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GPRS在气象信息采集系统中的应用

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2008年第1期青海气象

GPRS在气象信息采集系统中的应用井　琼　陈燕萍

(青海省大气探测技术保障中心　西宁　810001)

摘　要:介绍了GPRS无线数据通信的工作原理及应用GPRS技术在自动气象站中的应用。GPRS无线通信技术为数据传输业务提供了极大的便利,缩短了应用系统的开发周期,减小了开发难度和风险,具有很高的市场应用前景。关键词:自动气象站信息采集系统;GPRS;GSM;网络

1　引言

自动气象站实时采集的气象资料,对未来一定

时段内的气象情况作出较为精确的预测和报警,包

括进行短期的降雨预报、中期降水预报和洪水的预

警预报,是防汛工作中非常重要的环节。

各自动气象站的采集器按照设定的时间间隔采

集区域内的各种气象信息资料,包括温度、气压、湿

度等,测量结果通过各种通信电路向气象中心传送

气象数据。青海省主要采用两种方式:采用DDN可

充分保证数据传输畅通,完整,但缺点是月租费太

高;采用PSTN电话线传输数据,按时间计费,费用

也不便宜。但两种方式均为有线方式,在一些较偏

远的地方建站,就无法实现资料的传输。而手机数

据通信方式却可以作为上述两种方式的补充,在没

有地面有线线路但有手机信号覆盖的地方,通过这

种方式达到数据通信的目的。

2　GPRS简介

GPRS(GeneralPacketRadioService—通用分组无线服务),它是利用“包交换”的概念发展出的一

套无线传输方式。GPRS是在现有GSM网络上开通

的一种新型的分组数据传输业务,借助GPRS无线

接入技术,无论在何时、何地,人们都可以轻松地接

入互联网。

目前的无线网络有GSM、GPRS、CDMA2000三

种,GSM属于2G网络,会被后两者迅速替代,所以

不考虑接入到GSM网。GPRS、CDMA2000采用的是

2.5G网络技术,是未来一段时间内中国国内将会普遍用到的。3　GPRS业务与功能

GPRS是一种新的GSM数据业务,它可以给移动用户提供无线分组数据接入服务。GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络(如支持TCP/IP、X.

25等网络)之间提供一种连接,从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。

GPRS采用分组交换技术,它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的

TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据,那么数据速率最高可达164kbit/s。GSM空中接口的信道资

源既可以被话音占用,也可以被GPRS数据业务占用。当然在信道充足的条件下,可以把一些信道定义为GPRS专用信道。要实现GPRS网络,需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。

目前的GPRS网络引入了GSN(GPRSSurporting

NodeGPRS支持节点),移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台。

GPRS支持下列功能和业务:・TCP/IP和X.25业务;・全新GPRS空中接口加密技术;・GPRS附加业务;・增强型的短信业务(E-SMS);・GPRS分组数据计费功能,即根据数据量计费。

4　GPRS的网络结构

GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点,如GGSN(GatewayGPRSSupportingNode,网关GPRS支持节点)和SGSN(ServingGSN,服务GPRS支持节点)。

GPRS网络参考模型如图所示。94

© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net青海气象2008年第1期

GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能,它可以连接各种类型的数据网络,并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备,也可以与GSM中的MSC集成在一起。

GPRS网络结构 GSN有两种类型:一种为SGSN(ServingGSN,服务GSN),另一种为GGSN(GatewayGSN,网关

GSN),SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息,并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用,它可以和多种不同的数据网络连接,如ISDN、PSPDN和

