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                解決方案solution

                基于GPRS氣象信息采集系統解決方案
                第一部分 概述

                1. 需求分析

                        目前多數氣象局分為地、州、市級氣象局和數個氣象站(含地、州、市局、地方氣象站) ,原有的網絡省、地、縣主要通過X.25和PSTN組網,省中心帶寬為64Kbps,地縣帶寬為9.6Kbps。網絡主要用于傳輸氣象實時信息和辦公信息(內部web、notes等) 同時國家局與全國的各級臺站組建了衛星廣播網,用于衛星數字廣播。


                        原有氣象信息系統地面網絡建設較早,設備性能低、線路速度低、時延長,已很難滿足自動站、沙塵暴、雷達等資料傳輸的要求,很難滿足進行數據綜合傳輸的需求;衛星網覆蓋面小、速度低,且小站之間無法直接通信,限制了網絡功能。因此,構建一個更完善、更快捷、更安全的氣象廣域網絡平臺迫在眉睫。全省廣域網不僅要在速度、容量上完全滿足需求;而且需要將原本松散的網絡從規格、管理軟件、安全防護等方面進行整合和統一。并且還需要具有可擴展性,未來可以方便地進行升級。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網絡來實現。


                2. GPRS網絡簡介

                        GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務,它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出,為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺,為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比,GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公,不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。


                        GPRS通信方式更適合于氣象信息采集業務,目前氣象中心與各采集點采用X.25和PSTN進行交互傳輸,月租費太高,用電話線傳送數據按時間計費,帶來諸多不便,費用也不便宜。


                3.GPRS網絡優點

                1、覆蓋范圍。

                         構建氣象信息采集傳輸系統要求數據通信覆蓋范圍廣,擴容無限制,接入地點無限制,能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于氣象信息采集點數量眾多,分布在全省范圍內,部分氣象信息采集點位于偏僻地區,而且地理位置分散。另外,還必須考慮今后系統擴充的可能,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,能夠滿足氣象信息采集傳輸系統對覆蓋范圍的要求。 

                2、數據傳輸速率高。
                      
                       每個氣象信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內,目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右,完全能滿足本系統數據傳輸速率(≥10Kbps)的需求。

                3、系統的傳輸容量大。

                       氣象中心站要和每一個氣象信息采集點實現實時連接。由于氣象信息采集點數量眾多,系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要,而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

                4、通信費用低。
                 
                         采用傳統的有線方式建立氣象信息采集傳輸系統,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,而每次數據發送的數據量很小(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采用按數據流量計費的方式,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,系統無時延,可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

                 
                        基于GPRS氣象信息采集系統是廈門四信通信科技有限公司和系統集成商合作開發的基于GPRS技術的氣象信息采集系統。它由氣象采集器、PLC邏輯控制 ,F2103 GPRS IP modem、數據中心(管理工作站,數據庫服務器,web發布服務器)組成。采集器負責實時采集各種氣象參數(風速,溫度,濕度,氣壓等等),然后匯總到PLC控制邏輯,接著傳到F2103GPRS傳輸終端,通過GPRS網絡把數據匯集到服務器,服務器上的數據可以通過web和客戶端形式發布到各個省縣級氣象站。具有采集數據快速準確,能快速生成統計分析,安全可靠等特點,極大地提高了氣象發布的實時性,穩定性,高效性。


                第二部分 項目分析

                本系統由氣象采集器,自動氣象站,F2103 GPRS IP modem(GPRS DTU)傳輸終端,氣象中心軟件組成。

                2.1系統組成

                        2.1.1 氣象采集器: 風溫濕壓參數是氣象采集的四大基本要素, 一般采集溫度、濕度、輻射、風速、風向、雨量等環境參數。

                        2.1.2 監測儀:采集器主要特征如下:16路溫度通道,10路模擬通道,1路風向風速通道,1路雨量,8000條的數據存儲容量,RS232通訊接口,應答式通訊協議。

                        2.1.3 傳輸終端: 傳輸終端采用廈門四信的F2103,實時永久在線,內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧,透明傳輸,同時支持RS232和RS485,支持多種工作模式,支持虛擬數據專用網。

