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GPRS氣象信息采集系統(tǒng)

摘    要:本文提出了一種基于GPRS 的氣象信息采集系統(tǒng)設(shè)計原理和實現(xiàn)方案,簡要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識,描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法。通過實際應(yīng)用,獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞:GPRS;DDN;氣象;聯(lián)網(wǎng);環(huán)保;采集系統(tǒng)。


一、背景介紹


原有氣象信息系統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較早,設(shè)備性能低,線路速度低,時延長,已很難滿足自動站,沙塵暴,雷達等資料傳輸?shù)囊?,很難滿足進行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨螅恍l(wèi)星網(wǎng)覆蓋面小、速度低,且小站之間無法直接通信,限制了網(wǎng)絡(luò)功能。因此,構(gòu)建一個更完善、更快捷、更安全的氣象廣域網(wǎng)絡(luò)平臺迫在眉睫。廣域網(wǎng)不僅要在速度、容量上滿足需求;而且需要將原本松散的網(wǎng)絡(luò)從規(guī)格、管理軟件、安全防護等方面進行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴展性,未來可以方便地進行升級。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。


二、本方案優(yōu)勢


GPRS是目前解決移動通信信息服務(wù)的一種較好的業(yè)務(wù),它是以數(shù)據(jù)流量計費,覆蓋范圍廣泛,數(shù)據(jù)傳輸速度更快。與有線網(wǎng)絡(luò)相比,GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費用低,移動辦公,不受地域制約等優(yōu)點。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。GPRS通信方式更適合于氣象信息采集業(yè)務(wù),目前氣象中心與各采集點采用X.25和PSTN進行交互傳輸,月租費太高,用電話線傳送數(shù)據(jù)按時間計費,帶來諸多不便,費用也不便宜。

GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點

1、覆蓋范圍。構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(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。由于氣象信息采集點數(shù)量眾多,分布在全國范圍內(nèi),部分氣象信息采集點位于偏僻地區(qū),而且地理位置分散。另外,還必須考慮今后系統(tǒng)擴充的可能,必須具有良好的可擴展性。由于目前GPRS已覆蓋國內(nèi)絕大部分地區(qū),能夠滿足氣象信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求;

2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個氣象信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi),目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求;

3、系統(tǒng)的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個氣象信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于氣象信息采集點數(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鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要;

4、通信費用低。采用傳統(tǒng)的有線方式建立氣象信息采集傳輸系統(tǒng),必須租用專線或電話線進行連接。由于氣象信息采集點必須與中心隨時保持連線狀態(tài),而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小(在幾K至10K之間),線路資源利用率很低,平均每一個氣象信息采集點每月的線路費用為800~1200元。而如果采用GPRS通信方式,由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計費的方式,資源利用率高,月通信費用將在100元之內(nèi);

5、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,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。


三、 系統(tǒng)構(gòu)成


GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是北京東方訊公司和系統(tǒng)集成商合作開發(fā)的基于GPRS技術(shù)的氣象信息采集系統(tǒng)。它由氣象采集器、PLC邏輯控制、東方訊GPRS DTU、數(shù)據(jù)中心(管理工作站,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,web發(fā)布服務(wù)器)組成。采集器負責實時采集各種氣象參數(shù)(風速,溫度,濕度,氣壓等等),然后匯總到PLC控制邏輯,接著傳到東方訊GPRS傳輸終端,通過GPRS網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器,服務(wù)器上的數(shù)據(jù)可以通過web和客戶端形式發(fā)布到各個省縣級氣象站。具有采集數(shù)據(jù)快速準確,能快速生成統(tǒng)計分析等特點,極大地提高了氣象發(fā)布的實時性,穩(wěn)定性。


圖片關(guān)鍵詞

(圖)氣象信息系統(tǒng)示意圖


系統(tǒng)由氣象采集器,自動氣象站,GPRS DTU傳輸終端,氣象中心軟件組成。

1、氣象采集器:風溫濕壓參數(shù)是氣象采集的四大基本要素, 一般采集溫度,濕度,輻射,風速,風向,雨量等環(huán)境參數(shù)。

2、監(jiān)測儀:采集器主要特征如下:16路溫度通道,10路模擬通道,1路風向風速通道,1路雨量,8000條的數(shù)據(jù)存儲容量,RS232通訊接口,應(yīng)答式通訊協(xié)議。

3、傳輸終端:傳輸終端采用東方訊的GPRS DTU,實時持續(xù)在線,內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧,透明傳輸,支持多種工作模式,支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。