LAN等。有的文献中,把GGSN称为GPRS路由器。

GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换,从而可以把这些分组数据包传送到远端的

TCP/IP或X.25网络。另外,有的厂商提出了GR(GSMRegister,GPRS数据库)的概念。GR类似于

GSM中的HLR,是GPRS业务数据库。它可以独立存在,也可以和HLR共存,由服务器或程控交换机实现。GR这个名称在ETSI的建议中没有专门提及。

GPRS网络结构中还引入了下列新的网络接口:・Gn,GSN主干网接口,用于各种GSN之间。・Gb,BSS和sGsN之间的接口。・Gr,SGSN和HLR之间的接口。・Gp,不同的GSM网络(不同的PLMN)之间的接口。・Gs,SGSN和MSC之间的接口。

5　GPRS在气象信息传输中的优势

5.1　覆盖范围由于气象信息采集点数量众多,分布在全省范

围内,部分气象信息采集点位于偏僻地区,而且地理

位置分散。另外,还必须考虑今后系统扩充的可能,必须具有良好的可扩展性。由于目前GPRS已覆盖

省内绝大部分地区,能够满足气象信息采集传输系

统对覆盖范围的要求。

5.2　数据传输速率高每个气象信息采集点每次数据传输量在

10Kbps之内,目前GPRS实际数据传输速率在

40Kbps左右,完全能满足本系统数据传输速率(≥

10Kbps)的需求。

5.3　系统的传输容量大气象中心站要和每一个气象信息采集点实现实时连接。由于气象信息采集点数量众多,系统要求

能满足突发性数据传输的需要,而GPRS技术能很

好地满足传输突发性数据的需要。

5.4　通信费用低采用传统的有线方式建立气象信息采集传输系统,必须租用专线或电话线进行连接。由于气象信

息采集点必须与中心随时保持连线状态,而每次数

据发送的数据量很小(在几K至10K之间),线路资源利用率很低,平均每一个气象信息采集点每月的

线路费用为800～1200元。而如果采用GPRS通信方式,由于GPRS采用按数据流量计费的方式,资源

利用率高,月通信费用将在200元之内。

6　气象信息采集系统GPRS无线数据传输

GPRS无线DDN系统由数据中心、数据传输通道(GPRS网络)、用户数据终端单元(GPRSDTU)构

成。DTU可直接与用户设备通过RS-232或RS-

485接口连接,数据中心的组网略微复杂一些,根据数据中心接入方式不同可分为:专线接入,GPRS接

入和Internet接入。采用专线接入需要向电信申请专线且需要一台

支持GRE隧道功能的路由器,速度快,无干扰,可处

理大量站点数据,但投入成本比较高;采用GPRS接入需向电信申请APN服务,传输带宽受到限制;而

采用Internet接入成本较低,且不存在跨区域的问题,但会受到Internet线路的限制。

采用GPRS构建气象信息采集系统,不仅能很(下转第53页)05

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技术,它已承诺进一步改进ODBC技术,为驱动程序

开发者提供更先进的开发和测试工具,还将交付系

统管理和监控工具,它还将与DBMS厂商和第三方

厂商建立更密切的合作,以期使驱动程序支持更高

级别的一致性,并在规范化方面有所完善。目前,

ODBC已为数据库供应商组织内部所认可,同时为众多应用软件厂商和第三方开发商所使用,相信随

着SQL的推广和规范,用户和开发商会更加依赖于

这一技术。

6　实际应用及成果ODBC的配置技术在青海省气象科技服务中心的应用是多方面的,在气象短信平台、气象12121电

话系统、天气预警系统中都使用了ODBC的配置技

术,目前应用情况良好稳定。以气象短信平台为例,两台服务器安装了SQL数据库,保存着大量的气象短信用户信息以及天气预报方面的信息。为全省气

象短信用户服务的PC机需要数据库中的数据作为

基础,假设在每个需要数据库的工作机上安装SQL数据库,那么其工作量之大可以想象,另外大量的维

护数据库的工作更是让人不堪重负,并且每个应用

程序调用的数据库也不仅相同,这将使得数据一片

混乱,毫无头绪,一旦需要修改调用某个数据库,工

作量也很大,而SQL数据库越多,信息安全问题就

越严重,很难保证数据库的稳定和安全。而ODBC通过使用相应应用平台上和所需数据库对应的驱动

程序与应用程序的交互来实现对数据库的操作,避

免了在应用程序中直接调用与数据库相关的操作,从而提供了数据库的独立性,大大提高了工作和维

护的效率,这种简单方便的调用方式也使数据库更

安全稳定。同样,想要修改ODBC的配置也很简单

方便。

(上接第46页)

