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(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡(jiǎn)要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識(shí)，描述了GPRS 無(wú)線傳輸應(yīng)用于氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過(guò)實(shí)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(shí)延長(zhǎng)，已很難滿足自動(dòng)站，沙塵暴，雷達(dá)等資料傳輸?shù)囊?，很難滿足進(jìn)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(wú)法直接通信，限制了網(wǎng)絡(luò)功能。因此，構(gòu)建一個(gè)更完善、更快捷、更安全的氣象廣域網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(hù)等方面進(jìn)行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴(kuò)展性，未來(lái)可以方便地進(jìn)行升級(jí)。而以上的這些不足都可以通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二、本方案優(yōu)勢(shì)

GPRS是目前解決移動(dòng)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(jì)費(fèi)，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(fèi)用低，移動(dòng)辦公，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無(wú)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(diǎn)采用X.25和PSTN進(jìn)行交互傳輸，月租費(fèi)太高，用電話線傳送數(shù)據(jù)按時(shí)間計(jì)費(fèi)，帶來(lái)諸多不便，費(fèi)用也不便宜。

GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)

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(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)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(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全國(guó)范圍內(nèi)，部分氣象信息采集點(diǎn)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(kuò)充的可能，必須具有良好的可擴(kuò)展性。由于目前GPRS已覆蓋國(guó)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(duì)覆蓋范圍的要求；

2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個(gè)氣象信息采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)，目前GPRS實(shí)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(gè)氣象信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于氣象信息采集點(diǎn)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?，而GPRS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(fèi)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(jìn)行連接。由于氣象信息采集點(diǎn)必須與中心隨時(shí)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(gè)氣象信息采集點(diǎn)每月的線路費(fèi)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(jì)費(fèi)的方式，資源利用率高，月通信費(fèi)用將在100元之內(nèi)；

5、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)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(kù)服務(wù)器，web發(fā)布服務(wù)器）組成。采集器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各種氣象參數(shù)（風(fēng)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(guò)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(guò)web和客戶端形式發(fā)布到各個(gè)省縣級(jí)氣象站。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，能快速生成統(tǒng)計(jì)分析等特點(diǎn)，極大地提高了氣象發(fā)布的實(shí)時(shí)性，穩(wěn)定性。

（圖）氣象信息系統(tǒng)示意圖

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

1、氣象采集器：風(fēng)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(fēng)速，風(fēng)向，雨量等環(huán)境參數(shù)。

2、監(jiān)測(cè)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(fēng)向風(fēng)速通道，1路雨量，8000條的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)時(shí)持續(xù)在線，內(nèi)嵌自主知識(shí)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(kù)的系統(tǒng)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，通過(guò)GIS電子地圖直觀顯示各種參數(shù)。支持分級(jí)管理，設(shè)備監(jiān)視，通過(guò)B/S或C/S進(jìn)行信息發(fā)布。 

溫度傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、風(fēng)速感應(yīng)器、風(fēng)向感應(yīng)器、雨量測(cè)量計(jì)等設(shè)備把各指標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)儀，接著監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行分析處理，然后通過(guò)串口RS232或RS485傳給了東方訊的GPRS DTU，遠(yuǎn)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(dāng)GPRS DTU通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，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(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)；同時(shí)服務(wù)器主機(jī)下發(fā)的命令通過(guò)通道傳輸?shù)紾PRS DTU后，GPRS DTU通過(guò)串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

四、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

1、終端設(shè)備的添加、編輯、刪除功能；終端設(shè)備可以隨時(shí)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(yùn)行；

2、終端設(shè)備的管理通過(guò)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(biāo)識(shí)、記錄等；

3、設(shè)備的分級(jí)管理，市中心可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行管理，可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行信息發(fā)布，各個(gè)縣中心可以對(duì)本區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行管理，對(duì)本區(qū)域的信息進(jìn)行發(fā)布；

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

5、簡(jiǎn)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?cè)O(shè)備的工作情況，了解設(shè)備的運(yùn)行情況，能遠(yuǎn)程維護(hù)和升級(jí)設(shè)備。

(圖二)  野外氣象信息采集系統(tǒng)

采集，傳感器，檢測(cè)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(fēng)速通道：1路（配EC—9S）；

(4)、風(fēng)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(chǔ)容量：8000條；

(8)、工作溫度：－20℃～50℃；

(9)、存儲(chǔ)內(nèi)容：各路數(shù)據(jù)瞬時(shí)值,存儲(chǔ)時(shí)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(jī)通訊接口：RS232；12.微機(jī)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?cái)?shù)據(jù)激活；

(4)、軟硬件多重看門狗機(jī)制；

(5)、內(nèi)嵌完備的PPP，TCP/IP協(xié)議棧；

(6)、協(xié)議擴(kuò)展功能；

(7)、內(nèi)置ppp心跳機(jī)制，防止DTU被基站休眠；

(8)、應(yīng)用層心跳機(jī)制，保持應(yīng)用層穩(wěn)定連接，適時(shí)檢測(cè)連接狀況；

(9)、可升級(jí)固件程序；

(10)、支持中國(guó)移動(dòng)WMMP平臺(tái)，可進(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)；

(14)、設(shè)備斷網(wǎng)后自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)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(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其通信費(fèi)用較低，接入設(shè)備可以移動(dòng)等特點(diǎn)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(jí)設(shè)計(jì)，組網(wǎng)靈活，實(shí)時(shí)在線的特點(diǎn)很適合運(yùn)用在工業(yè)場(chǎng)合。