個復雜的燈光監控系統，不僅要滿足現在的業務管理需求，還要考慮到今后的信息處理增長及其技術升級的適應性。

隨著GSM/GPRS技術在中國的成熟，選取GSM/GPRS短消息作為系統的通信方式，具有一次性投入低，安裝簡便，使用費較低，抗干擾能力較強且具有向GPRS無線分組、2.5G寬帶業務平滑過渡等諸多優點。目前，我國幾乎所有城市已經開通GSM/GPRS業務，這是今后路燈監控系統所采用的主流傳輸資源，是路燈監控系統通信方式的必然趨勢。

2.監控系統的體系結構

2.1 GSM/GPRS 與GSM/GPRS MODEM GSM/GPRS是中國移動、中國聯通推出的一種服務方式，它的出現提供了一個方便、可靠的無線傳輸資源，能提供短數據傳輸業務，每次可傳輸一定長度的數據信息，根據我們的測試結果和實際使用經驗，完全可以滿足路燈監控的需求，給路燈監控行業注入了新的活力。同時，覆蓋范圍廣泛、收費較低也是GSM/GPRS短消息服務的重要特色。GSM/GPRS MODEM正是基于GSM/GPRS網絡所設計的數據傳輸設備，體積小、重量輕、外形美觀、便于安裝，也支持通話功能。具有GSM/GPRS標準的AT命令集和標準RS232接口，可方便與路燈監控器配合。

2.2監控系統

GSM/GPRS路燈監控系統是一個分布式、集散型、網絡化、全開放的監控系統，包括控制中心和若干個分控點，能對獨立分布的各種路燈設備進行集中監控和維護管理。系統采用了GSM/GPRS短消息傳輸方式，克服了分控點上有線通信線路布線困難的缺點和故障多、難于維護的弊端。根據路燈監控系統總體方案的要求，可設一個監控中心，N個分控點的情況，該系統監控中心設于城市路燈管理部門值班中心。

2.3 監控中心的組成及原理

控制中心有中心通信服務器、收/發GSM/GPRS MODEM、遠程告警MODEM、WEB服務器、普通用戶工作臺、大屏幕模擬屏等組成。在中心安裝GSM/GPRS MODEM若干臺，可以避免接收與發送之間的沖突（沖突時往往發生發送不成功或收不到數據），大大提高了通信效率。通過通信網絡與終端數據通信MODEM進行通信，完成遙測、遙信和遙控。實時監視各分控點工作狀態和運行參數，接收故障告警信息，發生報警時通過遠程告警MODEM傳呼值班人員及時處理故障或者通過GSM/GPRS MODEM向維護人員的手機以短消息方式發送告警信息，實時向上一級監控中心轉發緊急告警信息和報送上一級監控中心所要求的數據信息。還可根據需要，查詢分控點采集的各種監測數據和告警信息，并在屏幕顯示或打印輸出。另外可通過數據采集控制器下達測控命令，向分控點發送短消息來設定智能路燈監控器的告警限，并用嚴格的權限控制確保操作的安全性。

通信服務器是整個系統的心臟，一旦出現問題，整個系統將要癱瘓，因此為了提高系統的可靠性，采用數據庫服務器雙機備份解決方案，系統軟件同時安裝在兩臺主機上,同時運行各自的服務工作,且相互監測對方的情況和本系統的狀態，協調兩臺主機的工作,維護系統的可用性。它能偵測應用級系統軟件、硬件發生的故障,及時進行錯誤隔絕、恢復，當一臺主機出現故障時,另一臺主機立即接管其工作，以最低成本提供用戶幾乎不停頓的計算機作業環境，這樣就大大地提高了系統的可靠性。同時為保證在公共網絡上系統能夠安全運行，監控中心采用了多級操作口令，監控中心和分控點之間采用了自動動態密碼保護，白天開燈時監控中心對分控點發雙重命令才能執行控制命令，保證對分控點遙控操作的絕對安全性。同時，為了在無故障時監控中心維護人員也能夠查看分控點信息，系統也支持巡檢工作方式，即監控中心可定期查詢各個分控點運行信息。

圖1 監控中心

2.4分控點的組成及原理

每個分控點都由一個GSM/GPRS MODEM和一個數據采集器組成（圖2），二者通過標準串口RS-232串口通訊。現場控制設備[1]，本身具有六路模擬量、2路開關量輸入和4路控制量輸出，但這些通道的數量有時遠遠不能滿足被監控設備的需求。為了能夠擴展更多的測量通道，可通過RS485接口擴展外部智能設備，凡是具有RS485接口且波特率為2400或9600的智能設備，原則上都可以通過定制通信協議實現與現場控制設備通信。

