基于北斗平臺的山洪氣象信息保障傳輸系統(tǒng)

余永城 翁秋華

（福建省氣象信息中心，福建 福州 350001）

基于北斗平臺的山洪氣象信息保障傳輸系統(tǒng)

余永城 翁秋華

（福建省氣象信息中心，福建 福州 350001）

福建省是山洪災(zāi)害的易發(fā)區(qū)和多發(fā)區(qū)，具有發(fā)生頻率高、影響范圍廣和災(zāi)害損失重等特點(diǎn)。因此，福建省氣象局近年來也建設(shè)了不少的山洪自動(dòng)站，來加強(qiáng)山洪地區(qū)的氣象信息監(jiān)測。本文提出一種基于北斗平臺的山洪氣象信息保障傳輸系統(tǒng)，能夠及時(shí)地將山洪自動(dòng)站的氣象信息傳輸至省級業(yè)務(wù)系統(tǒng)，特別是GPRS網(wǎng)絡(luò)不易達(dá)到的地方，也可與山洪自動(dòng)站的GPRS鏈路并行傳輸氣象數(shù)據(jù)，形成互備。

山洪；自動(dòng)站；北斗；氣象信息；傳輸

1 前言

福建省地處東南沿海，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量1400-2000毫米，從東南向西北遞減，并且季節(jié)分配不均。3-6月為雨季，7-9月為臺風(fēng)季，降水量多且年際變化極大，是溪河洪水、滑坡、泥石流等山洪災(zāi)害的易發(fā)區(qū)和多發(fā)區(qū)。山洪災(zāi)害對福建省的人民生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成越來越大的威脅，防御山洪災(zāi)害已成為防洪減災(zāi)工作中的重要任務(wù)。

目前，福建省山洪地質(zhì)災(zāi)害防治氣象保障工程建設(shè)已經(jīng)到了第三期，該項(xiàng)目山洪自動(dòng)站的氣象信息傳輸方式采用的都是GPRS鏈路傳輸。但是，有些山洪地區(qū)比較偏遠(yuǎn)，GPRS網(wǎng)絡(luò)信號未必可以覆蓋到。因此，本文提出一種基于北斗平臺的山洪氣象信息保障傳輸系統(tǒng)（以下簡稱“北斗氣象信息保障傳輸系統(tǒng)”），來保障山洪氣象信息的實(shí)時(shí)傳輸。

2 北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)介紹

北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)，利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供全天候、區(qū)域性的定位系統(tǒng)。它由三顆地球同步衛(wèi)星、一個(gè)地面中心站、若干地面標(biāo)校站和用戶終端四部分組成。該系統(tǒng)具有快速定位、數(shù)字報(bào)文通信、精確授時(shí)三大功能，可以為中國和東南亞地區(qū)提供無盲點(diǎn)覆蓋、全天候、全天時(shí)的導(dǎo)航、通信、授時(shí)服務(wù)。

應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)文通信功能，可以很便捷地實(shí)現(xiàn)氣象觀測數(shù)據(jù)的傳輸。它具有以下優(yōu)勢：（1）北斗衛(wèi)星信號覆蓋區(qū)域廣，受地形、氣候因素影響小。作為我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可以為東經(jīng)70°～140°E、北緯5°～55°N的區(qū)域提供全天候的短報(bào)文通信服務(wù)。（2）信息傳輸實(shí)時(shí)性強(qiáng)。北斗系統(tǒng)定位總站可以同時(shí)處理200個(gè)用戶的入站并發(fā)通信請求，實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)可在秒級內(nèi)到達(dá)信息監(jiān)控指揮中心。（3）可向氣象監(jiān)測網(wǎng)提供統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)和位置服務(wù)信息。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)雙向差分授時(shí)精度可達(dá)20 ns，單向授時(shí)可達(dá)100 ns的精度范圍，保證了各個(gè)氣象數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的時(shí)間準(zhǔn)確度，并為省市級或全國范圍的氣象監(jiān)測網(wǎng)提供精準(zhǔn)的統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)。（4）北斗系統(tǒng)通信信道保密性強(qiáng)。氣象數(shù)據(jù)為天氣預(yù)報(bào)、自然災(zāi)害防治監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、林業(yè)、交通、環(huán)境保護(hù)以及軍事用途提供了重要的參考數(shù)據(jù)，具有一定的保密性。（5）通信資費(fèi)及后期維護(hù)費(fèi)用低廉。北斗數(shù)據(jù)通信終端應(yīng)用于氣象數(shù)據(jù)傳輸屬于民用用戶，可申請民用用戶IC卡，并根據(jù)服務(wù)頻度選擇包年服務(wù)。北斗數(shù)據(jù)通信終端可采用模塊化設(shè)計(jì)，可通過鉛酸蓄電池和太陽能供電，體積小、功耗低、工作穩(wěn)定可靠，后期基本不需要維護(hù)。

