【正文】 期，多暴雨，降水強度大，其中 9 月大汛汛期間的徑流占全年的 60%～70%。年平均流量 323立方米每秒，而實測最大洪峰流量 7660 立方米每秒（1954 年） ，調(diào)查最大洪峰流量 10 800 立方米每秒。近年來，移動通信技術(shù)在全球范圍內(nèi)迅猛發(fā)展，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已成為不可逆轉(zhuǎn)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 2的趨勢。從 1G 到 4G 的迅猛發(fā)展充分證明了移動通信技術(shù)的發(fā)展速度。1G：模擬制式的移動通信系統(tǒng)，得益于 70 年代的兩項關(guān)鍵突破：微處理器的發(fā)明和交換及控制鏈路的數(shù)字化。AMPS 是美國推出的世界上第一個 1G 移動通信系統(tǒng)，充分利用了 FDMA技術(shù)實現(xiàn)國內(nèi)范圍的語音通信。2G：風(fēng)靡全球十幾年的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)， 80 年代末開發(fā)。2G 是包括語音在內(nèi)的全數(shù)字化系統(tǒng)，新技術(shù)體現(xiàn)在通話質(zhì)量和系統(tǒng)容量的提升。GSM（ Global System for Mobile Communication）是第一個商業(yè)運營的 2G 系統(tǒng)，GSM采用 TDMA 技術(shù)。： 在 2G 基礎(chǔ)上提供增強業(yè)務(wù)，如 WAP。3G：3G 是移動多媒體通信系統(tǒng)，提供的業(yè)務(wù)包括語音，傳真，數(shù)據(jù)，多媒體娛樂和全球無縫漫游等。NTT 和愛立信 1996 年開始開發(fā) 3G（ETSI 于 1998 年） ，1998 年國際電聯(lián)推出WCDMA 和 CDMA2022 兩商用標(biāo)準(zhǔn)（中國 2022 年推出 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)，2022 年 3月被 3GPP 接納，起源于李世鶴帶頭搞的 SCDMA） ，第一個 3G 網(wǎng)絡(luò)運營于 2022 年的日本。3G 技術(shù)提供 2MBPS 標(biāo)準(zhǔn)用戶速率（高速移動下提供 144KBPS 速率） 。4G ：4G是真正意義的高速移動通信系統(tǒng)，用戶速率 20Mbps。4G 支持交互多媒體業(yè)務(wù)，高質(zhì)量影像，3D 動畫和寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，是寬帶大容量的高速蜂窩系統(tǒng)。 2022 年初，NTTDoCoMo 演示的 4G 移動通信系統(tǒng)在 20KM/小時下實現(xiàn) 1Gbps 的實時傳輸速率，該系統(tǒng)采用 4X4 天線 MIMO 技術(shù)和 VSFOFDM 接入技術(shù)。 國內(nèi)外水情測報的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢國際上，美國和日本自二十世紀(jì)六十年代開始研究和開發(fā)水情自動測報技術(shù)。其中 國際公司是其中的領(lǐng)先者。該公司和美國氣象部門合作，在七十年代就建設(shè)了水情自動測報系統(tǒng)。進入二十世紀(jì)八十年代，集成電路開始大規(guī)模應(yīng)用，遙測設(shè)備不斷完善。數(shù)據(jù)傳輸方式眾多，可靠性也有了顯著的改善，加上計算機軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，水情測報系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)開始廣泛應(yīng)用。我國水利信息化工作在七十年代開始起步，在這之前的水文資料主要靠人工站點記錄整理，然后通過有線電話、電報網(wǎng)進行傳輸。水情觀測站點的數(shù)量和位置受到限制，覆蓋面積不廣以及通信網(wǎng)絡(luò)不健全，信息傳播的及時性得不到保證，常常發(fā)生數(shù)據(jù)傳送延遲的情況，均影響了水文測報的準(zhǔn)確性和實時性，有時會造成重大損失。進入九十年代，我國水情自動測報研究進入了高速發(fā)展期，建成各類水情測報系統(tǒng)上百個，從國外引進的測報系統(tǒng)也有10 多個。我國河流眾多，目前在主要河流都設(shè)有各類水情監(jiān)測站點，水情測報系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用在各類水電項目中。早期的系統(tǒng)主要用于水利防洪，一般只在汛期內(nèi)投入運行，技術(shù)要求較低，而目前水情自動測報系統(tǒng)，除了防洪還大量用在水電建設(shè)和水資源調(diào)度中，需要全年連續(xù)運行，且功能更全，對性能要求很高。這一時期的水情測報系統(tǒng)在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、傳輸?shù)膶崟r性、預(yù)報的準(zhǔn)確性方面都有顯著的提高。國家水利部已經(jīng)建立全國水利工程管理信息系統(tǒng)、建成國家水質(zhì)監(jiān)測和評估信息系統(tǒng)、完善水利信息公眾服務(wù)系統(tǒng)、建設(shè)國家水資源管理決策支持系統(tǒng)等。