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GPRS气象信息采集系统

摘    要:本文提出了一种基于GPRS 的气象信息采集系统设计原理和实现方案,简要介绍了GPRS 技术的基本知识,描述了GPRS 无线传输应用于气象数据传输的实现方法。通过实际应用,获得了理想的效果。

关键词:GPRS;DDN;气象;联网;环保;采集系统。


一、背景介绍


原有气象信息系统地面网络建设较早,设备性能低,线路速度低,时延长,已很难满足自动站,沙尘暴,雷达等资料传输的要求,很难满足进行数据综合传输的需求;卫星网覆盖面小、速度低,且小站之间无法直接通信,限制了网络功能。因此,构建一个更完善、更快捷、更安全的气象广域网络平台迫在眉睫。广域网不仅要在速度、容量上满足需求;而且需要将原本松散的网络从规格、管理软件、安全防护等方面进行整合和统一。并且还需要具有可扩展性,未来可以方便地进行升级。而以上的这些不足都可以通过GPRS无线网络来实现。


二、本方案优势


GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较好的业务,它是以数据流量计费,覆盖范围广泛,数据传输速度更快。与有线网络相比,GPRS网络具有租用费用低,移动办公,不受地域制约等优点。GPRS的出现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。GPRS通信方式更适合于气象信息采集业务,目前气象中心与各采集点采用X.25和PSTN进行交互传输,月租费太高,用电话线传送数据按时间计费,带来诸多不便,费用也不便宜。

GPRS网络优点

1、覆盖范围。构建气象信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广,扩容无限制,接入地点无限制,能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于气象信息采集点数量众多,分布在全国范围内,部分气象信息采集点位于偏僻地区,而且地理位置分散。另外,还必须考虑今后系统扩充的可能,必须具有良好的可扩展性。由于目前GPRS已覆盖国内绝大部分地区,能够满足气象信息采集传输系统对覆盖范围的要求;

2、数据传输速率高。每个气象信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内,目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右,满足本系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求;

3、系统的传输容量大。气象中心站要和每一个气象信息采集点实现实时连接。由于气象信息采集点数量众多,系统要求能满足突发性数据传输的需要,而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要;

4、通信费用低。采用传统的有线方式建立气象信息采集传输系统,必须租用专线或电话线进行连接。由于气象信息采集点必须与中心随时保持连线状态,而每次数据发送的数据量很小(在几K至10K之间),线路资源利用率很低,平均每一个气象信息采集点每月的线路费用为800~1200元。而如果采用GPRS通信方式,由于GPRS采用按数据流量计费的方式,资源利用率高,月通信费用将在100元之内;

5、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较,由于GPRS具有实时在线特性,系统无时延,可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。


三、 系统构成


GPRS气象信息采集系统是北京东方讯公司和系统集成商合作开发的基于GPRS技术的气象信息采集系统。它由气象采集器、PLC逻辑控制、东方讯GPRS DTU、数据中心(管理工作站,数据库服务器,web发布服务器)组成。采集器负责实时采集各种气象参数(风速,温度,湿度,气压等等),然后汇总到PLC控制逻辑,接着传到东方讯GPRS传输终端,通过GPRS网络把数据汇集到服务器,服务器上的数据可以通过web和客户端形式发布到各个省县级气象站。具有采集数据快速准确,能快速生成统计分析等特点,极大地提高了气象发布的实时性,稳定性。


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(图)气象信息系统示意图


系统由气象采集器,自动气象站,GPRS DTU传输终端,气象中心软件组成。

1、气象采集器:风温湿压参数是气象采集的四大基本要素, 一般采集温度,湿度,辐射,风速,风向,雨量等环境参数。

2、监测仪:采集器主要特征如下:16路温度通道,10路模拟通道,1路风向风速通道,1路雨量,8000条的数据存储容量,RS232通讯接口,应答式通讯协议。

3、传输终端:传输终端采用东方讯的GPRS DTU,实时持续在线,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈,透明传输,支持多种工作模式,支持虚拟数据专用网。

4 、中心软件系统:基于大型数据库的系统软件,对数据进行实时处理和存储,通过GIS电子地图直观显示各种参数。支持分级管理,设备监视,通过B/S或C/S进行信息发布。 

温度传感器、湿度传感器、辐射传感器、风速感应器、风向感应器、雨量测量计等设备把各指标的数据传输监测仪,接着监测仪进行分析处理,然后通过串口RS232或RS485传给了东方讯的GPRS DTU,远程数据中心服务器可以使用APN专线或普通ADSL等作为网络接入。当GPRS DTU通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机,建立透明数据通道后,采集终端产生的数据只要送到串口,GPRS DTU就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机;同时服务器主机下发的命令通过通道传输到GPRS DTU后,GPRS DTU通过串口送到采集终端,从而实现了数据双向透明传输。


四、系统功能及特点


1、终端设备的添加、编辑、删除功能;终端设备可以随时增加和减少。终端设备的增加和减少不影响系统的正常运行;

2、终端设备的管理通过GIS电子地图,直观显示和查找,某区域可以任意放大和缩小,终端设备可以查询、标识、记录等;

3、设备的分级管理,市中心可以对所有设备进行管理,可以对所有设备进行信息发布,各个县中心可以对本区域的设备进行管理,对本区域的信息进行发布;

4、信息的审查和记录,市中心可以对所有设备的信息进行查看和监管,县中心可以对本区域所有的设备信息进行查看,本区域发送的所有信息同时反馈到市中心;

5、简单的信息发布功能;信息支持单发、群发、分组发;

6、设备的状态监控功能,管理中心可以查询设备的工作情况,了解设备的运行情况,能远程维护和升级设备。

  

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(图二)  野外气象信息采集系统


 


采集,传感器,检测仪

(1)、温度通道:16路(铂电阻);

(2)、模拟通道:10路 0~5V;6路 0~20mV;

(3)、风速通道:1路(配EC—9S);

(4)、风向通道:1路(配EC—9X);

(5)、雨量:开关量1路;

(6)、工作电压: 交流220V, DC:12V 内配充电电池

(7)、数据存储容量:8000条;

(8)、工作温度:-20℃~50℃;

(9)、存储内容:各路数据瞬时值,存储时间,可以人工设定;

(10)、显示分辨率:10uV,内部电路分辨率1/65536(16位AD);

(11)、微机通讯接口:RS232;12.微机软件通讯协议:应答方式;


东方讯GPRS DTU

(1)、多种工作模式选择(透明和非透明);

(2)、保持在线;

(3)、支持本地数据激活;

(4)、软硬件多重看门狗机制;

(5)、内嵌完备的PPP,TCP/IP协议栈;

(6)、协议扩展功能;

(7)、内置ppp心跳机制,防止DTU被基站休眠;

(8)、应用层心跳机制,保持应用层稳定连接,适时检测连接状况;

(9)、可升级固件程序;

(10)、支持中国移动WMMP平台,可进行远程管理;

(11)、嵌入式处理器,支持高速处理协议和大量数据;

(12)、设备上电联网成功率高;

(13)、稳定性:7x24小时;

(14)、设备断网后自动联网成功率高;


五、 总结

GPRS气象信息采集系统是采用北京东方讯公司的GPRS传输终端,实现了实时在线,稳定可靠的数据传输。在成熟的GPRS网络上构建无线数据网络,其通信费用较低,接入设备可以移动等特点使得气象数据传输的成本和技术服务成本大为降低。而且北京东方讯公司的GPRS数传采用工业级设计,组网灵活,实时在线的特点很适合运用在工业场合。


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