目前，現場控制設備自身可配備四種基本擴展智能設備：模擬量測量單元、開關量及控制量測控單元、智能調壓模塊、智能變送器，現場控制設備采集來的數據通過GSM/GPRS MODEM 傳送給控制中心。在系統分控點上可根據預先設定的告警限判斷分控點路燈設備是否發生故障，當分控點路燈設備出現故障時（例如電壓過高，白天亮燈，夜晚不亮燈等故障信息），可立即向監控中心上報故障信息，故障上報時間在10秒以內（正常情況下約3秒），且分控點的數量不影響故障上報的時間。支持多點同時告警上報是GSM/GPRS短消息通信方式所特有的強大功能，它大大縮短了故障響應的時間。實時接收和執行來自監控主機的監測和控制命令，按照不同的要求進行相應的動作，存貯各設備歷史數據，并對專用設備進行管理。

為了增加分控點的可靠性，采用兩種方法：（1）一旦監控中心發生故障，分控點可自行記錄運行數據，自行按照預先設定的定時時間來控制設備的正常運轉（例如定時開關燈等）；

（2）分控點具有后備電池，掉電后可持續工作一段時間，在此期間可將相關重要信息發送給監控中心，以便監控中心進行信息分析。

圖2 系統分控點

3.集中監控軟件

集中監控軟件是監控系統的核心軟件，該軟件分為三個軟件模塊：前置監控工作站通信模塊、短消息服務模塊、后臺監控工作站模塊。

前置監控工作站負責收集各個分控點的數據信息，并在數據庫服務器上整理形成數據庫文件，供后臺監控工作站和管理工作站調用，數據庫采用的是SQL SERVER大型數據庫,穩定可靠。前置監控工作站上安裝了兩個軟件模塊，一個軟件模塊為前置監控工作站通信模塊，另一個軟件模塊為短消息服務模塊。

后臺監控工作站則作為整個系統面向用戶的窗口，肩負著把大量采集數據歸整、分析，并以清晰、明了的方式向用戶顯示的重任。后臺監控工作站軟件采用WINDOWS NT workstation或WINDOWS2000作為操作系統，以32位版的VC++ 6.0作為開發語言，正是要把WINDOWS2000的友好界面和高速度融為一體，達到既能從海量數據中快速存取數據，又能使用戶輕易地進行各種操作的目的。

同時，后臺監控工作站上能夠支持基于Web瀏覽器Internet Explorer的網絡版操作軟件，這樣，只要是和監控中心聯網的任何一個用戶都可以方便地操作使用路燈監控系統（當然，該用戶必須具有監控中心賦予的操作權限）。普通工作站僅提供給用戶操作和瀏覽的界面，其必須具有監控中心賦予的操作權限，不具有最高級別的系統設置功能。4.結束語

基于GSM/GPRS數據傳輸網絡實現的路燈遠程監控系統，能夠可靠地對公共路燈進行有效的遠程監控，能避免繁重的布線工作,且具有造價低、數據傳輸安全可靠、安裝使用方便等優點。系統的實現有以下幾個關鍵技術:(1)采用GSM/GPRS網絡通訊技術,實現數據的傳輸;(2)分控點采用先進的數據采集和處理技術。當然本系統還有很多發展的地方，比如與CDMA 系統的兼容性、衛星授時、未來與交通系統的融合等一系列的問題，這需要做進一步的研究開發。

參考文獻：

[1] 賈貴璽，郭寶。采用無線尋呼網絡的城市路燈控制系統的研究。儀器儀表學報。2002,10:103～105 [2] 華建平。城市路燈自動監控系統。安裝。2000,06:31～32 [3] 張威。GSM網絡優化—原理與工程。北京：人民郵電出版社,2003 [4] R.J.(Bud)Bates著，貝茨，朱洪波譯。通用分組無線業務（GPRS）技術與應用。北京：人民郵電出版社,2004

作者簡介：

孫泉，男，漢族，洛陽元煜自控工程有限公司，蘭州化工學院工業儀表及自動化專業，現從事城市照明自動監控系統研制、開發工作。

第二篇：DTU在城市路燈監控中應用

GPRS在城市燈光管理監控中應用 建設照明監控系統的必要性

隨著城市建設的發展，城市照明建設越來越注重于城市的形象，道路照明和景觀照明的要求和數量不斷增加，今后城市照明管理部門除了管理城市道路照明外，還將參與城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設、道路照明和景觀照明提出更高的要求。希望實現城市照明管理的現代，使城市管理水平達到國內領先水平。

1.1 現行的控制方法

現在采用控制方法以分散時控方式為主，即在路燈配電箱中安裝定時器，按預定的時間自行開/關燈；而有些景觀燈開關通常是人工手動控制方法。

1.2 現行控制方法的缺陷

現行的方法既不能及時調整開/關燈的時間，更無法及時反映照明設施的運行情況，并且故障率高、維修困難。隨著城市的不斷發展，控制范圍越來越大，現行的控制方法無法及時反映照明設施的運行情況，使得維修工作十分被動。運行過程中的故障只有等待巡視人員到達現場才能發現，或者被動地等待市民的電話反映，因此難以做到及時維修。

