物联网技术在气象业务中的应用性研究

李嵩++李永超++夏葳++张超

摘 要：本文先对物联网技术进行了简单介绍，然后对其在气象业务系统中的应用展开了一系列构想。从而得出结论：随着科技的不断发展，数字化气象业务的蓬勃发展离不开物联网技术；而物联网技术为了更好的和气象业务结合，对其本身的发展有鲜明特点的要求。

关键词：物联网；层叠式物联网网关；数字化气象

1 物联网

1.1 物联网简介

物联网（Internet of Things，简称IOT）是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，即物联网就是物物相连的互联网。与传统电信网络架构相比，物联网中出现了感知延伸层。感知延伸层主要实现信息采集、捕获和物体识别。

1.2 物联网的实现层次

学术界将物联网系统划分为三个层次：感知层、网络层和应用层。感知层解决的是人类世界和物理世界数据获取的问题；网络层解决的是感知层所获得的数据在一定范围内的传输问题，其中感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术；应用层解决的是信息处理和人机交互的问题

2 气象业务中的应用构想

随着气象信息化水平的发展，多数地区已经布设了自动气象站和各种自动气象探测设备。以大连地区为例，2003年开始安装华云公司生产的自动气象站，台站类型有单雨量、四要素和六要素，可实现雨量、温度、风速、风向、空气湿度、大气压力等数据的准确监测，并通过无线GPRS网络传输到气象信息中心。近年来，大连地区又陆续安装无线能见度仪、无线土壤水分检测仪和GPS/MET空气质量探测仪。从某种意义上讲，大连地区的气象观测已经从人工观测过渡到人工和自动相结合的模式，并且自动观测已经从观测要素和准确度都占据主导，其作用越来越大。但是从另一方面讲，自动观测仪器只是实现了利用无线传感器技术进行采集和利用无线GPRS技术进行网络传输并导入数据库。在此过程中，各个传感器之间没有互连，相互之间没有影响。从物联网发展的历程来看，目前的自动气象站技术虽然也属于物联网技术的范畴，但是还不是真正意义上的物联网，即物物互联的程度还不够。

利用现阶段物联网技术，尤其是层叠式物联网网关技术的优势，对将来物联网网关技术在气象业务中的应用做了如下设想：

2.1 自动气象站选择性采集

例如，某地区有自动气象站100台，在天气晴朗或者天气状态稳定的情况下，100台自动气象站无须全部开机工作，也就是说部分自动气象站可以暂时关闭电源，当有大风等极端天气出现时，主网关得到某自动站采集到天气要素风速达到15m/s以上。经过判断，主网关下达指令打开该自动站附近自动站电源，进行加密观测，1分钟采集一次数据并上传，以此保证气象数据的及时性和有效性，对于研究某一段时间内天气现象有重要帮助。

2.2 自动气象站安全防护

无人值守的自动气象站采用自动采集数据，给气象工作者带来便利的同时还存在一定的安全隐患，如果监控中心能够在第一时间发现设备断电，发出报警并能拍摄到现场发生的情况，并及时短信通知相关人员，就能及时解决问题，将损失降低到最小。

2.3 观测要素异常报警

在空气质量探测过程中，当GPS/MET将采集到的数据传输到子网关，子网关进行协议的转换和数据传输，将信息传输到主网关。主网关得到GPS/MET发送过来的数据，对数据进行判断，如果数据在异常范围内，立刻告知报警器报警。主网关对数据进行封装后通过3G网络平台分别传送到主要负责人手机上。

2.4 气象信息安全防护

气象信息处是气象资料存放的重要位置，有效避免信息处发生火灾等情况的发生十分重要。以无线烟感为例，说明通信及感知节点的管理过程。当无线烟感系统探测到前端有烟雾状况，通过通信传输到子网关，子网关进行协议转换并将数据传输到主网关。主网关得到无线烟感发来的数据，立刻告知报警器报警，并立刻发送指令让摄像头拍照。主网关对数据封装后发送到相关负责人手机上。负责人收到信息后，远程下达命令，通过网络平台透传到主网关，主网关控制前端自动干粉灭火器灭火。目前信息处的无线传感设备已经包括漏水检测、温感、湿感等，随着它们之间物物互联自动组网程度的增加，信息处的安全措施越来越自动化。（见图1）

3 结论

物联网技术可以最大化地实现快速协议转换和数据透传。通过前端设备、网关、服务中心及用户终端在异构网络中的无缝互联，在实现方便快捷高效管理和控制的同时，也最大化地将3G技术等高科技技术应用于生产生活，服务人民群众，实现了网络覆盖和投资平衡。强大的通信功能基于接入商网关技术平台，扩充了大量物联网的特殊要求。因此，数字化气象业务的蓬勃发展也离不开物联网技术。从长远来看，由于气象业务需求的不断变化，物联网网关的形态将会呈现多样化。

参考文献：

[1]李浩鸣.物联网的关键节点：物联网网关[J].领先，2010（38）：94-97.

[2]黄海昆，邓佳佳.物联网网关技术与应用[J].电信科学，2010（4）：20-24.