特別是近基于 GSM 的渭河流域水情監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計 3年來極端天氣情況頻繁出現(xiàn)，國家水利部加快了水文的信息化建設(shè)和管理，建設(shè)了大江大河和大型水庫的實時水情查詢系統(tǒng)和全國重點站點的實時雨情查詢系統(tǒng)。通訊網(wǎng)絡(luò)是水情遙測系統(tǒng)的關(guān)鍵，而通信方式的選擇是通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重要部分，它將直接影響到水情遙測的可靠性和經(jīng)濟性。水情數(shù)據(jù)自動測報系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)總的來說有有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)兩類。主要有短波通信、超短波通信、集群通信和衛(wèi)星通信等專用通信系統(tǒng)，但是以上幾種方式組網(wǎng)成本和維護費用較高。GSM 系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中最成熟、應(yīng)用最廣的一種系統(tǒng)。我國目前已經(jīng)建成覆蓋全國的 GSM 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)?；?GSM 網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測系統(tǒng)具有組網(wǎng)靈活便捷、費用較低、系統(tǒng)健壯性好、維護方便等特點，水情測報系統(tǒng)中越來越多的運用 GSM 網(wǎng)絡(luò)進行通信。水情測報的未來發(fā)展將集中在以下幾個方面：一、目前的傳感器類型眾多，但仍需要研發(fā)適合特定環(huán)境的傳感器，比如測量水質(zhì)含沙量，目前仍大量使用由現(xiàn)場取樣送入實驗室測量的方法。二、水情測報通信方式的多樣化，可以利用衛(wèi)星通信、移動通信網(wǎng)絡(luò)，實時可靠的傳輸水情信息，加強網(wǎng)絡(luò)的可靠性和抗干擾性。三、水情測報的資源共享，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)相關(guān)流域站點的信息交換，各部門數(shù)據(jù)的交換，用以優(yōu)化多級發(fā)電站的水利調(diào)度，提高發(fā)電量、更好服務(wù)于農(nóng)田水利建設(shè)等。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 42 系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)針對水情監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)測站點大多分布在交通不便的偏遠地區(qū)，測點分散，工作環(huán)境惡劣等特點，設(shè)計了以移動通信中 GSM 短消息數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式遠程水情監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)由監(jiān)控中心和監(jiān)測站兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖監(jiān)測站是指分布于各處的測量站點。監(jiān)測站能夠?qū)崿F(xiàn)水位數(shù)據(jù)的采集、計算、存儲，并可通過 GSM Modem 向監(jiān)控中心或工作人員手機發(fā)送水位信息，也可接收來自監(jiān)控中心或工作人員手機的指令信息。每個測量站點的 GSM Modem 都配有一個獨立的 SIM 卡號，以此進行各個測量站點的區(qū)分。監(jiān)控中心由裝有監(jiān)控管理軟件的 PC 機和 GSM Modem 組成。監(jiān)控中心能夠通過GSM 調(diào)制解調(diào)器與監(jiān)測站進行無線短消息通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線遠程實時傳輸，并對水位信息進行存儲、顯示、統(tǒng)計、分析等。 系統(tǒng)工作原理水情監(jiān)測終端將采集到的數(shù)據(jù)處理成為符合通訊協(xié)議的水情數(shù)據(jù)連同實時時間數(shù)據(jù)一并進行存儲。當(dāng)需要發(fā)送水位信息時，將水位數(shù)據(jù)通過 GSM Modem 以短消息的形式發(fā)出。監(jiān)控中心的 PC 機通過 RS232 串口線與 GSM Modem 連接，當(dāng)需要采集水位信息時，監(jiān)控軟件將通信指令寫入串口，監(jiān)控中心的 GSM Modem 自動將控制指令從串口讀出，并以短消息的方式發(fā)送給監(jiān)測站的 GSM Modem。當(dāng)監(jiān)測站的 GSM Modem 收基于 GSM 的渭河流域水情監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計 5到控制指令后對控制指令進行判斷，指令正確的話，將水位數(shù)據(jù)連同實時時間數(shù)據(jù)通過 GSM Modem 以短消息的方式返回到監(jiān)控中心。 