1. 需求分析
目前多數(shù)氣象局分為地、州、市級氣象局和數(shù)個氣象站(含地、州、市局、地方氣象站) ，原有的網(wǎng)絡省、地、縣主要通過X.25和PSTN組網(wǎng)，省中心帶寬為64Kbps，地縣帶寬為9.6Kbps。網(wǎng)絡主要用于傳輸氣象實時信息和辦公信息(內部web、notes等) 同時國家局與全國的各級臺站組建了衛(wèi)星廣播網(wǎng)，用于衛(wèi)星數(shù)字廣播。
原有氣象信息系統(tǒng)地面網(wǎng)絡建設較早，設備性能低、線路速度低、時延長，已很難滿足自動站、沙塵暴、雷達等資料傳輸?shù)囊?，很難滿足進行數(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)絡功能。因此，構建一個更完善、更快捷、更安全的氣象廣域網(wǎng)絡平臺迫在眉睫。全省廣域網(wǎng)不僅要在速度、容量上完全滿足需求；而且需要將原本松散的網(wǎng)絡從規(guī)格、管理軟件、安全防護等方面進行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴展性，未來可以方便地進行升級。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網(wǎng)絡來實現(xiàn)。
2. GPRS網(wǎng)絡簡介
GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業(yè)務，它是以數(shù)據(jù)流量計費、覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡相比，GPRS網(wǎng)絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優(yōu)點。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，目前氣象中心與各采集點采用X.25和PSTN進行交互傳輸，月租費太高，用電話線傳送數(shù)據(jù)按時間計費，帶來諸多不便，費用也不便宜。
3.GPRS網(wǎng)絡優(yōu)點
1、覆蓋范圍。
構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，擴容無限制，接入地點無限制，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數(shù)量眾多，分布在全省范圍內，部分氣象信息采集點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統(tǒng)擴充的可能，必須具有良好的可擴展性。由于目前GPRS已覆蓋省內絕大部分地區(qū)，能夠滿足氣象信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。
每個氣象信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(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氣象信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于氣象信息采集點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
4、通信費用低。
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行連接。由于氣象信息采集點必須與中心隨時保持連線狀態(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，平均每一個氣象信息采集點每月的線路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內。
5、良好的實時響應與處理能力。
與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
基于GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是廈門四信通信科技有限公司和系統(tǒng)集成商合作開發(fā)的基于GPRS技術的氣象信息采集系統(tǒng)。它由氣象采集器、PLC邏輯控制 ，F(xiàn)2103 GPRS IP modem、數(shù)據(jù)中心（管理工作站，數(shù)據(jù)庫服務器，web發(fā)布服務器）組成。采集器負責實時采集各種氣象參數(shù)（風速，溫度，濕度，氣壓等等），然后匯總到PLC控制邏輯，接著傳到F2103GPRS傳輸終端，通過GPRS網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)匯集到服務器，服務器上的數(shù)據(jù)可以通過web和客戶端形式發(fā)布到各個省縣級氣象站。具有采集數(shù)據(jù)快速準確，能快速生成統(tǒng)計分析,安全可靠等特點，極大地提高了氣象發(fā)布的實時性，穩(wěn)定性，高效性。
第二部分 項目分析
本系統(tǒng)由氣象采集器，自動氣象站，F(xiàn)2103 GPRS IP modem(GPRS DTU)傳輸終端，氣象中心軟件組成。
2.1系統(tǒng)組成
2.1.1 氣象采集器： 風溫濕壓參數(shù)是氣象采集的四大基本要素， 一般采集溫度、濕度、輻射、風速、風向、雨量等環(huán)境參數(shù)。
2.1.2 監(jiān)測儀：采集器主要特征如下：16路溫度通道，10路模擬通道，1路風向風速通道，1路雨量，8000條的數(shù)據(jù)存儲容量，RS232通訊接口，應答式通訊協(xié)議。
2.1.3 傳輸終端： 傳輸終端采用廈門四信的F2103，實時永久在線，內嵌自主知識產(chǎn)權的TCP/IP協(xié)議棧，透明傳輸，同時支持RS232和RS485，支持多種工作模式，支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。
2.1.4 中心軟件系統(tǒng)：基于大型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件，對數(shù)據(jù)進行實時處理和存儲，通過GIS電子地圖直觀顯示各種參數(shù)。支持分級管理，設備監(jiān)視，通過B/S或C/S進行信息發(fā)布。
2.2 系統(tǒng)總架構
溫度傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、風速感應器、風向感應器、雨量測量計等設備把各指標的數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測儀，接著監(jiān)測儀進行分析處理，然后通過串口RS232或RS485傳給了四信通信的IP modem（F2103），遠程數(shù)據(jù)中心服務器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡接入。當F2103通過GPRS網(wǎng)絡連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務器主機，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，F(xiàn)2103就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機；同時服務器主機下發(fā)的命令通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。系統(tǒng)拓撲圖如下圖所示：
2.3系統(tǒng)功能
1） 終端設備的添加、編輯、刪除功能；終端設備可以隨時增加和減少。終端設備的增加和減少不影響系統(tǒng)的正常運行。
2） 終端設備的管理通過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，終端設備可以查詢、標識、記錄等。
3） 設備的分級管理，市中心可以對所有設備進行管理，可以對所有設備進行信息發(fā)布，各個縣中心可以對本區(qū)域的設備進行管理，對本區(qū)域的信息進行發(fā)布。
4） 信息的審查和記錄，市中心可以對所有設備的信息進行查看和監(jiān)管，縣中心可以對本區(qū)域所有的設備信息進行查看，本區(qū)域發(fā)送的所有信息同時反饋到市中心。
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） 設備的狀態(tài)監(jiān)控功能，管理中心可以查詢設備的工作情況，了解設備的運行情況，能遠程維護和升級設備。
第三部分 項目架構實施
3.1 傳輸模塊與采集終端連接