在遇到一些領導視察、國賓接待、舉辦大型活動等特殊任務時，由于缺乏靈活的控制手段，必須臨時派出大量的人員到現場手動操作照明開關箱或者臨時通知各景觀燈單位，因此在時間十分緊迫的情況下，無法滿足圓滿完成任務的要求。

此外，由于缺乏靈活的控制手段，花費大量經費建設起來的各類景觀燈，難以充分發揮應有的效能。城市照明監控系統的效益分析

2.1 社會效益分析

隨著社會文明的不斷發展，路燈已不再局限于街道照明，而是發展為表現城市景觀、體現城市形象的重要標志。因此，現代社會對路燈的管理和維護也提出了越來越高的要求，這些要求包括根據光照度變化及時開/關燈、隨時調整景觀燈的開/關燈時間并進行應急調度、及時發現故障并立即進行修復等。

目前各城市管理部門所采用的控制方式已很難保證城市照明系統的正常開關燈和運行，特別是當照明控制箱或線路出現問題時，就有可能造成大面積滅燈，產生較壞的影響。同時由于缺少實時監測手段，無法實現故障的及時發現和維修。隨著政府和市民對照明管理和維護要求越來越高，照明管理部門的管轄范圍也越來越大，為了及時發現故障并立即進行修復，仍然采用檢修車上街巡燈的方法越來越難以勝任。

采用城市照明自動化監控系統以后，全市范圍的全夜燈、半夜燈和景觀燈的開/關均可實現自動控制。同時，由于照明自動化監控系統具有自動報警和巡測、選測功能，調度人員可以在故障發生后的數秒鐘內及時了解故障的地點和狀態，為及時進行修復提供了有力的保障。路燈維護及時，可以極大地減少對照明管理部門的投訴、減少道路交通事故的發生，有利于城市的治安，產生極大的社會效益，從而進一步提高城市的形象。

2.2 經濟效益分析

2.2.1 節約路燈維護費用

路燈自動化監控系統將傳統的“巡燈查找故障”改為“值班等待報警”，不僅減少了“巡燈”人員和車輛損耗，降低了維修成本；而且在檢修車出所之前已經知道了故障的準確地點和基本狀態，因而縮短了維修時間、提高了檢修效率；由此將產生了極大的經濟效益。

2.2.2 節約大量的電費支出

無線照明監控系統能提高開/關燈的可靠性和可檢查性，避免白天亮燈情況的出現；同時，系統采用光控和時控相結合的控制方案，在預置的時間區段內根據光照度決定路燈的開或關，既能在陰雨天自動延長照明時間，又能在晴好天氣自動縮短照明時間；這些措施既可滿足市民對道路照明的需求，又避免了路燈的無謂開啟，減少了開燈時間,從而節約了大量的電能。

根據已建的照明監控運行表明，采用照明監控系統后，每天大概可以減少路燈開燈時間25分鐘左右。如果按每天運行十小時計算，則可節約4.2％的電費支出。

如果通過對照明線路的改進，增加路燈的半夜燈控制方案或景觀燈在非節假日采用只開部分景觀燈的控制方案，因此可節約大量的電費支出。

2.2.3 提高燈具壽命，降低運行成本

以外由于減少了開燈時間，延長了燈具壽命，降低運行成本，進一步提高了經濟效益。

2.2.4 實現自動傳送電費功能，減少電費支出

無線照明監控系統具有遠程自動抄表和計量電費功能，每天、每月、每年的照明用電能夠及時的自動采集、計算、存儲、打印，隨時了解用電情況，實施有效管理，降低支出，提高經濟效益。對景觀燈還可采用雙計費功能，實現政府開燈與各景觀大樓業主自行開燈分別計費的方式，減少政府與大樓業主為電費的相互扯皮的現象，保證雙方的利益。

2.3 實現照明系統的管理現代化

城市照明監控系統能將采集到的數據自動進行存儲、統計，并能隨時進行查詢和打印，為管理現代化提供了基本條件。系統設計依據

本方案依據北京嘉復欣科技有限公司業已完成的照明監控系統和結合當前無線監控技術的最新發展，并根據各城市照明管理部分對照明監控系統的技術需求編制而成。設計原則

4.1 可靠性

由于系統的服務對象是廣大市民，稍有差錯即會產生嚴重的社會后果；同時監控設備長期在野外運行，工作環境極為惡劣；因此必須充分考慮系統的可靠性，要求監控系統能夠長期穩定地運行；同時要求監控系統在個別設備出現故障的情況下仍能穩定運行，不影響或者少影響照明系統的按時開啟和關閉。

4.2 先進性和實用性

設備須符合相關國內、國際標準，整個系統應是目前國內最先進的，并長期處于國內較為先進的水平。同時，應以實用為原則，不可脫離實用性而盲目追求先進性，從而造成華而不實、浪費資金，降低可靠性。

