略論氣象觀測中數(shù)據(jù)通信的優(yōu)越性
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業(yè)務(wù)臺站中使用的常規(guī)自動(dòng)站的數(shù)據(jù)通信方式，就是有線數(shù)據(jù)通信，該自動(dòng)氣象站主要是由傳感器、采集器、主控計(jì)算機(jī)、電源、專用通信電纜等組成，在常規(guī)自動(dòng)站中，涉及到的專用通信電纜是同軸電纜，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，此電纜常用于近距的音頻通信、遠(yuǎn)距的高頻載波和數(shù)字通信及信號傳輸，主要采用SSB/FDM的調(diào)制方式，基于同軸的PCM（PulseCodeModulation-脈碼調(diào)制錄音）時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)，具有通信容量大、傳輸穩(wěn)定性高、保密性好、較少受到自然條件和外部干擾影響等優(yōu)點(diǎn)。有線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)電路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三部分組成。自動(dòng)氣象站的工作原理是自動(dòng)站各要素傳感器的感應(yīng)元件在相應(yīng)要素發(fā)生變化時(shí)，元件輸出的電量產(chǎn)生變化，與此同時(shí)，也產(chǎn)生了模擬信號和數(shù)字信號，這些信號被處理器實(shí)時(shí)控制的數(shù)據(jù)采集器所采集，經(jīng)過線性化和定量化處理，實(shí)現(xiàn)工程量到要素量的轉(zhuǎn)換，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，得出的氣象要素值按一定的格式儲(chǔ)存在采集器中，采集器再將數(shù)據(jù)通過傳輸信道傳送至臺站內(nèi)的主控計(jì)算機(jī)。自動(dòng)氣象站有線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在各臺站的主控計(jì)算機(jī)中，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測到各氣象要素值，并按規(guī)定的格式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的硬盤上，在定時(shí)觀測時(shí)刻，還將氣象要素值存入規(guī)定格式的定時(shí)數(shù)據(jù)文件中。根據(jù)業(yè)務(wù)需要實(shí)現(xiàn)各種氣象報(bào)告的編發(fā)，形成各種氣象記錄報(bào)表和氣象數(shù)據(jù)文件，再通過互聯(lián)網(wǎng)將氣象實(shí)時(shí)資料傳輸給用戶和終端數(shù)據(jù)服務(wù)中心。至此，數(shù)據(jù)完成了由采集、處理、轉(zhuǎn)換、傳輸組成的一整套通信過程，如圖3所示。
2無線通信系統(tǒng)
自動(dòng)氣象設(shè)備中，由于探測環(huán)境的限制，有些設(shè)備是需要搭建在遠(yuǎn)離觀測臺站的野外環(huán)境，例如，區(qū)域多要素自動(dòng)站、自動(dòng)土壤濕度儀，這種情況下，自動(dòng)設(shè)備若使用有線通信系統(tǒng)，則會(huì)遇到線路成本高、鋪設(shè)難度大等問題，所以只能利用無線通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的傳輸。就區(qū)域自動(dòng)站而言，是由傳感器、采集器、太陽能電源、無線通信模塊幾部分組成，其用到的無線通信模塊是基于GPRS/CDMA技術(shù)的通信模塊，其技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)是非常高的，且功能非常強(qiáng)大，完全能滿足自動(dòng)站進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線通信的要求。GPRS（GeneralPacketRadioService-通用分組無線業(yè)務(wù)）是在現(xiàn)有GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS通過在GSM數(shù)字移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換的功能實(shí)體，以完成用分組方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸，GPRS系統(tǒng)可以看作是對原有的GSM電路交換系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的業(yè)務(wù)擴(kuò)充，以支持移動(dòng)用戶利用分組數(shù)據(jù)移動(dòng)終端接入Internet或其它分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效能、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)量數(shù)據(jù)傳輸。GPRS無線通信系統(tǒng)常用的兩種不同的應(yīng)用方式有：（1）點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸；（2）中心點(diǎn)對多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，在自動(dòng)站中，用到的是中心點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式，如圖4所示（APP代表應(yīng)用業(yè)務(wù)、DTU代表數(shù)據(jù)終端單元、SMS代表短消息業(yè)務(wù)、CSD代表電路交換數(shù)據(jù)、DSC代表數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心）。自動(dòng)站主要使用GPRS、SMS等通信方式與中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，平時(shí)使用GPRS上傳數(shù)據(jù)至中心站服務(wù)器，再由FTP（雙向傳輸協(xié)議）從中心站服務(wù)器傳至數(shù)據(jù)服務(wù)中心，通過網(wǎng)絡(luò)讓用戶共享，如果GPRS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)暫時(shí)故障，系統(tǒng)自動(dòng)切換至SMS短信方式，將數(shù)據(jù)傳至中心站服務(wù)器，如果仍有上傳失敗的情況，還可通過有線傳輸?shù)姆绞缴蟼髦林行恼痉?wù)器。
3結(jié)束語
通過對有線數(shù)據(jù)傳輸和無線數(shù)據(jù)傳輸兩種方式的分析和討論，可知，設(shè)備應(yīng)根據(jù)不同的情況，使用不同的數(shù)據(jù)通信方式，有線數(shù)據(jù)通信具有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是鋪設(shè)難度大、擴(kuò)展性較差、維護(hù)困難，所以適合于短距離、有人值守的自動(dòng)站設(shè)備；無線數(shù)據(jù)通信具有成本低廉、可擴(kuò)充性強(qiáng)、傳輸能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是受網(wǎng)絡(luò)條件的制約、抗外界干擾能力較弱，所以適合于長距離、野外的、全天候無人值守的自動(dòng)站設(shè)備。兩種數(shù)據(jù)通信方式在自動(dòng)觀測中配合使用，對于提高數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用率、保證自動(dòng)觀測系統(tǒng)的觀測質(zhì)量及提升氣象服務(wù)水平，都有著重要的意義。
本文作者：張朝明、李榮民、軍、金拴根、李延輝、王鍇 單位：山西省大氣探測技術(shù)保障中心