網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

常映

（320981199411134269，甘肅 蘭州 730000）

隨著現(xiàn)代化科技的不斷進(jìn)步，各種自動(dòng)化設(shè)備與先進(jìn)的控制技術(shù)紛紛引入到了地面氣象監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，目前氣象觀(guān)測(cè)的絕大部分工作均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化與自動(dòng)化操作，傳統(tǒng)的人工觀(guān)測(cè)模式已經(jīng)在大部分站點(diǎn)內(nèi)被淘汰。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，氣象觀(guān)測(cè)的精確度得到了有效的保障，而在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中能否可靠、全面地完成氣象信息的上傳工作，就成為了決定整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)水平的關(guān)鍵因素。

一、自動(dòng)氣象設(shè)備與通訊網(wǎng)絡(luò)的重要性

自動(dòng)氣象站內(nèi)的各類(lèi)設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是自動(dòng)氣象站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。當(dāng)前我國(guó)的自動(dòng)其場(chǎng)站應(yīng)用較為廣泛的就是大規(guī)模集成電路，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化持續(xù)觀(guān)測(cè)。當(dāng)前我國(guó)普遍應(yīng)用的新型自動(dòng)氣象站不但觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)精確，且性能十分穩(wěn)定，這也使得對(duì)氣象站的維護(hù)工作變得更加便捷，在降低工作量的同時(shí)也節(jié)約了維護(hù)工作成本。

但是，由于氣象站對(duì)于氣象數(shù)據(jù)的采集及傳輸工作十分重要，所以，對(duì)于相關(guān)設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)工作也不能被忽視，稍有疏忽，就有可能造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤或丟失。因此，為了使自動(dòng)氣象站保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，相關(guān)工作人員應(yīng)建立健全的設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)維護(hù)體系，針對(duì)設(shè)備特點(diǎn)，制定出據(jù)有針對(duì)性的維護(hù)管理措施，以保證數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)及回傳的準(zhǔn)確性。

二、自動(dòng)氣象站的觀(guān)測(cè)原理及特點(diǎn)

根據(jù)觀(guān)測(cè)項(xiàng)目的差異，可以大致將氣象觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)分為地面觀(guān)測(cè)、高空探測(cè)及專(zhuān)業(yè)觀(guān)測(cè)三大類(lèi)型。而自動(dòng)氣象站則可以為氣候情報(bào)、氣象分析、氣象決策提供相關(guān)氣溫、濕度、風(fēng)速、紫外線(xiàn)等要素信息，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，向社會(huì)群眾發(fā)布適時(shí)的氣象信息。自動(dòng)氣象站的基本建造結(jié)構(gòu)為觀(guān)測(cè)主機(jī)、控制臺(tái)、數(shù)據(jù)采集軟件、分析系統(tǒng)、宣傳服務(wù)平臺(tái)。

氣象站設(shè)置了不同的傳感器，用于感應(yīng)地面氣象要素的變化，如溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器等，在完成數(shù)據(jù)采集后會(huì)經(jīng)過(guò)傳輸系統(tǒng)全部上傳到氣象服務(wù)器中，經(jīng)過(guò)軟件的處理，各項(xiàng)數(shù)據(jù)如風(fēng)向、降雨量、日照強(qiáng)度、紫外線(xiàn)強(qiáng)度等就會(huì)從軟件傳出，并在主機(jī)上自動(dòng)顯示數(shù)據(jù)值，群眾可借助移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)查詢(xún)，了解天氣變化，做好應(yīng)對(duì)措施。不同自動(dòng)氣象站的內(nèi)部配置不同，但基本具有全方位、實(shí)時(shí)性、完整性、高效性功能。

三、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）有線(xiàn)數(shù)據(jù)通信

有線(xiàn)通信方式應(yīng)用時(shí)間較早，也因此成為了自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中最常使用的數(shù)據(jù)通信方式，在該模式下使用到的設(shè)備主要有負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的傳感器節(jié)點(diǎn)、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)匯總的中繼設(shè)備、專(zhuān)用通信電纜以及位于遠(yuǎn)端的主控計(jì)算機(jī)組成。在自動(dòng)氣象站的建設(shè)過(guò)程中，出于數(shù)據(jù)安全與保密等考慮，通常會(huì)選用質(zhì)量較為可靠的同軸電纜來(lái)作為傳輸媒介，并采用 PCM（Pulse Code Modulation- 脈碼調(diào)制錄音）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)較好的信道時(shí)分復(fù)用效果，數(shù)據(jù)傳輸帶寬較大，且信號(hào)穩(wěn)定，抗干擾性能強(qiáng)，數(shù)據(jù)安全性較好。