4.3 可維修性

系統的設備模塊化設計，并且各單元部件具有故障定位指示，便于設備維修。

4.4 可擴展性

硬件采用模塊化設計，軟件采用組態化設計，使得系統擴展、升級均不必改變現有設備的狀態。

4.5 通用性

硬件設備具有通用性，通過不同的軟件參數設置，可以實現不同的功能。

4.6 經濟性

盡可能采用成熟的先進技術，選擇性價比高的方案和設備，既要考慮初期建設費用，也要降低今后的運行維修費用。系統主要技術指標

5.1 系統容量：1個主站，1萬個監控點。

5.2 可以實現群控和組控

系統終端根據需要可以把全夜燈、半夜燈、各種景觀燈分為不同功能組，實現群控和組控。

5.3 通信方式

根據用戶的具體情況、通信技術的發展，本方案建議采用GPRS通信方式。

5.4 工作環境溫度

照明監控室外通信終端的工作環境溫度范圍滿足－30℃ ～ +65℃。

主臺為0℃ ～ +40℃。

5.5 數據采集精度

為了保證亮燈率的統計，交流電流、電壓、有功功率、功率因數采集精度優于 1.0 %。照明控制方案

6.1 分組控制

系統可以根據不同類型的照明控制要求，把全市路燈和景觀燈分成若干組，分別采用時控方案或時控和光控相結合的控制方案，自動遙控開/關全夜燈、半夜燈和景觀燈；也可以手動對全夜燈、半夜燈和景觀燈進行遙控開/關操作；在特殊情況下，可以實現白天亮燈。

6.2 時控和光控相結合的路燈控制方案

目前,路燈控制方案主要有時控法和光控法兩種。

時控法的主要缺點是不考慮天氣對光照度的影響，每天在固定的時間開/關燈；從而造成陰雨天光照度嚴重不足但沒有開燈，或者晴朗天氣雖然到了固定開燈時間但光照度仍然充足，白白浪費電力；關燈時間的固定不變，同樣出現類似的不合理現象。此外，隨著季節的變化，定時器需要人工頻繁地調整。光控法的主要缺點是在光線不足的白天，或者夜晚有強光照射時都有可能發生誤動作。

為了克服兩者的不足，本系統采用時控和光控相結合的路燈控制方案。該方案基于模糊控制理念，以當地365天日出日落的時間作為基本條件，設定一個有效的開/關燈時段，在此時段內根據光照度的具體情況自動執行相應的開/關燈命令；若該時段結束時光控仍未起作用，則在該時段結束時，監控終端自動按時控方式開/關燈。

光控時段值和光照度值均可在線修改，軟件界面如右圖所示。此方案可根據當天的實際光照度及時地開/關燈，既可節省大量電力，又可產生較好的社會效益。

在特殊情況下，系統也可以實現白天亮燈。

根據已建的照明監控運行表明，如果原來是采用日出日落時間作為開關燈時間的話，則在采用時控和光控相結合的控制方案后，每天大概可以減少路燈開燈時間25分鐘左右。如果以每天平均開燈10小時計算，則可節約4%左右的電費。

6.3 景觀燈控制方案

景觀燈控制采用分組定時控制方案，即可以把不同地理位置和要求的景觀燈分成若干組，對不同組采用不同的定時控制方案。

采用先進的全組態設計，通過中央控制室微機的設置程序，可任意設置一年中的開/關燈時間以及每周固定的開/關燈時間。通過群控方式，可將景觀燈進行分組，不同組采取不同的控制方案；也可通過選控方式，將相應的飾燈逐點控制，更增強了系統的靈活性。照明監控通信系統

7.1 系統通信方案的選擇

正確選用系統通信方案，是城市照明監控系統得以成功運行的必要前提，在照明監控系統中目前可采用的通信方案主要有無線專用網、移動通信網中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。根據要求本系統通信方案選擇無線移動公用網的GPRS通信方式。

7.2 系統GPRS通信方案特點

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業務的英文簡稱，是在現有GSM系統基礎上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數據業務,具有“永久在線”、“高速傳輸”等優點。特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。

相對于原有GSM撥號方式的電路交換數據傳輸方式,GPRS網絡采用的分組交換技術，具有以下優點：

(1)永久在線。即用戶無需為每次數據的訪問建立呼叫連接。

(2)高速傳輸。數據傳輸速率理論上最高可以達到171.2kbps,目前傳輸速率可以一般達到40kbps。

(3)流量計費。用戶只需要為接收和發送的數據報支付費用，因此相對運行費用較低。

(4)快捷登錄。一般只須10秒即可登錄互聯網。

GPRS 采用與GSM 同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA幀結構，其分組數據信道與當前的電路交換的話音業務信道極其相似。因此，現有的基站子系統從一開始就可提供全面的GPRS 覆蓋。下圖為通信系統組成框圖：