                        2.1.4 中心軟件系統:基于大型數據庫的系統軟件,對數據進行實時處理和存儲,通過GIS電子地圖直觀顯示各種參數。支持分級管理,設備監視,通過B/S或C/S進行信息發布。

                2.2 系統總架構

                        溫度傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、風速感應器、風向感應器、雨量測量計等設備把各指標的數據傳輸監測儀,接著監測儀進行分析處理,然后通過串口RS232或RS485傳給了四信通信的IP modem(F2103),遠程數據中心服務器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網絡接入。當F2103通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機,建立透明數據通道后,采集終端產生的數據只要送到串口,F2103就會把收到的數據原封不動地發送到數據中心服務器主機;同時服務器主機下發的命令通過通道傳輸到F2103后,F2103通過串口送到采集終端,從而實現了數據雙向透明傳輸。系統拓撲圖如下圖所示:

                \

                2.3系統功能

                1) 終端設備的添加、編輯、刪除功能;終端設備可以隨時增加和減少。終端設備的增加和減少不影響系統的正常運行。
                2) 終端設備的管理通過GIS電子地圖,直觀顯示和查找,某區域可以任意放大和縮小,終端設備可以查詢、標識、記錄等。
                3) 設備的分級管理,市中心可以對所有設備進行管理,可以對所有設備進行信息發布,各個縣中心可以對本區域的設備進行管理,對本區域的信息進行發布。
                4) 信息的審查和記錄,市中心可以對所有設備的信息進行查看和監管,縣中心可以對本區域所有的設備信息進行查看,本區域發送的所有信息同時反饋到市中心。
                5) 簡單的信息發布功能;信息支持單發、群發、分組發。
                6) 設備的狀態監控功能,管理中心可以查詢設備的工作情況,了解設備的運行情況,能遠程維護和升級設備。


                第三部分 項目架構實施

                3.1 傳輸模塊與采集終端連接

                        四信的F2103無線傳輸模塊同時支持RS232/485接口,可通過RS232/485與終端通訊。本系統采用的是485的接口方式。

                氣象監測儀的面板如下,可以接各種設備:

                \

                F2103和采集器的接線線序如下:

                \

                3.2 數據中心網絡接入方式分析

                1. APN專線接入

                        中心采用APN專線, 所有點都采用內網固定IP,客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡,雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接,在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。

                        為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN,防止其他非法用戶的進入。

                        用戶在內部建立RADIUS服務器,作為內部用戶接入的遠程認證服務器(或在APN路由器內,啟用路由器本地認證功能)。只有通過認證的用戶才允許接入,用以保證用戶內部安全。
                用戶在內部建立DHCP服務器(或在APN路由器內,啟用DHCP功能),為通過認證的用戶分配用戶內部地址。

                        移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。

                        中心采用APN專線接入的方式,在實時性,安全性和穩定性表現優異,適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。


                2. ADSL撥號連接(動態公網IP地址)

                        中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網動態IP+DNS解析服務的??蛻粝扰cDNS服務商聯系開通動態域名,IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器,再由DNS服務器找到中心公網動態IP,建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用,但穩定性受制于DNS服務器的穩定,所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。


                3. 通過固定公網IP連接

                        中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務,中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。雖然申請固定IP費用比較貴,但其運行可靠穩定,組網方式簡易方便,深受廣大用戶的青睞,一般推薦此種方案。


                3.3 無線數據傳輸方式

                        傳輸設備采用廈門四信的F2103,其功能齊全,性能穩定,簡單易用,它是一款工業級別的無線傳輸終端,已經廣泛地應用在各種各樣的工業,金融場合。


                        終端設備和傳輸設備連接好后,設置好各種通訊參數,工作模式后,在傳輸設備F2103中填入數據中心的地址和應用程序的端口號。這樣當終端設備數據傳給傳輸設備F2103,F2103就會把數據透明地傳輸到中心。


                        終端設備支持多種中心模式(主備中心,多中心),多種激活模式(電話,短信,數據),多種工作模式(TCP,UDP,telnet等),方便用戶組網和各種系統需求。心跳包機制,注冊包機制,數據幀可控,重連機制等多種機制不僅保證設備實時在線,而且穩定可靠,同時方便客戶根據現場的情況,來設置各種傳輸參數,進而達到最佳效果。