4 、中心軟件系統(tǒng):基于大型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件,對數(shù)據(jù)進行實時處理和存儲,通過GIS電子地圖直觀顯示各種參數(shù)。支持分級管理,設(shè)備監(jiān)視,通過B/S或C/S進行信息發(fā)布。 

溫度傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、風速感應(yīng)器、風向感應(yīng)器、雨量測量計等設(shè)備把各指標的數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測儀,接著監(jiān)測儀進行分析處理,然后通過串口RS232或RS485傳給了東方訊的GPRS DTU,遠程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入。當GPRS DTU通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機,建立透明數(shù)據(jù)通道后,采集終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口,GPRS DTU就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機;同時服務(wù)器主機下發(fā)的命令通過通道傳輸?shù)紾PRS DTU后,GPRS DTU通過串口送到采集終端,從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。


四、系統(tǒng)功能及特點


1、終端設(shè)備的添加、編輯、刪除功能;終端設(shè)備可以隨時增加和減少。終端設(shè)備的增加和減少不影響系統(tǒng)的正常運行;

2、終端設(shè)備的管理通過GIS電子地圖,直觀顯示和查找,某區(qū)域可以任意放大和縮小,終端設(shè)備可以查詢、標識、記錄等;

3、設(shè)備的分級管理,市中心可以對所有設(shè)備進行管理,可以對所有設(shè)備進行信息發(fā)布,各個縣中心可以對本區(qū)域的設(shè)備進行管理,對本區(qū)域的信息進行發(fā)布;

4、信息的審查和記錄,市中心可以對所有設(shè)備的信息進行查看和監(jiān)管,縣中心可以對本區(qū)域所有的設(shè)備信息進行查看,本區(qū)域發(fā)送的所有信息同時反饋到市中心;

5、簡單的信息發(fā)布功能;信息支持單發(fā)、群發(fā)、分組發(fā);

6、設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控功能,管理中心可以查詢設(shè)備的工作情況,了解設(shè)備的運行情況,能遠程維護和升級設(shè)備。

  

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(圖二)  野外氣象信息采集系統(tǒng)


 


采集,傳感器,檢測儀

(1)、溫度通道:16路(鉑電阻);

(2)、模擬通道:10路 0~5V;6路 0~20mV;

(3)、風速通道:1路(配EC—9S);

(4)、風向通道:1路(配EC—9X);

(5)、雨量:開關(guān)量1路;

(6)、工作電壓: 交流220V, DC:12V 內(nèi)配充電電池

(7)、數(shù)據(jù)存儲容量:8000條;

(8)、工作溫度:-20℃~50℃;

(9)、存儲內(nèi)容:各路數(shù)據(jù)瞬時值,存儲時間,可以人工設(shè)定;

(10)、顯示分辨率:10uV,內(nèi)部電路分辨率1/65536(16位AD);

(11)、微機通訊接口:RS232;12.微機軟件通訊協(xié)議:應(yīng)答方式;


東方訊GPRS DTU

(1)、多種工作模式選擇(透明和非透明);

(2)、保持在線;

(3)、支持本地數(shù)據(jù)激活;

(4)、軟硬件多重看門狗機制;

(5)、內(nèi)嵌完備的PPP,TCP/IP協(xié)議棧;

(6)、協(xié)議擴展功能;

(7)、內(nèi)置ppp心跳機制,防止DTU被基站休眠;

(8)、應(yīng)用層心跳機制,保持應(yīng)用層穩(wěn)定連接,適時檢測連接狀況;

(9)、可升級固件程序;

(10)、支持中國移動WMMP平臺,可進行遠程管理;

(11)、嵌入式處理器,支持高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù);

(12)、設(shè)備上電聯(lián)網(wǎng)成功率高;

(13)、穩(wěn)定性:7x24小時;

(14)、設(shè)備斷網(wǎng)后自動聯(lián)網(wǎng)成功率高;


五、 總結(jié)

GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是采用北京東方訊公司的GPRS傳輸終端,實現(xiàn)了實時在線,穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在成熟的GPRS網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),其通信費用較低,接入設(shè)備可以移動等特點使得氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀竞图夹g(shù)服務(wù)成本大為降低。而且北京東方訊公司的GPRS數(shù)傳采用工業(yè)級設(shè)計,組網(wǎng)靈活,實時在線的特點很適合運用在工業(yè)場合。


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