北斗卫星通信在省级气象数据收集中的应用

张继光　罗林艳　高炉东

摘要 简要介绍了北斗信息保障传输系统的架构和工作原理，详细说明了省级北斗收集平台的部署及北斗传输终端的安装过程，为北斗卫星通信在省级气象数据收集中的应用提供了示例。北斗信息保障传输系统在湖南运行正常，利用北斗卫星的双向短报文通信功能实现了山洪监测自动气象站全天候传输数据，解决了湖南部分偏远地区气象数据传输不稳定问题。

关键词 北斗卫星；气象数据；传输；应用

中图分类号 S163 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）11-186-02

我国是世界上自然灾害多发的国家之一，随着气候变化和经济的快速发展，气象灾害造成的损失日益明显。湖南省大规模建设区域自动气象站，监测雨量、气温等气象要素，为气象预报与预警提供依据。特别是在一些偏远山区，因山洪引发的地质灾害极易造成人员伤亡，需布设山洪监测自动气象站（以下简称山洪自动站）。然而，偏远山区往往是GPRS/CDMA 通信信号的盲区，一些地方虽有GPRS/CDMA 通信信号，其信号也容易受到天气等因素的影响，出现通信时断时续的现象。北斗卫星通信以其在双向短报文通信中的独特优势，可为山洪自动站全天候传输数据提供保障，解决偏远地区气象数据传输问题[1]。笔者在此简要介绍了北斗信息保障传输系统的架构和工作原理，详细说明了省级北斗收集平台的部署及北斗传输终端的安装过程和方法。

1 “北斗”系统的功能

“北斗”系统是我国自行研制，具有完全自主知识产权的区域性卫星导航系统，该系统主要由空间卫星、地面中心站和用户终端三部分组成，具有双向通信、快速定位和精密授时三大功能[2]。覆盖范围包括了中国全境及亚洲大部分地区，具体为5°～55°N、70°～145°E。该系统具有定位精度高、可全天候使用、通信快捷[3]等特点。

1.1 数据通信

“北斗”系统具有短报文收发功能，用户可通过卫星实现报文通信。每次通信数据数量为98 个ASCII 码，服务频度为1 min。北斗卫星通信不受地形条件和环境气候的影响。该功能可用于解决人口稀少的农村、牧区、边远山区、海域以及现有有线、无线通信网所不能覆盖的地区短报文通信，以及灾难事故时的应急通讯。

1.2 快速定位

“北斗”系统能够提供全天候、高精度、大范围快速定位功能。其定位数据比较稳定，采用差分定位技术，定位精度达10 m以内。这些功能可用于人、交通工具及设备的精确定位和导航，可用于资源勘察、大地测量以及灾害预报监测等方面。

1.3 精密授时

“北斗”系统可提供单向无源100 ns、双向有源20 ns的授时精度，可实现全天候、高精度、大范围、高可靠的UTC 时间播发。

2 北斗信息保障传输系统的架构

通过山洪地质灾害防治气象保障工程2011年（一期）信息保障传输系统项目，湖南已建设1套省级北斗收集平台和10套北斗传输终端，利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能，建立一套覆盖多个地市的北斗信息保障传输系统，实现测站和省级数据中心之间的双向数据传输。北斗信息保障传输系统主要应用于地面常规无线通信网络无法覆盖或常规通信链路易受自然灾害破坏的山洪地质灾害防治重点区域，通过北斗卫星搭建山洪自动站数据传输通道，为偏远地区气象数据的收集提供通信保障。北斗信息保障传输系统的结构如图1所示。

3 省级北斗收集平台的部署

省级北斗收集平台的部署包括平台软件部署和北斗指挥机安装。北斗指挥机作为北斗终端与省级平台间的通信枢纽，将收到的北斗终端上传的自动站数据传输给省级北斗收集平台，将省级北斗收集平台的控制指令传输给北斗终端和山洪自动站；省级北斗收集平台将收到的数据进行解析、处理和保存。