系統(tǒng)主要功能系統(tǒng)監(jiān)測站實現(xiàn)的主要功能，主要有以下 4 個方面：（1）水位信息自動采集、轉(zhuǎn)換、存儲；（2）根據(jù)設(shè)定時間，定時給監(jiān)控中心發(fā)送實時水位信息；（3）根據(jù)監(jiān)控中心的需要，隨時發(fā)送實時水位信息；（4）手機用戶通過短消息業(yè)務(wù)可隨時獲取實時水位信息；監(jiān)控中心管理軟件所實現(xiàn)的主要功能，主要是以下 4 個方面：（1）通過 GSM 調(diào)制解調(diào)器與監(jiān)測站進行無線通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線遠程實時傳輸；（2）通過程序設(shè)計將采集的水位信息自動進行處理，轉(zhuǎn)換為可以進行顯示、存儲、統(tǒng)計、分析等處理的數(shù)據(jù)格式；（3）通過程序設(shè)計將在無人值守的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、顯示、存儲及自動生成報表，能自動監(jiān)測到非正常狀態(tài)的發(fā)生（報警發(fā)生） ，并在報警發(fā)生時發(fā)出語音警告，同時自動給工作人員手機發(fā)送警告信息；（4）實現(xiàn)良好的便于用戶操作的人機交互界面，實現(xiàn)水位信息的多類型顯示、存儲、查詢、分析、報警、遠程轉(zhuǎn)發(fā)及打印輸出等功能。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 63 數(shù)據(jù)傳輸分析和設(shè)計 水情測報系統(tǒng)通信方式國內(nèi)外監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程中出現(xiàn)了許多通信方式作為數(shù)據(jù)傳輸手段，主要有利用 Modem 通過電話線通信、微波通信、專線通信及無線通信等。（1）利用 Modem 通過 PSTN（Public Switched Telephone Network）通信目前國內(nèi)外有很多方法可以實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠程實時傳輸，最常用的方法是通過公用電話網(wǎng)，在這種通信方式中，主控計算機通過調(diào)制解調(diào)器（Modem ）撥號溝通各控制點，分別傳送數(shù)據(jù)。由于現(xiàn)代電話通信網(wǎng)已經(jīng)進入程控交換時代，技術(shù)比較先進，速度快，容量大，因此采用電話通信網(wǎng)建立數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)確實有其獨特的優(yōu)越性。但該方法有其不足之處。在集散式的遠程測控系統(tǒng)中，主站和從站一般依靠電話線路，通過調(diào)制解調(diào)器交換信息，當(dāng)一方發(fā)起呼叫另一方時，主叫方首先要撥號，為防止誤操作，應(yīng)答方一般必須等待振鈴信號出現(xiàn)兩次后，摘機應(yīng)答；然后雙方的調(diào)制解調(diào)器進行“握手協(xié)商” ，以確定波特率、協(xié)議等參數(shù)，最后才進入數(shù)據(jù)傳輸階段，數(shù)據(jù)傳輸完畢，主叫方掛機，應(yīng)答方掛機，從而完成本次數(shù)據(jù)傳輸。在整個過程中“聯(lián)絡(luò)溝通”占去相當(dāng)多的時間，尤其是在從站較多，而每次傳輸?shù)男畔⒘坑植淮蟮那闆r下，這種方式的效率是相當(dāng)?shù)偷摹＃?）微波通信微波通信是基于微波視距傳播的，其頻段主要有1118GHz，兩個微波站之間距離一般為 50Km 且必須為視距。微波通信具有通信質(zhì)量和可靠度高、容量較大、可實現(xiàn)多路通信的優(yōu)點，但同時也存在著頻道資源緊缺、建設(shè)工程量大和建設(shè)周期長等缺點。（3）專線通信所謂專線，就是利用專門鋪設(shè)的電纜（光纜）線路，不通過電話交換機，將所有從站與主站以單總線方式連接起來。由于是專線，傳輸數(shù)據(jù)波特率固定，采用調(diào)制解調(diào)芯片，且為全雙工方式，所以所有從站始終處于接收準(zhǔn)備狀態(tài)，主站可隨時發(fā)碼，連接在線路上的所有從站都可以立刻接收到主站所發(fā)送的字符，從而省去了撥號應(yīng)答和調(diào)制解調(diào)器之間的“握手連接”時間，大大提高了通信的效率。但是這種通信方式只適用于具備建立專線通信條件的應(yīng)用領(lǐng)域，所以其應(yīng)用范圍也大大受限。（4）無線通信進入 21 世紀(jì)以來，計算機網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、自動化技術(shù)、遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)以及大規(guī)模集成電路無不飛速發(fā)展，而其中最為引人矚目的當(dāng)是無線通信技術(shù)及無線基于 GSM 的渭河流域水情監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計 7通信網(wǎng)絡(luò)飛速普及和應(yīng)用?，F(xiàn)今，無論國外還是國內(nèi)通用的、覆蓋廣泛的無線網(wǎng)絡(luò)基本建成，例如中國移動的 GSM 網(wǎng)可實現(xiàn)全國及全球漫游，使手機等無線終端設(shè)備得以快速普及。