网络通信技术在自动气象观测系统中的应用

2019-01-13常映

魅力中国 2019年35期

常映

（320981199411134269，甘肃兰州 730000）

随着现代化科技的不断进步，各种自动化设备与先进的控制技术纷纷引入到了地面气象监测领域内，目前气象观测的绝大部分工作均已经实现了数字化与自动化操作，传统的人工观测模式已经在大部分站点内被淘汰。在数据采集环节，气象观测的精确度得到了有效的保障，而在网络传输过程中能否可靠、全面地完成气象信息的上传工作，就成为了决定整个系统监测水平的关键因素。

一、自动气象设备与通讯网络的重要性

自动气象站内的各类设备和通讯网络系统是自动气象站正常运转的基础。当前我国的自动其场站应用较为广泛的就是大规模集成电路，可以实现自动化持续观测。当前我国普遍应用的新型自动气象站不但观测数据精确，且性能十分稳定，这也使得对气象站的维护工作变得更加便捷，在降低工作量的同时也节约了维护工作成本。

但是，由于气象站对于气象数据的采集及传输工作十分重要，所以，对于相关设备及通讯网络的维护工作也不能被忽视，稍有疏忽，就有可能造成数据的错误或丢失。因此，为了使自动气象站保持正常运转，相关工作人员应建立健全的设备及通讯网络维护体系，针对设备特点，制定出据有针对性的维护管理措施，以保证数据观测及回传的准确性。

二、自动气象站的观测原理及特点

根据观测项目的差异，可以大致将气象观测业务分为地面观测、高空探测及专业观测三大类型。而自动气象站则可以为气候情报、气象分析、气象决策提供相关气温、湿度、风速、紫外线等要素信息，基于计算机网络平台，向社会群众发布适时的气象信息。自动气象站的基本建造结构为观测主机、控制台、数据采集软件、分析系统、宣传服务平台。

气象站设置了不同的传感器，用于感应地面气象要素的变化，如温度传感器、湿度传感器、气压传感器等，在完成数据采集后会经过传输系统全部上传到气象服务器中，经过软件的处理，各项数据如风向、降雨量、日照强度、紫外线强度等就会从软件传出，并在主机上自动显示数据值，群众可借助移动设备实时查询，了解天气变化，做好应对措施。不同自动气象站的内部配置不同，但基本具有全方位、实时性、完整性、高效性功能。

三、网络通信技术在自动气象观测系统中的应用

（一）有线数据通信

有线通信方式应用时间较早，也因此成为了自动气象观测系统中最常使用的数据通信方式，在该模式下使用到的设备主要有负责数据采集的传感器节点、负责数据汇总的中继设备、专用通信电缆以及位于远端的主控计算机组成。在自动气象站的建设过程中，出于数据安全与保密等考虑，通常会选用质量较为可靠的同轴电缆来作为传输媒介，并采用 PCM（Pulse Code Modulation- 脉码调制录音）技术，可实现较好的信道时分复用效果，数据传输带宽较大，且信号稳定，抗干扰性能强，数据安全性较好。

从自动气象观测系统中的各个组成部分进行分析，首先是作为终端数据采集设备的传感器节点，该设备内部设置有感应元件，在其对应的要素（如温度、湿度、能见度等）发生变化时，元件输出的电量也随之改变，由此发出模拟或数字信号，通过数据采集器收集这些信号，并通过一系列的线性转换和离散量化处理，得到对应的外界要素变化幅值，完成了从采样值到分析值的推导。在得到一系列的分析值后，再对数据进行筛选，去除异常波动量，并将其余的数据进行格式规范化操作，最后送至采集器内的存储模块进行保管。

（二）无线通信系统

由于探测环境的需求，有相当数量的自动气象设备需要安装搭建在原理观测台站的野外区域，且分布面积较广，此时若采用有线连接方式，则会极大地增加线路铺设的难度，同时也会带来高昂的设备安装成本，并对日后的系统运维工作造成额外的压力，针对这一情况，更宜采用组装简单、成本低廉、维护方便的无线通信系统来承担数据传输任务。

就区域自动站而言，基于无线网络的自动观测系统由传感器、采集器、太阳能电源、无线通信模块几部分组成，与有线系统所不同的是，无线传感器节点一般采用太阳能电池供电模式，并采用 3G 通信模块来实现数据的无线传输。该技术推向市场已有数年，经过了大量的实践检验，其技术的可靠性和稳定性已有保证，且传输带宽完全可满足各类气象数据的实时传输需求。3G 技术通过数字移动通讯网络中引入分组交换的功能实体，从而实现了以数据包的形式对待传输信息进行封装与发送，避免了电路交换带来的超长时延问题，显著提高了信息传输的实时性，非常适合传输突发性的、间断的和频繁的数据信息。

目前 3G 技术支持的无线通信带宽达到了 3.6Mbit/s 下行速度与384kbit/s 上行速度，用来传输各种气象信息是完全可行的。从传输模式上看，目前 3G 移动通信业务采用了两种主要的模式，即分别为点对点数据传输和一对多的数据传输，在气象监测领域，往往采用后者来组建无线通信网络。如图 2 所示，多个终端站点的应用进程 APP 将气象信息数据进行封装，形成多源的数据终端单元 DTU，通过3G技术使用的三种通信标准：CDMA2000、WCDMA 和 TD-SCDMA 将数据传输至数据中心，并通过业务中心 DSC 中的分析进行对去进行处理。