网络的安全性进一步得到加强、信息传输的时效和

质量进一步提高。气象部门的科技人员对信息网络

的应用水平和网上获取的信息也明显提高,加快了

部门内的信息化进程,因此,具有十分重要的社会效

益和业务效益。

有些需求由于时间、条件以及复杂度的限制,在

开发的系统软件中未能完成,不过该系统已用于实

际应用,应用中将逐步对这些需求加以完善。参考文献:〔1〕谭浩强编著,《网页编程技术》,北京:清华大学出版社,2002.〔2〕www工作室刘杰编著,《网页数据库整合精华录》,北京:中国铁道出版社,2001.〔3〕龚玉清,《网页设计的色彩运用》,现代教育技术〔J〕,

2003,5.〔4〕段永红,李春海,《基于ASP的网站建设》,电脑开发与应用〔J〕,2000,8.

(上接第50页)

好地满足气象信息采集的需求,而且,做为网络运营

商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用

户,随着用户数量的增加,移动通信公司的营收也随

之增加,调动了运营商的积极性,符合网络建设和网

络应用同步发展的要求。

对于气象用户来说,由于通信费用较低,享受到

了实惠。另外,由于接入设备可以移动,当气象观测

站和气象信息采集点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用,可以保护用户原有投资,适合于气象采集工

作的特点。

7　结语

采用GPRS通信技术,不仅很好地实现了自动

气象站信息的控制,而且使监控的实时性和可靠性

得到了大大提高。随着通信技术的发展以及通信技

术不断与网络技术相结合,必将带来自动气象站信

息系统的又一大飞跃。35

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福州市气象自动站信息系统设计与实现

福州市气象自动站信息系统设计与实现

第１２卷第６期　重庆科技学院学报（自然科学版）　２０１０年ｌ２月　

福州市气象自动站信息系统设计与实现　

王敏　刘绍龙　

（１．福建交通职业技术学院，福州３５０００７；２．福州市气象局，福州３５００１４）　

摘要：利用气象局现有的气象传感器采集气象要素，通过数据采集器，使用ＧＰＲＳ￣线传输方式，将气象数据采集　到计算机终端。编写软件应用程序，显示气象信息，实现自动气象站气象信息采集、传输和显示等功能。　关键词：气象；自动站；传感器；数据采集器；ＧＰＲＳ无线传输；中心站　中图分类号：ＴＰ３１　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１９８０（２０１０）０６．０１７８—０４　

福州地处东南沿海．跨江傍海，素有“海滨邹鲁”　之称，沿海港湾众多，岛礁密布，海域辽阔，有大小岛　屿４１５个，海域面积１．１万ｋｍ　．海岸线长１　１３７ｋｉｎＩ“。福　州属亚热带海洋性季风气候，受西风带和东风带双　

重天气系统的频繁影响，海洋气象灾害频发，种类　多，强度大ｆ２１。沿海各观测点环境恶劣，人少偏僻，人　

的生存是首要问题，建立有人值守的气象等数据采集　是不现实的，即使建立也是数量有限．且代价很高。在　

此情况下，将数据集中传输到城市中心（或数据中心），　

利用有线传输代价过高，极难实现。正因如此，我市目　前有许多气象资料的空白区，影响到附近地区的气象　预报。自动气象站的建立，解决了无人值守的问题。但　

在特殊地区，没有有线通信的辅助。依然不能解决福州　沿海这样长海岸线的自动站气象数据的传输问题。因　

此．研究一种经济的无线传输方式很必要。　目前成熟的无线传输技术很丰富，例￣ＩＧＰＲＳ、　

ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等，其中ＧＰＲＳ（通用无线分组　业务１独具特点：（１）永远在线，此特点适合实时性要　求比较高的信息传输需求；（２）按量计费，无信息传　