而無線通信不僅僅可以傳輸話音信號，從本質(zhì)上講，它是數(shù)據(jù)通信技術(shù)與移動通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，數(shù)據(jù)通信才是無線通信的核心內(nèi)容。作為數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的典范，GSM 系統(tǒng)已在全球獲得了巨大的成功，其廣闊的覆蓋范圍和良好的漫游型、安全性，再加上各種基于 GSM 的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，使得在 GSM 上進行數(shù)據(jù)通信成為一種很好的手段。在 GSM 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，短消息業(yè)務(wù)最適合應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集點分散、數(shù)據(jù)量較小的系統(tǒng)中。短消息服務(wù) SMS（ Short Message Service）是 GSM 通信網(wǎng)絡(luò)對用戶提供的一種數(shù)據(jù)服務(wù)。它通過 7 號信令信道傳輸，具有通信靈活可靠、保密性強、初期投入費用低的優(yōu)點，適用于小量數(shù)據(jù)的實時傳輸。綜上所述，本系統(tǒng)結(jié)合遠程水情監(jiān)控具有測量站點分散、通信距離長、傳輸數(shù)據(jù)量小等特點，利用現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)資源，采用 GSM 短消息數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)作為通信方式，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行方便可靠，運營成本大大降低。 GSM 網(wǎng)絡(luò)及 SMS 傳輸原理 GSM 模塊GSM(Global System for Mobile munications)系統(tǒng)是歐洲郵電管理委員會 (CEPT)下屬的移動通信特別小組，從 1992 年起開始制定，并在 1998 年頒布實施的新的數(shù)字式蜂窩移動通信標(biāo)準(zhǔn)。目前它的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛且成熟可靠。GSM 系統(tǒng)除了具有一般數(shù)字系統(tǒng)所有的容量大、業(yè)務(wù)類型多、設(shè)備小型化、成本低、服務(wù)質(zhì)量好、安全性能好等優(yōu)點外，還有本身的一些特點。其一，該標(biāo)準(zhǔn)允許移動用戶進行全球漫游及非嚴格的小區(qū)交接。其二，GSM 的協(xié)議使得呼叫控制過程類似 ISDN 以便與 ISDN 兼容，并且又包括了與蜂窩通信有關(guān)的特別功能，如本地登記和小區(qū)交接。GSM 標(biāo)準(zhǔn)提供的數(shù)字化端到端的連接，使之利用同一資源可為用戶提供一系列的話音/非話音服務(wù)。GSM 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由三部分子系統(tǒng)組成：交換系統(tǒng)、基站系統(tǒng)、操作和支持系統(tǒng)。GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型如圖 31 所示。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 8圖31 GSM網(wǎng)絡(luò)模型 GSM 短消息業(yè)務(wù)概述短消息服務(wù)（SMS）是 GSM 技術(shù)應(yīng)用的一項重要內(nèi)容，它具有一些突出的特點如：一次可以傳輸 140 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的內(nèi)容可以是字符或數(shù)字；可以在 GSM 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)端對端傳輸，還可以在 GSM 網(wǎng)絡(luò)外（如互聯(lián)網(wǎng)）發(fā)送短消息給一個端點站；短消息通過設(shè)在移動通信部門的短消息中心（MSC ）用 GSM 系統(tǒng)的信令信道傳送；在短消息傳送過程中，不進行呼叫連接建立和釋放的過程；MSC 具有短消息的存儲功能，在終端設(shè)備關(guān)機時，可以保持消息在一定時間內(nèi)有效等。利用這些特點，及其雙向傳輸?shù)男阅?，可方便的實現(xiàn)對于采集站設(shè)備的信息采集和遠程控制。短消息業(yè)務(wù) SMS 可分為兩類：（1）點對點的短消息業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)使 GSM 用戶可以發(fā)出或接收長度有限的數(shù)字或文字消息，其中又可分為移動臺接收點對點短消息（SMMT）和移動臺發(fā)送點對點短消息（SMMO ） 。SMMT 是到達移動臺 MS 的短消息業(yè)務(wù)，描述 GSM 系統(tǒng)從短消息業(yè)務(wù)中心 SMSC（Short Message Service）向一個 M