四信的F2103無線傳輸模塊同時支持RS232/485接口，可通過RS232/485與終端通訊。本系統(tǒng)采用的是485的接口方式。
氣象監(jiān)測儀的面板如下，可以接各種設備：
F2103和采集器的接線線序如下：
3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式分析
1. APN專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網(wǎng)固定IP，客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。
用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。
移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
中心采用APN專線接入的方式，在實時性，安全性和穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
2. ADSL撥號連接（動態(tài)公網(wǎng)IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的?？蛻粝扰cDNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。
3. 通過固定公網(wǎng)IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。雖然申請固定IP費用比較貴，但其運行可靠穩(wěn)定，組網(wǎng)方式簡易方便，深受廣大用戶的青睞，一般推薦此種方案。
3.3 無線數(shù)據(jù)傳輸方式
傳輸設備采用廈門四信的F2103，其功能齊全，性能穩(wěn)定，簡單易用，它是一款工業(yè)級別的無線傳輸終端，已經(jīng)廣泛地應用在各種各樣的工業(yè)，金融場合。
終端設備和傳輸設備連接好后，設置好各種通訊參數(shù)，工作模式后，在傳輸設備F2103中填入數(shù)據(jù)中心的地址和應用程序的端口號。這樣當終端設備數(shù)據(jù)傳給傳輸設備F2103，F(xiàn)2103就會把數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)街行摹?/span>
終端設備支持多種中心模式（主備中心，多中心），多種激活模式（電話，短信，數(shù)據(jù)），多種工作模式（TCP，UDP，telnet等），方便用戶組網(wǎng)和各種系統(tǒng)需求。心跳包機制，注冊包機制，數(shù)據(jù)幀可控，重連機制等多種機制不僅保證設備實時在線，而且穩(wěn)定可靠，同時方便客戶根據(jù)現(xiàn)場的情況，來設置各種傳輸參數(shù)，進而達到最佳效果。
3.4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構建
基于GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是各種氣象采集中的一部分，這些數(shù)據(jù)可以采集會公司的氣象數(shù)據(jù)管理站進行處理，然后和各種氣象服務一起通過電視，手機，短信，web等發(fā)布出去。
基于四信通信的GPRS無線模塊的中心端軟件建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了四信通信的驅動了，可以直接配置使用；其次對于原本是讀串口的程序，為了兼容原來的系統(tǒng)而不做開發(fā)工作，我們提供一個虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對于想開發(fā)自己獨有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會提供一個動態(tài)鏈接庫及四信公司的測試版數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。
如下分別是手機平臺，處理中心平臺，和web發(fā)布平臺軟件的節(jié)目：
在系統(tǒng)安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級授權管理和提供防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能外，對網(wǎng)絡無線數(shù)據(jù)監(jiān)控中心還提供了安全技術解決方案，以確保數(shù)據(jù)安全可靠。
第四部分 設備的特點和參數(shù)
1.采集，傳感器，檢測儀
自動氣象站，生態(tài)環(huán)境測試，工業(yè)現(xiàn)場等無人值守的自動監(jiān)測系統(tǒng)中使用。
1．溫度通道：16路（鉑電阻）；
2．模擬通道：10路 0～5V；6路 0～20mV；
3．風速通道：1路（配EC—9S）；
4．風向通道：1路（配EC—9X）；
5．雨量：開關量1路；
6．工作電壓： 交流220V, DC：12V 內配充電電池
7．數(shù)據(jù)存儲容量：8000條；
8．工作溫度：－20℃～50℃；
9.存儲內容：各路數(shù)據(jù)瞬時值,存儲時間,可以人工設定；
10.顯示分辨率：10uV，內部電路分辨率1/65536（16位AD）；
11.微機通訊接口：RS232；12.微機軟件通訊協(xié)議：應答方式；
2. F2103通信模塊
F2103 GPRS IP MODEM采用高性能嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，內嵌自主知識產(chǎn)權的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉換的虛擬專用網(wǎng)絡。針對網(wǎng)絡流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
它具有豐富的軟件功能：
1. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。
2. 支持RSA，RC4加密算法
3. 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN）
4. 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉換，支持多種工作模式
5. 支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問
6. 支持雙數(shù)據(jù)中心備份
7. 支持多數(shù)據(jù)中心
8. 支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時斷開網(wǎng)絡連接。
9. 支持短消息備份及告警。
10. 多重軟硬件看門狗
11. 數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報告。
12. 標準的AT命令界面
13. 可以用做普通撥號MODEM
14. 支持telnet功能。
15. 支持遠程配置，遠程控制
16. 通過串口軟件升級
17. 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
第五部分 總結
采用GPRS構建氣象信息采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足氣象信息采集的需求，而且，做為網(wǎng)絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網(wǎng)絡建設和網(wǎng)絡應用同步發(fā)展的要求。
基于GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是采用廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端，實現(xiàn)了實時在線，永遠在線，穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在成熟的GPRS網(wǎng)絡上構建無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，其通信費用較低，接入設備可以移動等特點使得氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀竞图夹g服務成本大為降低。而且廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端工業(yè)級設計，組網(wǎng)靈活，安全可靠，實時在線的特點很適合運用在工業(yè)應用場合如氣象采集行業(yè)。
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