输则不计费，比使用ＧＳＭ方式更经济。这两大特点，　是自动气象站无线传输采用ＧＰＲＳ更合理的重要原　因　利用ＧＰＲＳ无线通信技术在无人地区设置气象自　动站．可以丰富气象数据，填补无人地区的气象数据　

北斗卫星通信在自动气象站数据传输中的应用_孟宪伟

北斗卫星通信在自动气象站数据传输中的应用_孟宪伟

322014年第3期卫星应用技术进展Technology Progress

一、引言

自动气象站按照通信方式可以分为两类，即有线遥

测自动站和无线遥测自动站，有线遥测方式适用于传输

距离较近或自动站靠近生活区、有线网络易于实现的环

境，无线遥测方式则适用于无人烟区、海岛高山等不易

实现有线网络的环境。其中无线遥测可以通过GSM、

GPRS、CDMA和卫星移动通信等方式实现。表1对各种

无线通信方式的性能进行了比较。

据表1可知，在无线网络覆盖地区，选择GSM/

GPRS/CDMA中的任意一种都可以达到数据传输的目的，

但在没有网络覆盖的区域，以上方式都会失效。气象数

据单位时间传输的数据量不大，但其安全性和实时性要

求很高，并且很多观测站位于地面通信环境恶劣地区，

综合上述因素的考虑，在我国境内无盲区的北斗卫星通

信方式成为首选。本文在介绍了北斗卫星通信系统的工

作流程及通信特点的基础上给出了一种基于北斗卫星通

信的自动气象站数据传输系统的设计方案。 摘 要：传统地面无线通信网络在偏远山区等地理环境恶劣地区存在覆盖盲区，且易受到地质灾

害等因素的影响，而北斗卫星通信系统在北斗卫星覆盖范围内具有全天候无盲区短报文通信功能。本

文利用北斗卫星通信功能构建了自动气象站的数据传输系统。文章首先介绍了北斗卫星通信的特点，

在此基础上重点阐述了“多点对一点”的气象数据传输系统设计方法及其控制软件的工作流程，并结

合示范工程给出了其技术应用状况，实践中北斗通信能够可靠地实现气象数据的传输。

关键词：自动气象站 北斗 短报文 多点对一点 数据传输 示范工程 北斗卫星通信在

自动气象站数据传输中的应用

● 文|孟宪伟1，2 范晓东11.安徽四创电子股份有限公司2.中国科学技术大学

表 1 几种常用无线通信方式的比较

通信方式北斗卫星GSMGPRSCDMA

建设成本较高较低较低较低通信成本高较低较低低网络覆盖无盲区较宽宽较宽通信速率200Byte/帧140Byte/帧20~100kbit/s70~80kbit/s实时性较高差较高较高安全性最好一般好很好数据量中等小较大较大

物联网技术在气象监测中的应用

物联网技术在气象监测中的应用

物联网技术在气象监测中的应用

在当今科技飞速发展的时代，物联网技术正以惊人的速度改变着我们的生活和工作方式。其中，气象监测领域也受益于物联网技术的广泛应用，实现了更精准、更实时、更全面的气象数据采集和分析，为气象预报、防灾减灾以及各种与气象相关的行业提供了强有力的支持。

物联网技术简单来说，就是通过各种传感器、通信设备和网络，将物体与物体、物体与人连接起来，实现信息的交换和智能化控制。在气象监测中，物联网技术主要包括传感器技术、无线通信技术、云计算和大数据分析等关键组成部分。

