GPRS氣象信息采集系統

摘    要：本文提出了一種基于GPRS 的氣象信息采集系統設計原理和實(shí)現方案，簡(jiǎn)要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識，描述了GPRS 無(wú)線(xiàn)傳輸應用于氣象數據傳輸的實(shí)現方法。通過(guò)實(shí)際應用，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。

一、背景介紹

原有氣象信息系統地面網(wǎng)絡(luò )建設較早，設備性能低，線(xiàn)路速度低，時(shí)延長(cháng)，已很難滿(mǎn)足自動(dòng)站，沙塵暴，雷達等資料傳輸的要求，很難滿(mǎn)足進(jìn)行數據綜合傳輸的需求；衛星網(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，構建一個(gè)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(mǎn)足需求；而且需要將原本松散的網(wǎng)絡(luò )從規格、管理軟件、安全防護等方面進(jìn)行整合和統一。并且還需要具有可擴展性，未來(lái)可以方便地進(jìn)行升級。而以上的這些不足都可以通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現。

二、本方案優(yōu)勢

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)，它是以數據流量計費，覆蓋范圍廣泛，數據傳輸速度更快。與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比，GPRS網(wǎng)絡(luò )具有租用費用低，移動(dòng)辦公，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現為企業(yè)和行業(yè)用戶(hù)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)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，月租費太高，用電話(huà)線(xiàn)傳送數據按時(shí)間計費，帶來(lái)諸多不便，費用也不便宜。

GPRS網(wǎng)絡(luò )優(yōu)點(diǎn)

1、覆蓋范圍。構建氣象信息采集傳輸系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿(mǎn)足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于氣象信息采集點(diǎn)數量眾多，分布在全國范圍內，部分氣象信息采集點(diǎn)位于偏僻地區，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統擴充的可能，必須具有良好的可擴展性。由于目前GPRS已覆蓋國內絕大部分地區，能夠滿(mǎn)足氣象信息采集傳輸系統對覆蓋范圍的要求；

2、數據傳輸速率高。每個(gè)氣象信息采集點(diǎn)每次數據傳輸量在10Kbps之內，目前GPRS實(shí)際數據傳輸速率在40Kbps左右，滿(mǎn)足本系統數據傳輸速率(≥10Kbps)的需求；

3、系統的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個(gè)氣象信息采集點(diǎn)實(shí)現實(shí)時(shí)連接。由于氣象信息采集點(diǎn)數量眾多，系統要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數據的需要；

4、通信費用低。采用傳統的有線(xiàn)方式建立氣象信息采集傳輸系統，必須租用專(zhuān)線(xiàn)或電話(huà)線(xiàn)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(xiàn)狀態(tài)，而每次數據發(fā)送的數據量很小(在幾K至10K之間)，線(xiàn)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(xiàn)路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數據流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在100元之內；

5、良好的實(shí)時(shí)響應與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)特性，系統無(wú)時(shí)延，可很好的滿(mǎn)足系統對數據采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

三、 系統構成

GPRS氣象信息采集系統是北京東方訊公司和系統集成商合作開(kāi)發(fā)的基于GPRS技術(shù)的氣象信息采集系統。它由氣象采集器、PLC邏輯控制、東方訊GPRS DTU、數據中心（管理工作站，數據庫服務(wù)器，web發(fā)布服務(wù)器）組成。采集器負責實(shí)時(shí)采集各種氣象參數（風(fēng)速，溫度，濕度，氣壓等等），然后匯總到PLC控制邏輯，接著(zhù)傳到東方訊GPRS傳輸終端，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )把數據匯集到服務(wù)器，服務(wù)器上的數據可以通過(guò)web和客戶(hù)端形式發(fā)布到各個(gè)省縣級氣象站。具有采集數據快速準確，能快速生成統計分析等特點(diǎn)，極大地提高了氣象發(fā)布的實(shí)時(shí)性，穩定性。

（圖）氣象信息系統示意圖

系統由氣象采集器，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。

2、監測儀：采集器主要特征如下：16路溫度通道，10路模擬通道，1路風(fēng)向風(fēng)速通道，1路雨量，8000條的數據存儲容量，RS232通訊接口，應答式通訊協(xié)議。