監控中心的前后臺監控微機接入Internet（可采用DDN專線、ADSL等多種方式），GPRS終端與監控中心建立連接，監控中心與GPRS終端通過GPRS網絡，實時傳遞指令和數據。

7.3 GPRS系統構成和組網方式

GPRS的應用非常廣泛，幾乎所有行業都能用到GPRS的無線數據傳輸。但每種行業的實際需求和復雜的應用環境都大不相同，所以每種行業都會有自己獨特的功能要求和組網方式。目前GPRS的組網方式有以下四種可行的組網方案：

1）方案一：中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP或者公網動態IP+DNS解析服務。此種方案向先INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務。

1、中心公網固定IP：監控點直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。

2、中心公網動態IP+DNS解析服務：客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，監控點先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模、對實時性要求不高的場合中應用。

2）方案二：中心采用主副GPRS-DTU，采用移動內網動態IP+移動DNS解析服務。

此種方案客戶先與移動DNS服務商聯系開通移動動態域名，監控點先采用域名尋址方式連接移動DNS服務器，再由移動DNS服務器找到中心移動動態IP，建立連接。中心也用GPRS-DTU做接收端，但GPRS無線方式的中心不如有線方式的穩定，所以采用主副兩個GPRS-DTU作冗余備份。主中心GPRS-DTU接收端掉線時，所有監控點自動轉到副中心GPRS-DTU接收端。此種方式也可以大大節約固定IP的費用，但并不是所有移動公司都提供DNS解析服務，所以要在有DNS解析服務的省市才能采用此種方案。此種方案適合小規模應用。此種方案時時性和穩定性較差，不推薦使用。

3）方案三：中心采用主副GPRS-DTU，采用移動APN專網固定IP。

此種方案客戶先與移動申請APN專網業務。移動為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監控點及中心分配移動內部固定IP。此種方案中心也像方案二一樣采用主副兩個GPRS-DTU作接收端，冗余備份。但此種方案較方案二而言，無需DNS解析，本身具有移動內網固定IP，減少中間環節，穩定性增強；且所有數據都在移動GPRS的APN內網傳輸，無需經過公網，安全性增強。此種方案無需負擔寬度專線月租費用，性價比合理，推薦使用。

4）方案四：中心采用移動內網固定IP地址，監控點采用普通的移動動態IP

此種方案客戶先與移動服務商聯系，可以就近從移動GSM基站引入光纖專線，開通移動內網固定IP，監控點先采用普通的SIM卡并開通GPRS功能，通過移動內部網關與中心建立連接。此種方式也可以大大節約固定IP的費用，各監控點也無需設置固定IP。此種方案實時性較好，由于監控點使用動態IP，穩定性稍差一些，推薦使用。

5）方案五：中心采用APN專線，所有點都采用內網固定IP

此種方案客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監控點及中心分配移動內部固定IP。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。

對與照明監控系統而言，由于系統組成的監控點較多，實時性要求較高，因此建議采用第五種通信組網方式。為此照明監控中心的服務器將需要專線方式接入移動公司的GPRS網絡，所有的監控終端都采用特定IP地址，以保證監控信息的可靠、安全、及時的傳輸。系統控制中心（調度端）設計

8.1 通信端系統框圖（見下頁）

照明監控系統調度端采用前、后臺機連網工作方式，選用帶看門狗的適合連續工作的工業控制計算機。一般情況下，前臺機作為監控工作站承擔遙測、監控、調度等工作；后臺機平時自動備份前臺機的數據，當前臺機出現故障的情況下，可以隨時切換頂替前臺機工作；從而極大地提高了系統的可靠性。同時，考慮到計算機網絡技術的發展，系統具有網絡接口，接入服務器、管理工作站等，系統就可以很方便地組建為路燈管理處局域網，通過網絡實現照明監控數據和圖像信息共享。

系統外部的計算機均可通過撥號上網，采用加密查詢的方式訪問相應的各類最新和歷史數據。同時，系統也可以通過電話語音方式查詢當前的最新情況，或指定相應的電話號碼和告警方式實現電話語音告警。整個系統的網絡化設計為今后的生產管理與辦公自動化的實施奠定了良好的基礎，同時保留了足夠的軟件與硬件擴展接口，以便現有的監控系統能隨著網絡技術的飛速發展，發揮越來越大的作用。照明監控終端