3 北斗氣象信息保障傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北斗氣象信息保障傳輸系統(tǒng)方案示意圖如圖1所示，建設(shè)內(nèi)容主要分為省級北斗收集平臺、省級指揮機(jī)和北斗終端三大部分。

省級北斗收集平臺和省級指揮機(jī)部署在福建省氣象信息中心。省級指揮機(jī)作為北斗終端與省級北斗平臺間的通信樞紐，將收到北斗終端上傳的山洪自動(dòng)站氣象數(shù)據(jù)傳輸給省級北斗收集平臺；省級北斗收集平臺的控制指令通過省級指揮機(jī)傳輸給北斗終端；省級北斗收集平臺對收到的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理，形成Z文件，在本地存儲或FTP推送至其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)提供操作員進(jìn)行可視化操作；北斗終端通過串口線連接山洪自動(dòng)站采集器，并將山洪自動(dòng)站氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至省級指揮機(jī)。

此系統(tǒng)安裝后，山洪測站氣象數(shù)據(jù)可通過北斗衛(wèi)星鏈路全天候傳輸至省級平臺，并在省級平臺形成Z文件；也可與山洪自動(dòng)站的GPRS鏈路并行傳輸數(shù)據(jù)，形成互備。

圖1 北斗氣象信息保障傳輸系統(tǒng)

4 系統(tǒng)軟硬件安裝部署

4.1 北斗終端的安裝和調(diào)試

選用深圳華云通達(dá)公司生產(chǎn)的TD204BD-M001型北斗氣象通信終端，該產(chǎn)品為北斗一體化小型終端，具有防水、抗腐蝕、抗煙霧強(qiáng)的特點(diǎn)。山洪自動(dòng)站安裝北斗傳輸終端，主要工作有：組裝配套支架，并在支架上安裝固定太陽能電池板、蓄電池和北斗終端，并連接北斗終端與山洪氣象站采集器，如圖2所示。

北斗傳輸終端安裝前，需準(zhǔn)備好北斗終端設(shè)備的支架等配套設(shè)施、固定支架的水泥墩底座或其他固定物以及必要的鉗子和膠布等工具，以便能夠快速順利安裝。

圖2 北斗終端與自動(dòng)氣象站

北斗終端調(diào)試使用的軟件為“TD204BD-M001型北斗氣象通信終端”產(chǎn)品配套的調(diào)試軟件，在利用PC機(jī)與北斗終端進(jìn)行無誤連接情況下，能夠完成終端產(chǎn)品IC卡信息、定位信息、信號強(qiáng)度信息、ID號信息、版本信息的查詢功能，以及產(chǎn)品外設(shè)串口波特率的查詢與設(shè)置、終端中心號碼的查詢與設(shè)置、工作模式的查詢與設(shè)置，并且支持終端產(chǎn)品與省級中心的通信調(diào)試，能夠完成氣象終端實(shí)際運(yùn)用中的各項(xiàng)基本功能，說明北斗終端安裝調(diào)試成功。

4.2 省級北斗指揮機(jī)安裝

省級需要安裝北斗指揮機(jī)，北斗指揮機(jī)分為主機(jī)和天線兩部分，主機(jī)和天線之間使用射頻線纜連接，北斗指揮機(jī)主機(jī)與軟件平臺服務(wù)器通過串口線連接（串口線長度不應(yīng)超過15米），如圖3所示。北斗指揮機(jī)天線放置于福建省氣象信息中心機(jī)房樓頂。

圖3 北斗指揮機(jī)與服務(wù)器

北斗指揮機(jī)安裝前，要事先安裝好指揮機(jī)天線的支架和固定支架的水泥墩，可根據(jù)天線的信號情況進(jìn)行位置調(diào)整。4.3 省級北斗平臺軟件部署