3.1 北斗收集平台软件部署

省级利用一台曙光服务器（4核CPU，主频2.4 GHz，内存16 G，硬盘300 G），安装SUSE linux 11 Server 64bit版本的操作系统。在服务器上安装javaSE6.0、tomcat6、mysql数据库，配置本地串口动态链接库，同时设置mysql与tomcat 6为自启动，其中mysql数据库中保存了接收到的山洪自动站数据及系统的相关配置信息。北斗信息保障传输系统可视化操作平台包括用户管理、小站管理、监控与统计、日志管理、系统设置和北斗监控功能。安装了北斗终端的山洪自动站需要在小站管理中添加该站的信息，包括小站名称、区站号、类别、北斗终端卡号、通播地址、经纬度、厂商、型号等，同时选择生成Z文件的类型，小站名称、区站号、北斗终端卡号、通播地址均不能重复。省级北斗收集平台软件安装完成后，可实现对山洪自动站和北斗终端的控制、观测数据和状态信息的收集以及系统的监控和管理，具备使用北斗卫星传输观测数据、生成Z文件、直观展示观测数据的功能。

3.2 北斗指挥机的安装

在省级需安装北斗指挥机，北斗指挥机分为主机和天线两部分，主机和天线之间使用射频线连接，北斗指挥机主机与软件平台服务器通过串口线连接。北斗指挥机天线放置于办公楼楼顶，天线安装前需准备好支架和固定支架的水泥墩，水泥墩采用浮放方式，可根据天线的信号情况进行位置调整。每台北斗指挥机有唯一的卡号，用于通信协议和数据传输。

4 北斗传输终端的安装

北斗传输终端的安装包括北斗终端、太阳能电池板、蓄电池及配套支架的安装。太阳能电池板和蓄电池负责为北斗传输终端供电，北斗终端通过串口线连接山洪自动站采集器，并将山洪自动站数据实时传输至省级北斗指挥机。北斗传输终端安装前，需准备好北斗终端设备的支架等配套设施、固定支架的水泥墩底座或其他固定物。北斗终端有一个唯一的卡号，用于通信协议。以株洲市茶陵县舲舫乡中洲村站为例，自动站型号为天津天仪DWSZ-B。此次建设能与北斗终端匹配的自动站型号包括中国华云HY321、天津天仪DWSZB、江苏无锡WUSHRG、长春DYYZII等。在北斗传输终端的布局上，选取了站址偏远、移动信号不稳定的山洪自动站。北斗传输终端能够接收来自省级收集平台发送的指令，实现远程对山洪自动站的管理、控制和查询。

5 北斗方式气象数据传输流程

建立北斗信息保障传输系统后，湖南省部分山洪自动站已通过北斗卫星进行数据传输，数据传输流程如图2所示。山洪自动站数据通过北斗卫星从台站传输至省级后，为了与其他数据传输业务对接，对数据从省级北斗收集平台到本省新一代通信系统进行了FTP设置。进入新一代通信系统后，再利用气象宽带网将数据上传至国家气象信息中心。同时，考虑到湖南省的数据共享与应用，通过FTP设置将数据从北斗收集平台推送至湖南省数据共享平台，供各业务单位和各业务系统使用。从系统建成以来的情况看，湖南省北斗信息保障传输系统运行正常，数据完整接收率为100%，能够保障偏远地区气象数据的及时传输。

6 小结

该研究简要介绍了北斗信息保障传输系统的架构和工作原理，详细说明了省级北斗收集平台的部署及北斗传输终端的安装过程和方法，为北斗卫星通信在省级气象数据收集中的应用提供了示例。北斗信息保障传输系统在湖南运行正常，利用北斗卫星的双向短报文通信功能，实现了山洪监测自动气象站通过北斗卫星链路全天候传输数据，解决了湖南部分偏远地区气象数据传输不稳定的问题。通过北斗卫星传输气象数据稳定可靠、实时性强，可为省级收集偏远地区的气象数据提供支撑保障。

参考文献

[1]

汪波，刘丽彬.“北斗一号卫星导航定位系统”在气象自动站中的应用[J].海峡科学，2010（7）：53-54.

[2] 成方林，冯林强，张翼飞.“北斗”导航系统在海洋水文、气象监测系统中的应用[J].海洋技术，2004，23（3）：70-73.

[3] 北京星地恒通信息科技有限公司.基于“北斗一号”卫星系统的山洪灾害监测预警解决方案及应用案例”[J].中国防汛抗旱，2011，21（5）：84-85.

责任编辑 黄小燕 责任校对 李岩