略論氣象觀測中數(shù)據(jù)通信的優(yōu)越性
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業(yè)務臺站中使用的常規(guī)自動站的數(shù)據(jù)通信方式，就是有線數(shù)據(jù)通信，該自動氣象站主要是由傳感器、采集器、主控計算機、電源、專用通信電纜等組成，在常規(guī)自動站中，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。有線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠地的數(shù)據(jù)終端設備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)終端設備、數(shù)據(jù)電路、計算機系統(tǒng)三部分組成。自動氣象站的工作原理是自動站各要素傳感器的感應元件在相應要素發(fā)生變化時，元件輸出的電量產(chǎn)生變化，與此同時，也產(chǎn)生了模擬信號和數(shù)字信號，這些信號被處理器實時控制的數(shù)據(jù)采集器所采集，經(jīng)過線性化和定量化處理，實現(xiàn)工程量到要素量的轉(zhuǎn)換，再對數(shù)據(jù)進行篩選，得出的氣象要素值按一定的格式儲存在采集器中，采集器再將數(shù)據(jù)通過傳輸信道傳送至臺站內(nèi)的主控計算機。自動氣象站有線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在各臺站的主控計算機中，可以實時的監(jiān)測到各氣象要素值，并按規(guī)定的格式存儲在計算機的硬盤上，在定時觀測時刻，還將氣象要素值存入規(guī)定格式的定時數(shù)據(jù)文件中。根據(jù)業(yè)務需要實現(xiàn)各種氣象報告的編發(fā)，形成各種氣象記錄報表和氣象數(shù)據(jù)文件，再通過互聯(lián)網(wǎng)將氣象實時資料傳輸給用戶和終端數(shù)據(jù)服務中心。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)
自動氣象設備中，由于探測環(huán)境的限制，有些設備是需要搭建在遠離觀測臺站的野外環(huán)境，例如，區(qū)域多要素自動站、自動土壤濕度儀，這種情況下，自動設備若使用有線通信系統(tǒng)，則會遇到線路成本高、鋪設難度大等問題，所以只能利用無線通信系統(tǒng)來實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的傳輸。就區(qū)域自動站而言，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，且功能非常強大，完全能滿足自動站進行氣象數(shù)據(jù)遠程無線通信的要求。GPRS（GeneralPacketRadioService-通用分組無線業(yè)務）是在現(xiàn)有GSM（全球移動通信系統(tǒng)）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務。GPRS通過在GSM數(shù)字移動通訊網(wǎng)絡中引入分組交換的功能實體，以完成用分組方式進行的數(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)上進行的業(yè)務擴充，以支持移動用戶利用分組數(shù)據(jù)移動終端接入Internet或其它分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的需求。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，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用方式有：（1）點對點數(shù)據(jù)傳輸；（2）中心點對多點數(shù)據(jù)傳輸，在自動站中，用到的是中心點對多點的數(shù)據(jù)傳輸方式，如圖4所示（APP代表應用業(yè)務、DTU代表數(shù)據(jù)終端單元、SMS代表短消息業(yè)務、CSD代表電路交換數(shù)據(jù)、DSC代表數(shù)據(jù)業(yè)務中心）。自動站主要使用GPRS、SMS等通信方式與中心站進行數(shù)據(jù)傳輸，平時使用GPRS上傳數(shù)據(jù)至中心站服務器，再由FTP（雙向傳輸協(xié)議）從中心站服務器傳至數(shù)據(jù)服務中心，通過網(wǎng)絡讓用戶共享，如果GPRS網(wǎng)絡出現(xiàn)暫時故障，系統(tǒng)自動切換至SMS短信方式，將數(shù)據(jù)傳至中心站服務器，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掌鳌?/p>
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，設備應根據(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、抗干擾能力強的優(yōu)點，其缺點是鋪設難度大、擴展性較差、維護困難，所以適合于短距離、有人值守的自動站設備；無線數(shù)據(jù)通信具有成本低廉、可擴充性強、傳輸能力強的優(yōu)點，其缺點是受網(wǎng)絡條件的制約、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站設備。兩種數(shù)據(jù)通信方式在自動觀測中配合使用，對于提高數(shù)據(jù)的傳輸應用率、保證自動觀測系統(tǒng)的觀測質(zhì)量及提升氣象服務水平，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