省級北斗收集平臺軟件是本系統(tǒng)的主要控制部分，采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，使用Java軟件開發(fā)，可運(yùn)行于Windows和Linux系統(tǒng)環(huán)境下，考慮到系統(tǒng)的安全性，將省級北斗平臺的安裝環(huán)境選為Linux系統(tǒng)。安裝Linux系統(tǒng)的時(shí)候，需要完成各種配置，比如系統(tǒng)分區(qū)配置、操作系統(tǒng)配置、服務(wù)器RAID配置、設(shè)置用戶組、設(shè)置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等。

省級北斗平臺應(yīng)用軟件主要分為JavaSE6.0的安裝、Tomcat6的安裝、MySQL數(shù)據(jù)庫的安裝、配置本地串口動(dòng)態(tài)鏈接庫、軟件文件夾的部署、設(shè)置軟件自啟動(dòng)六大部分。

5 結(jié)論

圖4為省級北斗收集平臺的可視化操作界面——北斗氣象信息保障傳輸系統(tǒng)。其登錄地址為http://localhost:8080/ shbdpt/，如果是遠(yuǎn)程登陸，需要將localhost替換為本服務(wù)器的IP地址。安裝完成后，需要添加自動(dòng)站、添加指揮機(jī)、打開指揮機(jī)連接的串口等操作。

圖4 北斗信息保障傳輸系統(tǒng)

經(jīng)過一段時(shí)間連續(xù)的運(yùn)行，省級北斗收集平臺能夠從北斗終端接收到山洪自動(dòng)站的原始?xì)庀髷?shù)據(jù)，并且可以將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理，打包生成10分鐘的Z文件。經(jīng)過一個(gè)月的試運(yùn)行，沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失，保障了山洪自動(dòng)站的氣象信息傳輸。

這種基于北斗平臺的氣象山洪信息保障傳輸系統(tǒng)適用于網(wǎng)絡(luò)不易到達(dá)的偏遠(yuǎn)山區(qū)，或者可與山洪自動(dòng)站的GPRS鏈路并行傳輸數(shù)據(jù)，形成互備。這種模式的網(wǎng)絡(luò)保障傳輸系統(tǒng)對今后我省的氣象防洪減災(zāi)提供了一種可行性方案。

[1]成方林，馮林強(qiáng)，張翼飛．“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋水文、氣象監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．海洋技術(shù)，2004，23(3)：70－73．

[2]何億強(qiáng)，張曉勇，邵勝利．北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在氣象數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用研究[J]．載人航天，2007(03)：45-49．

[3]北京星地恒通信息科技有限公司．基于“北斗一號”衛(wèi)星系統(tǒng)的山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警解決方案及應(yīng)用案例”[J]．中國防汛抗旱，2011，21 (5)：84－85．

[4]李永泉，高成發(fā)．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)簡介[J]．現(xiàn)代測繪，2001(04)：10-11．

[5]汪波，劉麗彬．“北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”在氣象自動(dòng)站中的應(yīng)用[J]．海峽科學(xué)，2010(07)：55-56．

[6]成方林，馮林強(qiáng)，張翼飛．”北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋水文、氣象監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．海洋技術(shù)，2004(23)：70-72．

The Flash Flood Meteorological Information Transmission System Based on Beidou

Yu Yongcheng Weng Qiuhua
(Fujian Meteorological Information Center,Fuzhou 350001,Fujian)

Fujian province is a frequent and easily occurrence area of mountain torrents with high frequency,wide scope of influence,and heavy loss,etc.Therefore,the Fujian Provincial Meteorological Service has built a lot of flash flood automatic stations in recent years to strengthen the monitoring of meteorological information.In this paper,the flash flood meteorological information transmission system based on Beidou is presented.The system can transmit the meteorological information of flash flood automatic stations to the provincial business system in time;especially can be used in the areas without GPRS network.It can also transmit meteorological data parallel with the flash flood automatic station’s GPRS link,back-up to each other.

Flash flood;Automatic station;Beidou;Meteorological information;Transmission

TP311.52

A

1008-6609(2017)03-0046-03

余永城（1985－），男，福建閩清人，研究生，工程師，研究方向?yàn)闅庀蟆⒕W(wǎng)絡(luò)通信、電子。