地质灾害监测中无线数据传输系统的设计解析

1、第23卷第3期重庆工商大学学报（自然科学版）2006年6月Vol. 23 No. 3J Chongqing Technol Business Univ. （Nat Sci Ed ） Jun. 2006收稿日期：2006-03-13;修回日 期：2006-04-1 &作者简介：谈学（1956-），男，武汉市武昌人，高级工程师，从事检测技术 研究。文章编号：1672-058X（ 2006）03-0266-03地质灾害监测中无线数据传输系统的设计谈学（重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，重庆400067）摘要：介绍了地质灾害监测预警系统的设计方案及无线数据传输系统的网络 结构，讨论了无线数字数据网

2、的数据传输协议、传输效率和相关技术要点。结合地质灾害 监测预警系统中对数据传输的具体要求，在方案设计时采用了多点对中心的数据传 送网络结构，重点阐述了数据终端单元和用户数据业务中心的接入方式，给出了地 质灾害监测预警系统中基于GPRS网络平台的无线数字数据网的设计方案。关键词：监测；预警系统；无线数据传输；数据终端单元；数据业务中心中图分类号：TN 915. 12文献标识码：A我国是一个地质灾害多发的国家，地质灾害发生频率高、随机性大，崩塌、 滑坡及泥石流等地质灾害时有发生。为了有效避免因地质灾害而造成的人员伤亡和 财产损失，保障人民生命财产安全，加强对地质灾害监测预警系统的建设是非常必 要的

3、。地质灾害监测预警系统要求能够迅速、及时、准确地掌握监测地区的主要江河 河岸、大中型水库的堤围、山坡等重点地区的斜坡产生位移或斜坡运动速度等相关 数据和时间，为滑坡、泥石流等地质灾害预报提供及时准确的基础资料，供政府部 门和决策部门作出正确决策，为灾前评估、决策提供依据。提前采取减灾措施，将 灾害造成的危害和损失减少到最小。图1地质灾害监测预警系统组成框图1系统的方案设计1. 1组成框图地质灾害监测预警系统要求将各监测点采集的数据能够及时、可靠地传送到异地的计算机进行处理和分析，其数据传送网络拓扑结构采用的是多点对中心的形式，其系统构成如图1所示。地质灾害监测预警系统由传感器将采集的信息送到由

4、单片机控制的数据采集系统进行数据的加工和处理，处理后的数据通过数据发送单元送到用户数据接收单元。数据接收单元再将接收到的数据送到计算机，由计算机对各数据采集点的数据进行处理和分析。1.2数据传送方式选择由于地质灾害监测系统需监测的点多且分散，采用有线监测系统，由于监测范 围大，因而通信线路的铺设、维护和维修成本太高，而且一旦数据传输出现失真 等，调试也非常困难。采用传统的无线电信号传送方式，在监测范围内设立多个基 站来实现测量数据的传送。为此需要建设专门的数据通信系统。整个监测范围内需 建设的基站数量多，而且整个系统长年使用，需要定期对基站进行维护，其建站费 用和维护成本将非常高。基于GPRS

5、的无线数字数据网为数据传输提供了一个平台，可以在此基础上 做任何数据传输业务，而且按数据流量计算运行费用、运行成本低，不必对传输平 台进行维护。由于系统是基于电信运营商的商用网络，因此无线DDN（Digital Data Network ）系统具有很好的网络覆盖区域。无线DDN系统具有建设成本低、建设周期短、组网灵活、可靠性好、维护简单等特点。因此，采用无 线数字数据网进行数据传输是最佳方案。1.3无线数字数据网（无线 DDN）基于GPRS网络平台的无线DDN（Digital Data Network 数字数据网）是以中国移动的 GSM /GPRS网络为平 台，可以提供点对点、外围设备间、外围

6、设备与中心节点之间的通信方式，适用于 信息互传、数据互图2无线DDN的网络结构备、远程监测等行业应用。无线DDN系统为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络1.4点对中心的无线DDN网络结构点对中心的无线DDN的网络结构如图2所示。各个用户数据终端的数据通过数据终端单元DTU(Data Termi-nal Unit )以中国移动的 GSM /GPRS 网络为通信平台，向指定的用户数据业务中心DSC(Data Service Center)传送数据，由数据中心服务器对各用户数据终端的数 据进行处理和分析。2无线DDN的设计2. 1数据终端单元(DTU )的接入数据终端单元采用

7、深圳市宏电技术开发有限公司生产的H7118GPRS DTU，H7118具有RS232/422/485接口，其中嵌含了 PC和TCP、UDP协议等转换装 置，具有自动拨号和自动上线及在线状况自动检测等功能，适用于环境恶劣的各种 工业监控、交通管理、水文、气象、煤矿安全监控等应用。H7118工作时需要一张SIM卡与GPRS网络连接。数据直接通过 H7118DTU向数据中心实时发送。H7118DTU的数据传送是完全透明的，不需要后台计算机支持，不对数据添加任 何多余的协议，也不会对数据的排列做修改。2. 2用户数据业务中心的接入数据中心的接入有多种方式，组网形式的选择主要由业务数据量、时延、可靠 性