                3.4 數據中心軟件平臺構建

                        基于GPRS氣象信息采集系統是各種氣象采集中的一部分,這些數據可以采集會公司的氣象數據管理站進行處理,然后和各種氣象服務一起通過電視,手機,短信,web等發布出去。
                基于四信通信的GPRS無線模塊的中心端軟件建有多種方式,對于傳入數據的方式的不同,我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現中心端的數據接收和現場設備的管理。


                目前四信提供三種方式的中心接口:

                \

                        首先是對于組態軟件,目前很多組態軟件廠家已經集成了四信通信的驅動了,可以直接配置使用;其次對于原本是讀串口的程序,為了兼容原來的系統而不做開發工作,我們提供一個虛擬串口軟(TCP2COM);最后是對于想開發自己獨有的數據中心軟件的客戶,會提供一個動態鏈接庫及四信公司的測試版數據中心軟件,不僅開放源碼還全程協助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發??蛻艨赡芡ㄟ^動態鏈接庫快速開發一個靈活的,穩定的,功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。


                如下分別是手機平臺,處理中心平臺,和web發布平臺軟件的節目:

                \

                        在系統安全方面,本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數據庫、系統對用戶實現分級授權管理和提供防火墻功能及完善的數據備份功能外,對網絡無線數據監控中心還提供了安全技術解決方案,以確保數據安全可靠。


                第四部分 設備的特點和參數

                1.采集,傳感器,檢測儀

                \

                自動氣象站,生態環境測試,工業現場等無人值守的自動監測系統中使用。

                1.溫度通道:16路(鉑電阻);
                2.模擬通道:10路 0~5V;6路 0~20mV;
                3.風速通道:1路(配EC—9S);
                4.風向通道:1路(配EC—9X);
                5.雨量:開關量1路;
                6.工作電壓: 交流220V, DC:12V 內配充電電池
                7.數據存儲容量:8000條;
                8.工作溫度:-20℃~50℃;
                9.存儲內容:各路數據瞬時值,存儲時間,可以人工設定;
                10.顯示分辨率:10uV,內部電路分辨率1/65536(16位AD);
                11.微機通訊接口:RS232;12.微機軟件通訊協議:應答方式;


                2. F2103通信模塊

                        F2103 GPRS IP MODEM采用高性能嵌入式處理器,以實時操作系統為軟件支撐平臺,內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧。為用戶提供高速,穩定可靠,數據終端永遠在線,多種協議轉換的虛擬專用網絡。針對網絡流量控制的用戶,產品支持語音,短信,數據觸發上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份,以及多數據中心同步接收數據等功能。公司產品已廣泛應用于金融,水利,環保,電力,郵政,氣象等行業。

                它具有豐富的軟件功能:

                1. 智能防掉線,支持在線檢測,在線維持,掉線自動重撥,確保設備永遠在線。
                2. 支持RSA,RC4加密算法
                3. 支持虛擬數據專用網(APN)
                4. 透明數據傳輸與協議轉換,支持多種工作模式
                5. 支持數據中心動態域名和IP地址訪問
                6. 支持雙數據中心備份
                7. 支持多數據中心
                8. 支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。
                9. 支持短消息備份及告警。
                10. 多重軟硬件看門狗
                11. 數據包傳輸狀態報告。
                12. 標準的AT命令界面
                13. 可以用做普通撥號MODEM
                14. 支持telnet功能。
                15. 支持遠程配置,遠程控制
                16. 通過串口軟件升級
                17. 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統


                第五部分 總結

                        采用GPRS構建氣象信息采集系統,不僅能很好地滿足氣象信息采集的需求,而且,做為網絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業務穩定的集團用戶,隨著用戶數量的增加,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展的要求。


                        基于GPRS氣象信息采集系統是采用廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端,實現了實時在線,永遠在線,穩定可靠的數據傳輸。在成熟的GPRS網絡上構建無線數據網絡,其通信費用較低,接入設備可以移動等特點使得氣象數據數據傳輸的成本和技術服務成本大為降低。而且廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端工業級設計,組網靈活,安全可靠,實時在線的特點很適合運用在工業應用場合如氣象采集行業。

                關鍵字: 氣象信息采集 氣象信息采集系統 氣象信息采集方案 gprs信息采集

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