3、傳輸終端：傳輸終端采用東方訊的GPRS DTU，實(shí)時(shí)持續在線(xiàn)，內嵌自主知識產(chǎn)權的TCP/IP協(xié)議棧，透明傳輸，支持多種工作模式，支持虛擬數據專(zhuān)用網(wǎng)。

4 、中心軟件系統：基于大型數據庫的系統軟件，對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和存儲，通過(guò)GIS電子地圖直觀(guān)顯示各種參數。支持分級管理，設備監視，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)速感應器、風(fēng)向感應器、雨量測量計等設備把各指標的數據傳輸監測儀，接著(zhù)監測儀進(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，遠程數據中心服務(wù)器可以使用APN專(zhuān)線(xiàn)或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò )接入。當GPRS DTU通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )連接到遠程數據中心服務(wù)器主機，建立透明數據通道后，采集終端產(chǎn)生的數據只要送到串口，GPRS DTU就會(huì )把收到的數據原封不動(dòng)地發(fā)送到數據中心服務(wù)器主機；同時(shí)服務(wù)器主機下發(fā)的命令通過(guò)通道傳輸到GPRS DTU后，GPRS DTU通過(guò)串口送到采集終端，從而實(shí)現了數據雙向透明傳輸。

四、系統功能及特點(diǎn)

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

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

3、設備的分級管理，市中心可以對所有設備進(jìn)行管理，可以對所有設備進(jìn)行信息發(fā)布，各個(gè)縣中心可以對本區域的設備進(jìn)行管理，對本區域的信息進(jìn)行發(fā)布；

4、信息的審查和記錄，市中心可以對所有設備的信息進(jìn)行查看和監管，縣中心可以對本區域所有的設備信息進(jìn)行查看，本區域發(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、設備的狀態(tài)監控功能，管理中心可以查詢(xún)設備的工作情況，了解設備的運行情況，能遠程維護和升級設備。

(圖二)  野外氣象信息采集系統

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(fēng)速通道：1路（配EC—9S）；

(4)、風(fēng)向通道：1路（配EC—9X）；

(5)、雨量：開(kāi)關(guān)量1路；

(6)、工作電壓： 交流220V, DC：12V 內配充電電池

(7)、數據存儲容量：8000條；

(8)、工作溫度：－20℃～50℃；

(9)、存儲內容：各路數據瞬時(shí)值,存儲時(shí)間,可以人工設定；

(10)、顯示分辨率：10uV，內部電路分辨率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(xiàn)；

(3)、支持本地數據激活；

(4)、軟硬件多重看門(mén)狗機制；

(5)、內嵌完備的PPP，TCP/IP協(xié)議棧；

(6)、協(xié)議擴展功能；

(7)、內置ppp心跳機制，防止DTU被基站休眠；

(8)、應用層心跳機制，保持應用層穩定連接，適時(shí)檢測連接狀況；

(9)、可升級固件程序；

(10)、支持中國移動(dòng)WMMP平臺，可進(jìn)行遠程管理；

(11)、嵌入式處理器，支持高速處理協(xié)議和大量數據；

(12)、設備上電聯(lián)網(wǎng)成功率高；

(13)、穩定性：7x24小時(shí)；

(14)、設備斷網(wǎng)后自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)成功率高；

五、 總結

GPRS氣象信息采集系統是采用北京東方訊公司的GPRS傳輸終端，實(shí)現了實(shí)時(shí)在線(xiàn)，穩定可靠的數據傳輸。在成熟的GPRS網(wǎng)絡(luò )上構建無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )，其通信費用較低，接入設備可以移動(dòng)等特點(diǎn)使得氣象數據傳輸的成本和技術(shù)服務(wù)成本大為降低。而且北京東方訊公司的GPRS數傳采用工業(yè)級設計，組網(wǎng)靈活，實(shí)時(shí)在線(xiàn)的特點(diǎn)很適合運用在工業(yè)場(chǎng)合。