GPRS氣象信息采集系統(tǒng)
摘 要:本文提出了一種基于GPRS 的氣象信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案,簡要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識(shí),描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用,獲得了理想的效果。
關(guān)鍵詞:GPRS;DDN;氣象;聯(lián)網(wǎng);環(huán)保;采集系統(tǒng)。
一、背景介紹
原有氣象信息系統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較早,設(shè)備性能低,線路速度低,時(shí)延長,已很難滿足自動(dòng)站,沙塵暴,雷達(dá)等資料傳輸?shù)囊?,很難滿足進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨?;衛(wèi)星網(wǎng)覆蓋面小、速度低,且小站之間無法直接通信,限制了網(wǎng)絡(luò)功能。因此,構(gòu)建一個(gè)更完善、更快捷、更安全的氣象廣域網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)迫在眉睫。廣域網(wǎng)不僅要在速度、容量上滿足需求;而且需要將原本松散的網(wǎng)絡(luò)從規(guī)格、管理軟件、安全防護(hù)等方面進(jìn)行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴(kuò)展性,未來可以方便地進(jìn)行升級(jí)。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。
二、本方案優(yōu)勢(shì)
GPRS是目前解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較好的業(yè)務(wù),它是以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi),覆蓋范圍廣泛,數(shù)據(jù)傳輸速度更快。與有線網(wǎng)絡(luò)相比,GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費(fèi)用低,移動(dòng)辦公,不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)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(yè)務(wù),目前氣象中心與各采集點(diǎn)采用X.25和PSTN進(jìn)行交互傳輸,月租費(fèi)太高,用電話線傳送數(shù)據(jù)按時(shí)間計(jì)費(fèi),帶來諸多不便,費(fèi)用也不便宜。
GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)
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(diǎn)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(diǎn)數(shù)量眾多,分布在全國范圍內(nèi),部分氣象信息采集點(diǎn)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已覆蓋國內(nèi)絕大部分地區(qū),能夠滿足氣象信息采集傳輸系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求;
2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個(gè)氣象信息采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi),目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,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(gè)氣象信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于氣象信息采集點(diǎn)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(diǎn)必須與中心隨時(shí)保持連線狀態(tài),而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小(在幾K至10K之間),線路資源利用率很低,平均每一個(gè)氣象信息采集點(diǎn)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采用按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)的方式,資源利用率高,月通信費(fèi)用將在100元之內(nèi);
5、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較,由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性,系統(tǒng)無時(shí)延,可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。
三、 系統(tǒng)構(gòu)成
GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是北京東方訊公司和系統(tǒng)集成商合作開發(fā)的基于GPRS技術(shù)的氣象信息采集系統(tǒng)。它由氣象采集器、PLC邏輯控制、東方訊GPRS DTU、數(shù)據(jù)中心(管理工作站,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,web發(fā)布服務(wù)器)組成。采集器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各種氣象參數(shù)(風(fēng)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(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器,服務(wù)器上的數(shù)據(jù)可以通過web和客戶端形式發(fā)布到各個(gè)省縣級(jí)氣象站。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確,能快速生成統(tǒng)計(jì)分析等特點(diǎn),極大地提高了氣象發(fā)布的實(shí)時(shí)性,穩(wěn)定性。
(圖)氣象信息系統(tǒng)示意圖
系統(tǒng)由氣象采集器,自動(dòng)氣象站,GPRS DTU傳輸終端,氣象中心軟件組成。
1、氣象采集器:風(fēng)溫濕壓參數(shù)是氣象采集的四大基本要素, 一般采集溫度,濕度,輻射,風(fēng)速,風(fēng)向,雨量等環(huán)境參數(shù)。
2、監(jiān)測(cè)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(fēng)向風(fēng)速通道,1路雨量,8000條的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量,RS232通訊接口,應(yīng)答式通訊協(xié)議。
