氣象信息無線采集系統(tǒng)在氣象領域中的應用

　　氣象信息采集系統(tǒng)利用實時采集的氣象資料，對未來一定時段內的氣象情況做出較為精確的預測和報警，包括進行短期的降雨預報、中期降水預報和洪水的預警預報，是防汛工作中非常重要的環(huán)節(jié)。

　　一、項目背景

　　氣象部門氣象信息的采集由各氣象觀測站利用氣象采集設備自動完成采集，通過DDN或者電話線向氣象中心傳送氣象數(shù)據(jù)，氣象局利用氣象信息處理程序對各氣象觀測站采集的氣象數(shù)據(jù)進行加工處理和分析，進而可對短期的降雨和中期降水進行預報，并通過防汛系統(tǒng)向防汛辦報送資料，為洪水預報和防汛提供可靠的決策支持。

　　目前，國家氣象局現(xiàn)已在全省范圍內建立了上萬個氣象觀測信息采集點，各氣象采集點將按照設定的時間間隔采集區(qū)域內的各種氣象信息資料，包括溫度、氣壓、濕度等，測量結果通過DDN或者PSTN電話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，但缺點是月租費太高;采用PSTN電話線傳輸數(shù)據(jù)，按時間計費，費用也不便宜。

　　目前，國家氣象局建立GPRS全國統(tǒng)一氣象信息采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。在現(xiàn)有氣象采集點中采用GPRS無線數(shù)據(jù)通信方式傳輸氣象資料。運行中各氣象采集點通過GRPS與中心站主機保持實時連接，自動觀測設備將獲得的氣象信息通過GPRS傳給氣象中心主機，氣象中心主機對信息進行處理，形成氣象預報信息。

　　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)務平臺上構建氣象信息采集傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)氣象信息采集點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，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?，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通信采用數(shù)據(jù)流量的方式進行計費，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。

　　三、解決方案介紹

　　(一)系統(tǒng)結構

　　1、氣象信息采集點：采用H7000的GPRS無線DTU，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的GPRS網絡。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：采用移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。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、GPRS傳輸

　　氣象站采用移動提供的線路和接口。各氣象信息采集點使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時氣象中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。氣象信息采集點使用的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。各氣象信息采集可以支持24小時實時在線，實現(xiàn)氣象信息采集點24小時傳送采集的氣象信息數(shù)據(jù)。

　　凡氣象局授權的氣象信息采集點均可以使用本系統(tǒng)：

　　1、氣象信息采集點必須使用移動統(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、使用的終端設備用深圳宏電提供的GPRS移動終端設備。

　　3、用戶登記：符合省級氣象局的規(guī)定。

　　(二)產品特性

　　氣象信息采集傳輸系統(tǒng)采用H7000系列GPRS無線DTU。產品基于中國移動的GPRS網絡，提供RS232、USB、PCMCIA接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務實現(xiàn)無線聯(lián)網，產品支持各種行業(yè)應用，如實現(xiàn)信用卡實時認證、POS機的遠程控制維護、遠程業(yè)務點接入等。在氣象信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，H7000系列GPRS無線DTU可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。

　　1、支持900/1800/1900MHz三頻GSM/GPRS。

　　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)內外的有意和無意的破環(huán)，網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)中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以使用原有的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。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Radius服務器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

　　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虛擬專網模式：企業(yè)內部網絡中配置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)內部虛擬專網的方式與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，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，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、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。

　　四、結論

　　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，作為網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，符合網絡建設和網絡應用同步發(fā)展的要求。

　　對于氣象局等用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當氣象觀測站和氣象信息采集點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于氣象采集工作的特點。