9.1 照明監控終端的基本性能

照明監控終端（RTU）選用深圳宏電科技有限公司生產的STC-205型系列照明監控終端。該終端選用工業級芯片，允許在－40℃～+80℃的環境溫度下的連續運行；采用多CPU與DSP協作工作方式，其中關鍵芯片采用國際最新表面貼裝芯片，通過數字信號處理（DSP）技術，實現交流采樣方案，交流電流、電壓采集精度優于 0.5%；設備設計、生產全過程進行ISO-9001質量控制；印制板焊接采用波峰焊技術消除了人工焊接的漏焊和虛焊；每臺整機都進行100小時高溫上電老化排除了早期失效，有效地保證了設備的出所質量，現場開箱率達到100%，平均無故障時間達到10萬小時。照明遠程智能監控終端的采集和控制的內容包括：

遙測：1路三相電壓、12路電流及有功功率和功率因數、2路直流（測光照等）

遙控：6路繼電器輸出，觸點為交流220V12A，一組常開和常閉觸點

遙信：8路隔離開關量輸入

通訊：2路隔離232或485接口，MODBUS協議

射燈等各種不同底燈型。

具有遠程抄表接口。

具有遠程自動調壓接口。

具有單燈監測接口。

具有加裝防盜線模塊接口。

9.2 照明監控終端主要功能

9.2.1 自動報警

當采集到的交流電流、電壓超過上下限時能自動報警。

當白天亮燈或晚上熄燈時能自動報警。

當供電停電時通過自備電源運行，同樣能自動報警。

9.2.2 獨立運行

當發生中控室微機或通信線路發生故障時，終端會根據預先設定的程序定時自行開/關燈，以確保路燈照明線路的正常運行。

9.2.3 監控終端斷電運行

監控通信終端內可裝有不間斷電源，具有斷電運行功能，能在供電線路斷電時及時告警，使有關部門在第一時間獲知并搶修，同時具有防盜報警功能。不間斷電源能防止過分充/放電，保證長期使用。

9.2.4 抗干擾能力

由于監控終端一般均安裝在干擾較大的環境中，為了保證系統可靠工作，終端的軟硬件設計中采用了下列多種抗干擾措施。

對現場采集的模擬量和開關量信號在硬件上采用隔離和限幅等防強干擾措施。在軟件上采用數據濾波處理，保證了數據的準確性。

對開關量輸出采用軟件連續循環置位輸出的處理方法，保證了輸出的可靠性。

對強干擾信號造成的運行出錯采用軟硬件自恢復電路處理。保證在無人值守時也能可靠運行。

對采集到的高壓交流信號實行多重防電脈沖沖擊和防雷保護措施，已在實際應用中獲得了極好的效果。

9.2.5高可靠的變送器電路

選用交流電壓、電流二次互感，具有輸入輸出完全隔離、精度高、功耗低等優點，加以輸入端的多重防護措施，極大地提高了傳感器的可靠性和精度。

9.2.6通用化設計

終端所有工作參數都可通過終端或中控微機中的設置軟件包進行在線設定和修改。工作參數包括：站號、通信參數、現場物理量參數、模擬量的計算方式、采集方式、矢量設置和組合報警等內容。用戶可隨時根據現場情況（如全夜燈、半夜燈、景觀燈等各種類型）自行組態各終端的工作參數，從而既保證了監控終端設備的通用性，又保證了系統具有極大的靈活性。

9.2.7 防盜報警功能

在照明控制箱門處加裝箱門開關，但外人打開加箱門時能自動向主臺報警，保證照明設施的安全。

9.3 照明監控終端擴展功能

9.3.1 遠程抄表功能

終端設備具有RS-485抄表接口，可以自動讀取電子電表的數據。實現系統的遠程抄表功能。

9.3.2 遠程自動調壓接口（選配）

照明監控終端設備具有控制調壓設備的接口，如果配有北京嘉復欣科技的節電器，則通過此接口可實現對節電器的遠程控制和調壓。

9.3.3 防偷盜照明線路報警控制接口

終端提供與防偷盜照明線路報警模塊接口，只要系統配上珠海新東武電業公司研發的照明線路防盜線報警模塊（見第14節），即可隨時采集照明線路情況，發現有偷盜線路時可立即報警，保障照明線路和設施的安全。

9.4 照明配電控制箱設計

照明配電控制箱可以有兩種方式：其一，對原有的配電箱進行改造，增加若干互感器、自動/手動開關等器件即可；其二，根據要求重新設計照明配電箱。

以上兩種方案將根據現場具體情況而定。

第三篇：GPRS城市供水調度監控系統應用方案

GPRS城市供水調度監控系統應用方案

城市供水調度監控系統可以對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量的數據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。

一、項目背景

城市供水調度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數據采集和監控。該系統由監控中心和各個水源監測點組成，各個水源監測點的數據采集終端（RTU或PLC）可監視和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數據，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。

城市供水調度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。城市供水調度系統一般包括：水司控制中心、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。

城市供水調度監控系統可以對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量的數據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。便于及時迅速的了解及控制遠端管道及閥門，低故障率和檢修的時間，減少停水次數。各水源監測點的數據采集終端可自動采集管道壓力、水流量的實時數據與開關狀態等數據，信息傳輸到自來水公司的監控中心，監控中心通過對傳輸回的數據進行分析，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信息化、現代化。