8、要求、数据保密性、网络状况决定。根据系统的具体情况，主要考虑采用无线网 络运营商提供信道接入，有以下 2种连接方式。（1）采用中国移动的专线接入方式。此种方式带宽大（一般为2MB ），数据安全性好，稳定可靠，传输延迟小，但租用此专线价 格较贵。适合电力、金融、证券、工业监控等行业使用；企业通过专线接入中国移 动的路由器，移动公司为用户提供公有或移动私有 IP地址。（2）采用GPRS Modem无线接入方式。此种方式在数据中心接 1台Modem 通过数据中心的PC机拨号上网。优点是组网迅速，费用经济。缺点是带宽窄（GPRS上行10Kbps，下行40Kbps，CDMA上下行基本对称，约为80Kbp

9、s ），延时大。适合数据 带宽需求不太大的应用，全部数据在 GPRS网内运行。数据中心的GPRS数据终 端接入点绑定固定IP地址（即至少提供一个绑定移动内网固定 IP地址的SIM 卡）。综合考虑采用GPRS Modem无线接入方式。数据中心使用了深圳市宏电技术 开发有限公司生产的H6221GPRS工业调制解调器（Modem），H6221采用标准 RS -232接口，可以直接接入PC，绑定由中国移动提供的SIM卡固定IP地址。GPRS DTU向这个IP地址发送数据。安装附 带的驱动程序，就可以构成链路自动检测、断线自动重拨、工作可靠的无线数据链路，满足工 业数据传输的高可靠性使用要求。2. 3数

10、据中心与用户应用程序接口数据中心与系统的应用软件接口有 2种方式，即动态连接库（DLL ）和GPRS 数据中心服务程序转发。动态连接库方式需进行接口程序的编程与开发，为保持原 有系统应用软件，采用了宏电公司提供的GPRS数据中心服务程序与应用系统软件之间进行数据转发，包括实际串行口 转发、虚拟串行口转发、UDP /IP转发、TCP /IP转发等。2. 4数据传输协议的选择 由于GPRS网络计费按照流量计费，所以数据传送效率就显得十分重要。数据传输效率计算公式如下：包传输效率=数据长度/（数据长度+UDP /TCP头长度），如表1所示。由于本系统数据量较小,报文长度为16Byte，所以选用UDP

11、协议。表1 UDP、TCP 2种协议的传输效率对比数据长度（Byte）UDP 效率（%）TCP 效率（%）850. 0028. 571666. 6744. 443280. 0061.546488. 8976. 1912894. 1286. 4925696. 9792. 7551298. 4696. 24102499. 2298. 083结束语经过在中国移动的GPRS网络实际测试，在网络正常的情况下，一般数据包 的成功率都在99. 9%以上，网络的数据传输质量和稳定性较好。GPRS无线DDN系统具有广泛的应用范围，几乎所有中低速率的数据传输业 务都可以应用，如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道

12、自动化、商业POS机、INTERNET接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。除了支持传 统的互联网应用，GPRS无线终端也同样支持 B2B、B2C的电子商务和电子支 付、股票交易、银行转账等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET )，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为 LAN的延伸。参考文献：1 李东.无线通讯原理M .北京：电子工业出版社，20022 BATE R J.通用分组无线业务 GPRS技术与应用M .北京：人民邮电 出版社，20003 黄青.地质灾害系统M .北京：人民教育出版社，20004 李昔华，代晓红.基于GPRS技术的霓虹灯动画远程更新系统J

13、 .重 庆工商大学学报：自然科学版，2005 (6)： 75-76 5杨菁，余成波，胡晓倩. GPRS技术及其应用探析J 重庆工学院学报，2004 (1)： 30-32The desig n of wireless data tran sfer system in theearly -warni ng and mon itors system of geology disasterTAN Xue(Computer Science &ln formatio n Engin eeri ng College，Chongqing Tech no logy& Bus in essU ni versity

14、， Cho ngqi ng 400067, Chi na )Abstract : This paper introduced the design project of the early -warning and mon itors system of geology disaster and the n etwork structure of the wireless data transfer system，on this basis，discussed the digital data network of wireless transfer protocol and tran sfe

15、r efficie ncy of the data and related importa nt tech nique poin ts. By combi ning the geology disaster mon itors with the early -warni ng system in con crete request of data transferring, this paper used project design, adopted data transmission network structure of multi -point center , and with a fo-cus on the connect into the way of the data terminal unit and the data service center gave the geolo