传感器是物联网技术在气象监测中的“眼睛”和“耳朵”。它们能够感知各种气象要素，如温度、湿度、气压、风速、风向、降雨量等。这些传感器被广泛部署在不同的地理位置，从城市到乡村，从山区到平原，从海洋到陆地，形成了一个庞大的气象监测网络。与传统的气象监测设备相比，物联网传感器具有体积小、成本低、功耗低、精度高、易于安装和维护等优点。例如，一些新型的微型传感器可以安装在无人机上，对一些难以到达的地区进行气象监测，大大扩展了气象监测的范围。

无线通信技术则是物联网技术在气象监测中的“神经”。它负责将传感器采集到的气象数据实时传输到数据中心。目前，常用的无线通信技术包括蓝牙、Zigbee、WiFi、GPRS、3G/4G/5G 等。这些技术各有优缺点，适用于不同的场景。例如，蓝牙和 Zigbee 适用于短距离、低功耗的通信场景，如在一个气象观测站内的设备之间进行数据传输；而

GPRS 和 3G/4G/5G 则适用于远距离、广覆盖的通信场景，如将偏远地区的气象数据传输到城市的数据中心。

云计算和大数据分析是物联网技术在气象监测中的“大脑”。大量的气象数据被传输到云端服务器后，通过大数据分析技术进行处理和分析。云计算提供了强大的计算能力和存储能力，能够快速处理海量的气象数据。大数据分析技术则可以从这些数据中挖掘出有价值的信息，例如气象变化的趋势、异常气象事件的预警等。通过对历史气象数据和实时气象数据的分析，气象预报的精度和准确性得到了显著提高。

微型气象站的设计与实现

微型气象站的设计与实现

微型气象站的设计与实现

随着科技的不断发展，越来越多的人开始注重天气信息的收集和了解。而微型气象站的出现，为个人用户提供了一个更加方便、便宜的天气信息收集方式。今天，我们就来谈谈微型气象站的设计与实现。

一、概述

微型气象站是一种基于微型控制器技术的气象信息采集终端。它通常由气温、气压、湿度、风速、风向等传感器以及LCD显示屏、LED指示灯、蜂鸣器等组成。其主要功能包括实时测量、显示、存储和传输气象数据。

微型气象站的设计需要考虑如下几点：

1. 传感器选择：根据需求选择合适的传感器，同时需要考虑成本、精度、灵敏度等因素。

2. 微控制器选择：根据传感器的输出信号和处理复杂度，选择合适的微控制器。常见的微控制器有Arduino、STM32等。

3. 系统架构设计：微型气象站的主要模块包括传感器模块、控制器模块、显示模块和储存模块。需要根据实际需求设计系统架构。

二、硬件设计

1. 传感器模块

微型气象站需要测量气温、湿度、气压、风向、风速等数据。目前市场上常用的传感器有DHT11、BMP180、DS18B20、RX5911等。其中DHT11用于测量温湿度，BMP180用于测量气压，DS18B20用于测量气温，RX5911用于测量风向和风速。

2. 控制器模块 我们选择最常见的Arduino UNO来作为我们的微控制器。Arduino UNO采用Atmel公司的8位ATmega328P芯片，拥有充足的存储空间和丰富的库函数支持。在问题不是很复杂的情况下合适使用。

3. 显示模块

显示模块一般采用液晶显示屏。我这里用到一块2.4寸TFT SPI显示屏。它具有色彩饱和度高、分辨率高等优点。

4. 储存模块

为了存储气象数据，我们需要一块microSD存储卡。同时，在我们需要进行数据下载的时候，microUSB接口可以提供数据传输。

三、软件设计

1.数据采集

在数据采集方面，我们需要让各传感器从Arduino上获取到数据。因为采集频率会受到传感器的解析度、精度等因素的影响，因此，我们在这里常常用到像DHT、BMP等设备库来缩短我们的开发时间。我们调用库函数后即可获取到传感器数据。