《電子技術(shù)應(yīng)用》
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氣象信息無線監(jiān)測采集系統(tǒng)
中國自動化網(wǎng)
摘要: 氣象信息采集系統(tǒng)利用實時采集的氣象資料,對未來一定時段內(nèi)的氣象情況做出較為精確的預(yù)測和報警,包括進(jìn)行短期的降雨預(yù)報、中期降水預(yù)報和洪水的預(yù)警預(yù)報,是防汛工作中非常重要的環(huán)節(jié)。
Abstract:
Key words :

氣象信息采集系統(tǒng)利用實時采集的氣象資料,對未來一定時段內(nèi)的氣象情況做出較為精確的預(yù)測和報警,包括進(jìn)行短期的降雨預(yù)報、中期降水預(yù)報和洪水的預(yù)警預(yù)報,是防汛工作中非常重要的環(huán)節(jié)。

一、項目背景

氣象部門氣象信息的采集由各氣象觀測站利用氣象采集設(shè)備自動完成采集,通過DDN或者電話線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù),氣象局利用氣象信息處理程序?qū)Ω鳉庀笥^測站采集的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和分析,進(jìn)而可對短期的降雨和中期降水進(jìn)行預(yù)報,并通過防汛系統(tǒng)向防汛辦報送資料,為洪水預(yù)報和防汛提供可靠的決策支持。

目前,國家氣象局現(xiàn)已在某省范圍內(nèi)建立了上萬個氣象觀測信息采集點,各氣象采集點將按照設(shè)定的時間間隔采集區(qū)域內(nèi)的各種氣象信息資料,包括溫度、氣壓、濕度等,測量結(jié)果通過DDN或者PSTN電話線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)。采用DDN可充分保證數(shù)據(jù)傳輸暢通,完整,但缺點是月租費(fèi)太高;采用PSTN電話線傳輸數(shù)據(jù),按時間計費(fèi),費(fèi)用也不便宜。

目前,國家氣象局建立GPRS全國統(tǒng)一氣象信息采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。在現(xiàn)有氣象采集點中采用GPRS無線數(shù)據(jù)通信方式傳輸氣象資料。運(yùn)行中各氣象采集點通過 GRPS與中心站主機(jī)保持實時連接,自動觀測設(shè)備將獲得的氣象信息通過GPRS傳給氣象中心主機(jī),氣象中心主機(jī)對信息進(jìn)行處理,形成氣象預(yù)報信息。

二、GPRS方案的優(yōu)勢

中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(tǒng),實現(xiàn)氣象信息采集點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),縮短建設(shè)周期,降低建設(shè)成本的優(yōu)點,而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。經(jīng)過比較分析,我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為氣象信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。

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)容無限制,接入地點無限制,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數(shù)量眾多,分布在全省范圍內(nèi),部分氣象信息采集點位于偏僻地區(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已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū),能夠滿足氣象信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。

2、數(shù)據(jù)傳輸速率
每個氣象信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi),目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,完全能滿足本系統(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氣象信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于氣象信息采集點數(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必須與中心隨時保持連線狀態(tài),而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很?。ㄔ趲譑至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(fèi)用為800~1200元。而如果采用GPRS通信方式,由于 GPRS通信采用數(shù)據(jù)流量的方式進(jìn)行計費(fèi),資源利用率高,月通信費(fèi)用將在200元之內(nèi)。

5、良好的實時響應(yīng)與處理能力
與短消息服務(wù)比較,GPRS具有實時在線特性,系統(tǒng)無時延,可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

三、解決方案介紹

(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、氣象信息采集點
采用H7000的GPRS無線DTU,通過RS232串口與計算機(jī)相連,接入移動公司為氣象局提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò)。氣象信息采集點的計算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。網(wǎng)絡(luò)對氣象信息采集點的接入地點、時間、數(shù)量沒有限制,可以隨時增減??梢詽M足山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。

2、氣象中心站
采用移動通信公司提供的DDN專線,與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬,當(dāng)氣象信息采集點數(shù)量增加,中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。

3、GPRS傳輸
氣象站采用移動提供的線路和接口。各氣象信息采集點使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡,同時氣象中心對各點進(jìn)行登記,保存相關(guān)資料以便識別和維護(hù)處理。氣象信息采集點使用的STK卡只能用于與氣象信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信功能。各氣象信息采集可以支持24小時實時在線,實現(xiàn)氣象信息采集點24小時傳送采集的氣象信息數(shù)據(jù)。
凡氣象局授權(quán)的氣象信息采集點均可以使用本系統(tǒng):
1、氣象信息采集點必須使用移動統(tǒng)一的STK卡,用戶使用本卡只能用于與氣象站數(shù)據(jù)通信功能;
2、使用的終端設(shè)備用深圳宏電提供的GPRS移動終端設(shè)備;
3、用戶登記:符合省級氣象局的規(guī)定。

(二)產(chǎn)品特性

氣象信息采集傳輸系統(tǒng)采用H7000系列GPRS無線DTU。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò),提供RS232、USB、PCMCIA接口,利用GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng),產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用,如實現(xiàn)信用卡實時認(rèn)證、POS機(jī)的遠(yuǎn)程控制維護(hù)、遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)點接入等。在氣象信息采集傳輸系統(tǒng)方案中,H7000系列GPRS無線DTU可通過外置或嵌入方式與氣象信息采集點的PC機(jī)和自動數(shù)據(jù)測試設(shè)備連接。

1、支持900/1800/1900MHz三頻GSM/GPRS
2、接口: RS232、RS485、RS422
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps,實際傳輸速率40Kbps
4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作系統(tǒng)
5、支持透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換
6、支持VPN安全功能
7、安裝靈活、使用方便、可靠

(三)安全措施

本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán),網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運(yùn)行,即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。

數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng),采用VPN方式成本比較低,企業(yè)不用租用專線,還可以使用原有的VPN設(shè)備,移動終端需要安裝具有 VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式,客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前,要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù),安全性比較高,可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

另外,數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式,租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上,這種成本高,安全性高、穩(wěn)定可靠。對于安全性要求非常高的系統(tǒng),可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。

1、VPN虛擬專網(wǎng)模式:企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器,移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù),用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離,可對 整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù),有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性,對用戶SIM卡手機(jī)號碼進(jìn)行鑒別授權(quán),在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定,劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的 SIM卡手機(jī)號才能訪問專用APN,移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入,普通手機(jī)的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶,可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼, 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng),系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密:通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制:采用防火墻軟件,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能,保障系統(tǒng)安全。

四、結(jié)論

采用GPRS構(gòu)建氣象信息采集系統(tǒng),不僅能很好地滿足氣象信息采集的需求,而且,作為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)用戶,隨著用戶數(shù)量的增加,移動通信公司的營收也隨之增加,調(diào)動了運(yùn)營商的積極性,符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。

對于氣象局等用戶來說,由于通信費(fèi)用較低,享受到了實惠。另外,由于接入設(shè)備可以移動,當(dāng)氣象觀測站和氣象信息采集點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用,可以保護(hù)用戶原有投資,適合于氣象采集工作的特點。

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