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技術(shù)文章
氣象信息無線采集系統(tǒng)
點(diǎn)擊次數(shù)：1158 發(fā)布時間：2008-7-8
氣象信息采集系統(tǒng)利用實時采集的氣象資料，對末來一定時段內(nèi)的氣象情況作出較為的預(yù)測和報警，包括進(jìn)行短期的降雨預(yù)報、中期降水預(yù)報和洪水的預(yù)警預(yù)報，是防汛工作中非常重要的環(huán)節(jié)。
一、項目背景
省*氣象信息的采集由各氣象觀測站利用氣象采集設(shè)備自動完成采集，通過DDN或者線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)，*利用氣象信息處理程序?qū)Ω鳉庀笥^測站采集的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和分析，進(jìn)而可對短期的降雨和中期降水進(jìn)行預(yù)報，并通過防汛系統(tǒng)向防汛辦報送資料，為洪水預(yù)報和防汛提供可靠的決策支持。
目前，省*現(xiàn)已在全省范圍內(nèi)建立了300多個氣象觀測信息采集點(diǎn)，各氣象采集點(diǎn)按照設(shè)定的時間間隔采集區(qū)域內(nèi)的各種氣象信息資料，包括溫度、氣壓、濕度等，測量結(jié)果通過DDN或者PSTN線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)。采用DDN可充分保證數(shù)據(jù)傳輸暢通，完整，但缺點(diǎn)是月租費(fèi)太高；采用PSTN線傳輸數(shù)據(jù)，按時間計費(fèi)，費(fèi)用也不便宜。
目前，省*正考慮建立GPRS氣象信息采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)試點(diǎn)。在試點(diǎn)中選擇20多個氣象采集點(diǎn)，采用GPRS無線數(shù)據(jù)通信方式傳輸氣象資料。在試點(diǎn)中，各氣象采集點(diǎn)通過GRPS與中心站主機(jī)保持實時連接，自動觀測設(shè)備將獲得的氣象信息通過GPRS傳給氣象中心主機(jī)，氣象中心主機(jī)對信息進(jìn)行處理，形成氣象預(yù)報信息。
二、GPRS方案的優(yōu)勢
中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)氣象信息采集點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為氣象信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。
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，分布在全省范圍內(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已覆蓋省內(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(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完滿足本系統(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(diǎn)實現(xiàn)實時連接。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?a title="GPRS" target="_blank" >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)，必須租用專線或線進(jìn)行連接。由于氣象信息采集點(diǎn)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?。ㄔ趲譑至10K之間），線路資源利用率很低，平均每一個氣象信息采集點(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)流量計費(fèi)的方式，資源利用率高，月通信費(fèi)用將在200元之內(nèi)。
5、良好的實時響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)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。
三、解決方案介紹
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、氣象信息采集點(diǎn)：采用Garefowl的GPRS無線DTU，通過RS232串口與計算機(jī)相連，接入移動公司為*提供的的GPRS網(wǎng)絡(luò)。氣象信息采集點(diǎn)的計算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。網(wǎng)絡(luò)對氣象信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)、時間、數(shù)量沒有限制，可以隨時增減。可以滿足山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、氣象中心站：采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)氣象信息采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
3、GPRS傳輸
氣象站采用移動提供的線路和接口。各氣象信息采集點(diǎn)使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時氣象中心對各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便識別和維護(hù)處理。氣象信息采集點(diǎn)使用的STK卡只能用于與氣象信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信功能。各氣象信息采集點(diǎn)運(yùn)行原有的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，支持24小時實時在線，實現(xiàn)氣象信息采集點(diǎn)24小時傳送采集的氣象信息數(shù)據(jù)。
凡省級**的氣象信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)：
1、氣象信息采集點(diǎn)必須使用移動統(tǒng)一的STK卡，用戶使用本卡只能用于與氣象站數(shù)據(jù)通信功能。
2、使用的終端設(shè)備用嘉復(fù)欣提供的GPRS移動終端設(shè)備。
3、用戶登記：符合省級*的規(guī)定。
（二）產(chǎn)品特性
氣象信息采集傳輸系統(tǒng)采用GAREFOWL 系列GPRS無線Modem。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，提供RS232、USB、PCMCIA接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用，如實現(xiàn)信用卡實時認(rèn)證、POS機(jī)的遠(yuǎn)程控制維護(hù)、遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)點(diǎn)接入等。在氣象信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，GAREFOWL GPRS無線Modem可通過外置或嵌入方式與氣象信息采集點(diǎn)的PC機(jī)和自動數(shù)據(jù)測試設(shè)備連接。
2、接口： RS232、RS485、RS422。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作系統(tǒng)。
5、支持透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換 。
6、支持VPN安全功能。
7、安裝靈活、使用方便、可靠。
（三）安全措施
本系統(tǒng)需要*的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認(rèn)證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。
對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的*性，對用戶SIM卡進(jìn)行鑒別*，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于行業(yè)的SIM卡才能訪問APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
采用GPRS構(gòu)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(luò)運(yùn)營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)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(diào)動了運(yùn)營商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
對于*等用戶來說，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當(dāng)氣象觀測站和氣象信息采集點(diǎn)搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶原有投資，適合于氣象采集工作的特點(diǎn)。