隨著氣象事業(yè)的發(fā)展和國家大氣監(jiān)測項目的實施,我國建立了大量的無人值守的自動氣象站,自動氣象站的氣象數(shù)據(jù)的采集越來越成為一個急需解決的問題。氣象數(shù)據(jù)的實時采集對于提高氣象預報的質(zhì) 量有重要意義,因為氣象要素的采集是氣象部門做出預報的基礎。因此開發(fā)一個通用的氣象要素遠程在線采集系統(tǒng),可以隨時了解氣象要素的變化,對氣象預報準確度的提高有著積極的意義,并且能夠及時了解災害性的天氣發(fā)展過程,對有嚴重危害的天氣過程做出預警處理。 基于GPRS網(wǎng)絡環(huán)境下的自動氣象站氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于自動氣象站數(shù)據(jù)的采集和自動氣象站的狀態(tài)監(jiān)控,同時具有一定的通用性,也適用于其它設備的無線監(jiān)控。該系統(tǒng)是傳統(tǒng)計算機技術與現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術、GPRS移動網(wǎng)絡技術的結合。由于GPRS網(wǎng)絡具有永遠在線、通訊費用低廉等特點,使得該系統(tǒng)在執(zhí)行效率、程序體積、通訊處理能力、運行成本上具有強大優(yōu)勢。
一、GPRS通訊技術的優(yōu)勢
利用中國移動GPRS系統(tǒng)現(xiàn)有公共網(wǎng)絡,縮短建設周期,降低建設成本優(yōu)點,而且設備安裝方便、
維護簡單。與傳統(tǒng)通訊方式相比有幾個突出優(yōu)勢:
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,分布在全國范圍內(nèi),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(nèi),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)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?,而GPRS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?。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50元之內(nèi)。
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。
二、解決方案介紹
該系統(tǒng)主要由監(jiān)控主機和采集終端組成,根據(jù)無人值守自動氣象站的分布特點和在某些情況下可移
動的特點,監(jiān)控主機和監(jiān)控終端通過Internet和GPRS網(wǎng)絡聯(lián)系起來實現(xiàn)通信。該系統(tǒng)可以按照預先設
計的采集頻率進行自動氣象站數(shù)據(jù)地采集,也可以根據(jù)需求隨時進行調(diào)整。監(jiān)控中心是基于Windows平臺上建立的監(jiān)控程序,可以實時了解氣象要素的變化情況以及自動站運行的狀況。達到對數(shù)據(jù)采集和對自動氣象站監(jiān)控的目的。
(一)系統(tǒng)結構
1、氣象信息采集點:采用上海頤通的ET1022系列的GPRS無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端,通過RS232串口
與計算機相連,接入移動公司為氣象局提供的專用GPRS網(wǎng)絡。氣象信息采集點的計算機運行系統(tǒng)軟件和 應用軟件。網(wǎng)絡對氣象信息采集點的接入地點、時間、數(shù)量沒有限制,可以隨時增減??梢詽M足山區(qū)、 偏遠地區(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)絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬,當氣象信息采集點數(shù)量增加,中心不用擴容即可滿足需求。
3.中心軟件具有便于操作、功能豐富、安裝維護方便、便于以后的開發(fā)和擴展等特點。
(二)產(chǎn)品特性
氣象信息采集傳輸系統(tǒng)采用上海頤通的ET1022系列的。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡,廣泛應用
于電力抄表、環(huán)保監(jiān)測、油井監(jiān)測、路燈監(jiān)控、熱網(wǎng)監(jiān)測、水文水利等行業(yè)。在氣象信息采集傳輸系統(tǒng) 方案中,上海頤通的ET1022系列的通過外置或嵌入方式與氣象信息采集點的PC機和自動數(shù)據(jù)測試設備連接。
.采用工業(yè)化設計、抗干擾能力強;
.選用高品質(zhì)工業(yè)級元器件制造;
.出廠前經(jīng)過長時間老化;
.采用先進電源技術,電源適應范圍寬,提高設備的穩(wěn)定性;
.適應惡劣的電磁環(huán)境、運行及其穩(wěn)定;
.內(nèi)嵌PPP、IP協(xié)議棧
.支持PPP、UDP、 TCP、HTTP、FTP、DNS等多種協(xié)議;
.支持公網(wǎng)固定IP地址尋址;
.支持移動運營商的VPN專網(wǎng)指定IP尋址
.具備動態(tài)域名解析功能(DNS),支持數(shù)據(jù)中心的動態(tài)IP尋址;
.支持接收數(shù)據(jù)的IP地址合法性認證;?
.具備極強的數(shù)據(jù)吞吐能力,為用戶數(shù)據(jù)提供雙向、不對稱、實時的全雙工透明信道傳輸;
.具備系統(tǒng)自診斷功能;
.具備網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)視功能;
.具備硬件看門狗,保證DTU運行可靠性;
.上電后自動撥號上線;
.下線自恢復功能;
.工作參數(shù)掉電永久保存;
.數(shù)據(jù)終端永遠在線;
.高、低溫性能優(yōu)異,適應惡劣環(huán)境的應用需求;
(三)安全措施
本系統(tǒng)需要極高的系統(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)外有意和無意的破環(huán),
網(wǎng)絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行,即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,系統(tǒng)也不能中斷運行。
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設備,移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。
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系統(tǒng),可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式, 進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式:企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡中配置VPN服務器,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,用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離,可 對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護,有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性,對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權,在網(wǎng)絡側(cè)對SIM卡號和APN來綁定, 劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用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進行無線網(wǎng)絡接入,普通手機的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入系統(tǒng),系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密:通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡接入安全鑒定機制:采用防火墻軟件,設置網(wǎng)絡鑒權和安全防范功能,保障系統(tǒng)安全。