目前，自來水供水調度監控系統中采用的數據通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設光纜、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信、擴頻通信、衛星通信、GSM 短信/GPRS通信等。

在城市供水調度監控系統中，由于各管網監控點分布范圍廣、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，況且采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，總之監控系統采用有線通信方式建設周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優點。在監控系統中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數傳、擴頻、衛星通信、GSM數字蜂窩通信系統等，其中衛星通信由于通信費用昂貴，只在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術雖然速率高，但只能在視距范圍內傳輸，應用也受到限制。采用超短波數傳電臺作為傳輸信道具有組網靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優點，但由于系統工作于230MHz且多采用普通間接調制的數傳電臺，這就造成系統易受外界干擾、通信速率低、誤碼率高、數據傳送量不大、信號覆蓋范圍小等缺點。

二、方案選擇

經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為城市供水調度監控系統的數據通信平臺。目前，GSM網絡經過電信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是中國移動新推出的GPRS數據業務。GSM/GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建自來水供水調度監控系統，實現管網監控點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、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。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個/所有監測點的各種數據，無需輪巡就可以同步監測點的時鐘可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統，監控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、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網絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。

4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GSM網絡，系統投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調試工作量大，要先進行現場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調試等工作。

1、覆蓋范圍廣。構建供水調度監控系統要求數據通信覆蓋范圍廣，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。

由于管網監控點數量眾多，分布在全市范圍內，部分管網監控點位于偏僻地區，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋范圍之內，都可以實現監控。

2、數據傳輸速率高。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數據傳輸速率在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。

3、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接。由于管網監控點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

4、通信費用低。由于GPRS采用包月計費的方式，運營維護成本低，月通信費用將在200元之內。

三、解決方案介紹

由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，監控中心計算機主機配置固定的IP地址，各個端站的GPRS模塊和該主機進行通信。

（一）系統組成1、管網監控點：

管網監控點：各監控點通過數據采集模塊采集如壓力、流量等數據，通過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連，通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GSM網絡。

2、監控中心：

服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當管網監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理。

3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：

現場監控點采集的數據經GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。

（二）系統方案

各監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動的GPRS網絡與監控中心相連。

各污染源數據采集點使用移動通信公司統一的STK卡，同時監控中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行監控系統軟件，支持24小時實時在線，實現信息采集點24小時傳送采集的信息數據。

凡自來水公司授權的信息采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，用戶使用本卡只能用于與監控中心數據通信功能。

2、終端設備使用中聯視訊提供的GPRS移動數據通信終端。

3、用戶登記：符合自來水公司的規定。

（三）產品特性

系統采用SG2000 系列GPRS無線透明數據傳輸終端。產品基于中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準232數據口可直接與計算機、RTU、PLC、GPS接收機、數碼相機、數據終端等連接，傳輸速率達171Kbps，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站之間的數據采集和控制。

1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。

2、接口： RS232、RS485、PCMCIA。

3、系統理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。

4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作系統。

5、支持透明數據傳輸與協議轉換。

6、支持VPN安全功能。

7、安裝靈活、使用方便、可靠。

（四）安全措施

由于供水調度監控系統的特殊性，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，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Ｒａｄｉｕｓ服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。

對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。

1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對 整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。

2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

3、對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。

5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。

四、結論

采用GPRS構建供水調度監控系統系統，目前有包月制和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.03元/kbyte，而包月制20元/月有1024 k流量，可滿足目前監控系統的實際數據量，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，由于接入設備可以移動，當管網監控點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合于供水調度監控工作的特點，能很好地滿足供水調監控的需求，而且，做為網絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業務穩定的集團用戶，隨著用戶數量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發展的要求。

第四篇：路燈智能監控系統方案

路燈智能監控系統方案

一、系統簡介

路燈智能監控系統采用了先進的數字信號處理技術、電源管理技術、無線通信技術、數據庫管理技術等，實現城市路燈照明系統的遙測遙控和路燈節能功能，是現代意義的城市路燈綜合管理系統。在通信和軟件處理方式上，系統通過GPRS無線通訊技術完成數據采集、傳輸、處理的功能。通過對道路照明設備的分布式控制和數字化管理，可以實時監控路燈照明設備實時在線控制，降低管理成本，做到無人值守。

二、系統功能

? 監控中心集中數據管理和監控，實現目標鎖定、快速查找等操作，支持中心監控分級管理，可設立多個分控中心，網絡可分區分片管理，組建大型路燈控制系統；

? 自定義控制策略，分時間段控制道路兩側路燈全亮、全關、隔桿亮燈，用戶能夠根據當地情況靈活調整時間控制路燈，全亮、全關、隔桿亮燈； ? 采用Internet技術和GPRS無線網絡，實現遠程分布式遠程控制； ? 采用高性能DCSK調制的電力線載波通信技術，實現同一電力網絡下路燈的獨立控制，自動中繼功能保證通信距離全路段覆蓋； ? 路燈故障檢測功能，主動上報故障路燈位置；