3、傳輸終端:傳輸終端采用東方訊的GPRS DTU,實(shí)時(shí)持續(xù)在線,內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧,透明傳輸,支持多種工作模式,支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。
4 、中心軟件系統(tǒng):基于大型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ),通過GIS電子地圖直觀顯示各種參數(shù)。支持分級(jí)管理,設(shè)備監(jiān)視,通過B/S或C/S進(jìn)行信息發(fā)布。
溫度傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、風(fēng)速感應(yīng)器、風(fēng)向感應(yīng)器、雨量測(cè)量計(jì)等設(shè)備把各指標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)儀,接著監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行分析處理,然后通過串口RS232或RS485傳給了東方訊的GPRS DTU,遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入。當(dāng)GPRS DTU通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī),建立透明數(shù)據(jù)通道后,采集終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口,GPRS DTU就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī);同時(shí)服務(wù)器主機(jī)下發(fā)的命令通過通道傳輸?shù)紾PRS DTU后,GPRS DTU通過串口送到采集終端,從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
四、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)
1、終端設(shè)備的添加、編輯、刪除功能;終端設(shè)備可以隨時(shí)增加和減少。終端設(shè)備的增加和減少不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行;
2、終端設(shè)備的管理通過GIS電子地圖,直觀顯示和查找,某區(qū)域可以任意放大和縮小,終端設(shè)備可以查詢、標(biāo)識(shí)、記錄等;
3、設(shè)備的分級(jí)管理,市中心可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行管理,可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行信息發(fā)布,各個(gè)縣中心可以對(duì)本區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行管理,對(duì)本區(qū)域的信息進(jìn)行發(fā)布;
4、信息的審查和記錄,市中心可以對(duì)所有設(shè)備的信息進(jìn)行查看和監(jiān)管,縣中心可以對(duì)本區(qū)域所有的設(shè)備信息進(jìn)行查看,本區(qū)域發(fā)送的所有信息同時(shí)反饋到市中心;
5、簡單的信息發(fā)布功能;信息支持單發(fā)、群發(fā)、分組發(fā);
6、設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控功能,管理中心可以查詢?cè)O(shè)備的工作情況,了解設(shè)備的運(yùn)行情況,能遠(yuǎn)程維護(hù)和升級(jí)設(shè)備。
(圖二) 野外氣象信息采集系統(tǒng)
采集,傳感器,檢測(cè)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(fēng)速通道:1路(配EC—9S);
(4)、風(fēng)向通道:1路(配EC—9X);
(5)、雨量:開關(guān)量1路;
(6)、工作電壓: 交流220V, DC:12V 內(nèi)配充電電池
(7)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量:8000條;
(8)、工作溫度:-20℃~50℃;
(9)、存儲(chǔ)內(nèi)容:各路數(shù)據(jù)瞬時(shí)值,存儲(chǔ)時(shí)間,可以人工設(shè)定;
(10)、顯示分辨率:10uV,內(nèi)部電路分辨率1/65536(16位AD);
(11)、微機(jī)通訊接口:RS232;12.微機(jī)軟件通訊協(xié)議:應(yīng)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?cái)?shù)據(jù)激活;
(4)、軟硬件多重看門狗機(jī)制;
(5)、內(nèi)嵌完備的PPP,TCP/IP協(xié)議棧;
(6)、協(xié)議擴(kuò)展功能;
(7)、內(nèi)置ppp心跳機(jī)制,防止DTU被基站休眠;
(8)、應(yīng)用層心跳機(jī)制,保持應(yīng)用層穩(wěn)定連接,適時(shí)檢測(cè)連接狀況;
(9)、可升級(jí)固件程序;
(10)、支持中國移動(dòng)WMMP平臺(tái),可進(jìn)行遠(yuǎn)程管理;
(11)、嵌入式處理器,支持高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù);
(12)、設(shè)備上電聯(lián)網(wǎng)成功率高;
(13)、穩(wěn)定性:7x24小時(shí);
(14)、設(shè)備斷網(wǎng)后自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)成功率高;
五、 總結(jié)
GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是采用北京東方訊公司的GPRS傳輸終端,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線,穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在成熟的GPRS網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),其通信費(fèi)用較低,接入設(shè)備可以移動(dòng)等特點(diǎn)使得氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀竞图夹g(shù)服務(wù)成本大為降低。而且北京東方訊公司的GPRS數(shù)傳采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì),組網(wǎng)靈活,實(shí)時(shí)在線的特點(diǎn)很適合運(yùn)用在工業(yè)場(chǎng)合。
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