從自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分進(jìn)行分析，首先是作為終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備的傳感器節(jié)點(diǎn)，該設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有感應(yīng)元件，在其對(duì)應(yīng)的要素（如溫度、濕度、能見(jiàn)度等）發(fā)生變化時(shí)，元件輸出的電量也隨之改變，由此發(fā)出模擬或數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器收集這些信號(hào)，并通過(guò)一系列的線(xiàn)性轉(zhuǎn)換和離散量化處理，得到對(duì)應(yīng)的外界要素變化幅值，完成了從采樣值到分析值的推導(dǎo)。在得到一系列的分析值后，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去除異常波動(dòng)量，并將其余的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式規(guī)范化操作，最后送至采集器內(nèi)的存儲(chǔ)模塊進(jìn)行保管。

（二）無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)

由于探測(cè)環(huán)境的需求，有相當(dāng)數(shù)量的自動(dòng)氣象設(shè)備需要安裝搭建在原理觀(guān)測(cè)臺(tái)站的野外區(qū)域，且分布面積較廣，此時(shí)若采用有線(xiàn)連接方式，則會(huì)極大地增加線(xiàn)路鋪設(shè)的難度，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)高昂的設(shè)備安裝成本，并對(duì)日后的系統(tǒng)運(yùn)維工作造成額外的壓力，針對(duì)這一情況，更宜采用組裝簡(jiǎn)單、成本低廉、維護(hù)方便的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。

就區(qū)域自動(dòng)站而言，基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、采集器、太陽(yáng)能電源、無(wú)線(xiàn)通信模塊幾部分組成，與有線(xiàn)系統(tǒng)所不同的是，無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)一般采用太陽(yáng)能電池供電模式，并采用 3G 通信模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸。該技術(shù)推向市場(chǎng)已有數(shù)年，經(jīng)過(guò)了大量的實(shí)踐檢驗(yàn)，其技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性已有保證，且傳輸帶寬完全可滿(mǎn)足各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸需求。3G 技術(shù)通過(guò)數(shù)字移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換的功能實(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)包的形式對(duì)待傳輸信息進(jìn)行封裝與發(fā)送，避免了電路交換帶來(lái)的超長(zhǎng)時(shí)延問(wèn)題，顯著提高了信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，非常適合傳輸突發(fā)性的、間斷的和頻繁的數(shù)據(jù)信息。

目前 3G 技術(shù)支持的無(wú)線(xiàn)通信帶寬達(dá)到了 3.6Mbit/s 下行速度與384kbit/s 上行速度，用來(lái)傳輸各種氣象信息是完全可行的。從傳輸模式上看，目前 3G 移動(dòng)通信業(yè)務(wù)采用了兩種主要的模式，即分別為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸和一對(duì)多的數(shù)據(jù)傳輸，在氣象監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，往往采用后者來(lái)組建無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。如圖 2 所示，多個(gè)終端站點(diǎn)的應(yīng)用進(jìn)程 APP 將氣象信息數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，形成多源的數(shù)據(jù)終端單元 DTU，通過(guò)3G技術(shù)使用的三種通信標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000、WCDMA 和 TD-SCDMA 將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，并通過(guò)業(yè)務(wù)中心 DSC 中的分析進(jìn)行對(duì)去進(jìn)行處理。

結(jié)語(yǔ)

總之，保證設(shè)備與通訊網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性就是保證自動(dòng)氣象站的工作質(zhì)量。相關(guān)工作人員應(yīng)制定出具有針對(duì)性的計(jì)劃對(duì)站內(nèi)設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理與維護(hù),從而全面保障自動(dòng)氣象站的氣象觀(guān)測(cè)工作,以便更好地服務(wù)于我國(guó)的氣象事業(yè)。