? 服務器離線狀態下，系統可以按照指定時間自動控制路燈開關。

三、系統原理

系統構架框如圖所示。

系統中各線路集中器利用電力線載波通訊與各路燈控制器進行通訊，發送和收集各種線路數據，集中器同時通過GPRS將數據發送到Internet上，mServer位于GPRS MODEM可以直接訪問的網絡節點，負責進行數據中轉，中控軟件運行于用戶機上，從mServer定期獲取數據，進行集中控制。

四、監控中心軟件

五、硬件實物

方案分析：

目前市場上路燈監控系統廠家很多，通過對各個廠家的系統功能和方案進行分析發現： 系統組成通常為：

? 路燈控制器（大多分單燈和雙燈）——具備路燈的狀態監測、開

關控制以及新興LED燈的亮度控制等功能；為了避免重新布線節

省工程費用，單燈控制器的通信方式多為：電力線載波或zigbee?？蛻艨梢酝ㄟ^系統對各燈進行智能控制已達到節能的目的，參照某廠家的計算結果節省的電費開支2-3年即可抵消系統建設費用。?

線路集中器——負責收集上報路燈控制器的狀態信息或下發系統控制指令至各路燈控制器。線路集中器和路燈控制器之間的通信方式為電力線載波或zigbee，和系統服務器的之間的通信多采用? ?

GPRS通信。

系統服務器——負責通過GPRS接收存儲來自各線路集中器上報的路燈狀態或下發系統指令到各集中器。

上位機及監控軟件——負責顯示告警各路燈的狀態（可顯示在GIS地圖上），可通過監控軟件設定各路燈的開關狀態（例如根據地域分片控制開關，根據時間調整開關狀態或亮度等）。

第五篇：多媒體在礦山監測監控系統中應用

多媒體在礦山監測監控系統中應用

中國礦業大學機電工程學院 羅雪

【摘要】本文章主要介紹多媒體在礦山監測監控系統中應用。主題詞 多媒體

礦山

監測

監控

The use of multimedia in the mine monitoring &supervision [Abstract]The paper briefly introduce The use of multimedia in the mine monitoring &supervision。

Key words multimedia mine monitoring supervision 1 引言

眾所周知，安全是煤礦山產中的頭等大事；高效是一切生產活動所追求的重要目標。及時準確無誤的監測監控井下井上生產環境和設備工況，工人的安全，所在位置，生產情況，確保安全實現自動化管理是煤礦檢測系統必備的條件。基于這種要求，采用多媒體進行監控監測日益普及，今天就來談談多媒體在礦山監測監控系統中應用。正文

一般所說的多媒體技術是指,即將文本、圖形、圖像、音頻、視頻、動畫等單媒體通過計算機進行綜合處理后形成復合信息傳播媒體。對于礦山礦井的特殊環境來說，對多媒體的技術要求相對來說比一般的要高。具體要求如下： 1）實用性和經濟性，如防弧，防濕度過大，由于礦井深度帶來的信號減弱，信號不穩定等。礦山監測監控對多媒體的要求； 多媒體系統應始終堅持面向應用，堅持使用經濟原則。

2）先進性和成熟性 應采用先進的技術方法，又要注意結構設備的相對成熟，抑郁應用到實際操作中，可操作性要強

3）開放性和標準性 為了滿足形同選不用的多媒體設備同時協調運行，在長期的使用中可方面便維新更好換，遵循統一的國際標準，設備來源更加豐富。4）可靠性和穩定性 必須保證實時的不間斷的監測監控活動的進行，必須擁有較高的的穩定性和可靠性，以取得最佳的使用效果。5）可操作性要強 易于普通工人的監測報告 多媒體的應用可分為四個部分組成；

采集端：負責所需金控監測對象的數據的采集。如使用GPS定位礦井下工作人員所處的工作面工作位置，濕度傳感器采集礦井中濕度的數量值，瓦斯傳感器監測井道中瓦斯的含量，氧氣的含量，傳輸段：將采集的數據通過一定的形式傳送到下一階段。比如將瓦斯傳感器采集的數據傳輸到計算機系統中。

中繼處理段：如果傳輸段的距離太遠，此時信號已經十分微弱，此時可使用中繼處理段來接受數據，放大后傳送給下一個端口。比如無線視頻的傳送距離是很有限的，為了加大傳輸的距離，因此，家中繼段很有必要。

接收端處理段：接受傳送段和中繼段傳送的數據，并進行處理，如輸出此時瓦斯的濃度值，是否在安全得范圍內。

薛萬強;曾波;全球定位系統(GPS)在礦山滑坡監測中的應用 三晉測繪