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現方案，簡要介紹了GPRS 技術的基本知識，描述了GPRS 無線傳輸應用于氣象數據傳輸的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果。

關鍵詞：GPRS；DDN；氣象；聯網；環保；采集系統。

一、背景介紹

原有氣象信息系統地面網絡建設較早，設備性能低，線路速度低，時延長，已很難滿足自動站，沙塵暴，雷達等資料傳輸的要求，很難滿足進行數據綜合傳輸的需求；衛星網覆蓋面小、速度低，且小站之間無法直接通信，限制了網絡功能。因此，構建一個更完善、更快捷、更安全的氣象廣域網絡平臺迫在眉睫。廣域網不僅要在速度、容量上滿足需求；而且需要將原本松散的網絡從規格、管理軟件、安全防護等方面進行整合和統一。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無線網絡來實現。

二、本方案優勢

GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較好的業務，它是以數據流量計費，覆蓋范圍廣泛，數據傳輸速度更快。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低，移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業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務，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，用電話線傳送數據按時間計費，帶來諸多不便，費用也不便宜。

GPRS網絡優點

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，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于氣象信息采集點數量眾多，分布在全國范圍內，部分氣象信息采集點位于偏僻地區，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。每個氣象信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，滿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氣象信息采集點實現實時連接。由于氣象信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；

4、通信費用低。采用傳統的有線方式建立氣象信息采集傳輸系統，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，而每次數據發送的數據量很小(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、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

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發的基于GPRS技術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，數據庫服務器，web發布服務器）組成。采集器負責實時采集各種氣象參數（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網絡把數據匯集到服務器，服務器上的數據可以通過web和客戶端形式發布到各個省縣級氣象站。具有采集數據快速準確，能快速生成統計分析等特點，極大地提高了氣象發布的實時性，穩定性。

（圖）氣象信息系統示意圖

系統由氣象采集器，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路風向風速通道，1路雨量，8000條的數據存儲容量，RS232通訊接口，應答式通訊協議。

3、傳輸終端：傳輸終端采用東方訊的GPRS DTU，實時持續在線，內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧，透明傳輸，支持多種工作模式，支持虛擬數據專用網。

4 、中心軟件系統：基于大型數據庫的系統軟件，對數據進行實時處理和存儲，通過GIS電子地圖直觀顯示各種參數。支持分級管理，設備監視，通過B/S或C/S進行信息發布。 

溫度傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、風速感應器、風向感應器、雨量測量計等設備把各指標的數據傳輸監測儀，接著監測儀進行分析處理，然后通過串口RS232或RS485傳給了東方訊的GPRS DTU，遠程數據中心服務器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網絡接入。當GPRS DTU通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機，建立透明數據通道后，采集終端產生的數據只要送到串口，GPRS DTU就會把收到的數據原封不動地發送到數據中心服務器主機；同時服務器主機下發的命令通過通道傳輸到GPRS DTU后，GPRS DTU通過串口送到采集終端，從而實現了數據雙向透明傳輸。

四、系統功能及特點

1、終端設備的添加、編輯、刪除功能；終端設備可以隨時增加和減少。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GIS電子地圖，直觀顯示和查找，某區域可以任意放大和縮小，終端設備可以查詢、標識、記錄等；

3、設備的分級管理，市中心可以對所有設備進行管理，可以對所有設備進行信息發布，各個縣中心可以對本區域的設備進行管理，對本區域的信息進行發布；

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

5、簡單的信息發布功能；信息支持單發、群發、分組發；

6、設備的狀態監控功能，管理中心可以查詢設備的工作情況，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)、風速通道：1路（配EC—9S）；

(4)、風向通道：1路（配EC—9X）；

(5)、雨量：開關量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：各路數據瞬時值,存儲時間,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；

(3)、支持本地數據激活；

(4)、軟硬件多重看門狗機制；

(5)、內嵌完備的PPP，TCP/IP協議棧；

(6)、協議擴展功能；

(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，支持高速處理協議和大量數據；

(12)、設備上電聯網成功率高；

(13)、穩定性：7x24小時；

(14)、設備斷網后自動聯網成功率高；

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，實現了實時在線，穩定可靠的數據傳輸。在成熟的GPRS網絡上構建無線數據網絡，其通信費用較低，接入設備可以移動等特點使得氣象數據傳輸的成本和技術服務成本大為降低。而且北京東方訊公司的GPRS數傳采用工業級設計，組網靈活，實時在線的特點很適合運用在工業場合。