常映

（320981199411134269，甘肅 蘭州 730000）

隨著現(xiàn)代化科技的不斷進步，各種自動化設(shè)備與先進的控制技術(shù)紛紛引入到了地面氣象監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)，目前氣象觀測的絕大部分工作均已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化與自動化操作，傳統(tǒng)的人工觀測模式已經(jīng)在大部分站點內(nèi)被淘汰。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，氣象觀測的精確度得到了有效的保障，而在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中能否可靠、全面地完成氣象信息的上傳工作，就成為了決定整個系統(tǒng)監(jiān)測水平的關(guān)鍵因素。

一、自動氣象設(shè)備與通訊網(wǎng)絡(luò)的重要性

自動氣象站內(nèi)的各類設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是自動氣象站正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。當(dāng)前我國的自動其場站應(yīng)用較為廣泛的就是大規(guī)模集成電路，可以實現(xiàn)自動化持續(xù)觀測。當(dāng)前我國普遍應(yīng)用的新型自動氣象站不但觀測數(shù)據(jù)精確，且性能十分穩(wěn)定，這也使得對氣象站的維護工作變得更加便捷，在降低工作量的同時也節(jié)約了維護工作成本。

但是，由于氣象站對于氣象數(shù)據(jù)的采集及傳輸工作十分重要，所以，對于相關(guān)設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)的維護工作也不能被忽視，稍有疏忽，就有可能造成數(shù)據(jù)的錯誤或丟失。因此，為了使自動氣象站保持正常運轉(zhuǎn)，相關(guān)工作人員應(yīng)建立健全的設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)維護體系，針對設(shè)備特點，制定出據(jù)有針對性的維護管理措施，以保證數(shù)據(jù)觀測及回傳的準(zhǔn)確性。

二、自動氣象站的觀測原理及特點

根據(jù)觀測項目的差異，可以大致將氣象觀測業(yè)務(wù)分為地面觀測、高空探測及專業(yè)觀測三大類型。而自動氣象站則可以為氣候情報、氣象分析、氣象決策提供相關(guān)氣溫、濕度、風(fēng)速、紫外線等要素信息，基于計算機網(wǎng)絡(luò)平臺，向社會群眾發(fā)布適時的氣象信息。自動氣象站的基本建造結(jié)構(gòu)為觀測主機、控制臺、數(shù)據(jù)采集軟件、分析系統(tǒng)、宣傳服務(wù)平臺。

氣象站設(shè)置了不同的傳感器，用于感應(yīng)地面氣象要素的變化，如溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器等，在完成數(shù)據(jù)采集后會經(jīng)過傳輸系統(tǒng)全部上傳到氣象服務(wù)器中，經(jīng)過軟件的處理，各項數(shù)據(jù)如風(fēng)向、降雨量、日照強度、紫外線強度等就會從軟件傳出，并在主機上自動顯示數(shù)據(jù)值，群眾可借助移動設(shè)備實時查詢，了解天氣變化，做好應(yīng)對措施。不同自動氣象站的內(nèi)部配置不同，但基本具有全方位、實時性、完整性、高效性功能。

三、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在自動氣象觀測系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）有線數(shù)據(jù)通信

有線通信方式應(yīng)用時間較早，也因此成為了自動氣象觀測系統(tǒng)中最常使用的數(shù)據(jù)通信方式，在該模式下使用到的設(shè)備主要有負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的傳感器節(jié)點、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)匯總的中繼設(shè)備、專用通信電纜以及位于遠(yuǎn)端的主控計算機組成。在自動氣象站的建設(shè)過程中，出于數(shù)據(jù)安全與保密等考慮，通常會選用質(zhì)量較為可靠的同軸電纜來作為傳輸媒介，并采用 PCM（Pulse Code Modulation- 脈碼調(diào)制錄音）技術(shù)，可實現(xiàn)較好的信道時分復(fù)用效果，數(shù)據(jù)傳輸帶寬較大，且信號穩(wěn)定，抗干擾性能強，數(shù)據(jù)安全性較好。

從自動氣象觀測系統(tǒng)中的各個組成部分進行分析，首先是作為終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備的傳感器節(jié)點，該設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有感應(yīng)元件，在其對應(yīng)的要素（如溫度、濕度、能見度等）發(fā)生變化時，元件輸出的電量也隨之改變，由此發(fā)出模擬或數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)采集器收集這些信號，并通過一系列的線性轉(zhuǎn)換和離散量化處理，得到對應(yīng)的外界要素變化幅值，完成了從采樣值到分析值的推導(dǎo)。在得到一系列的分析值后，再對數(shù)據(jù)進行篩選，去除異常波動量，并將其余的數(shù)據(jù)進行格式規(guī)范化操作，最后送至采集器內(nèi)的存儲模塊進行保管。

（二）無線通信系統(tǒng)

由于探測環(huán)境的需求，有相當(dāng)數(shù)量的自動氣象設(shè)備需要安裝搭建在原理觀測臺站的野外區(qū)域，且分布面積較廣，此時若采用有線連接方式，則會極大地增加線路鋪設(shè)的難度，同時也會帶來高昂的設(shè)備安裝成本，并對日后的系統(tǒng)運維工作造成額外的壓力，針對這一情況，更宜采用組裝簡單、成本低廉、維護方便的無線通信系統(tǒng)來承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。

就區(qū)域自動站而言，基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動觀測系統(tǒng)由傳感器、采集器、太陽能電源、無線通信模塊幾部分組成，與有線系統(tǒng)所不同的是，無線傳感器節(jié)點一般采用太陽能電池供電模式，并采用 3G 通信模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。該技術(shù)推向市場已有數(shù)年，經(jīng)過了大量的實踐檢驗，其技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性已有保證，且傳輸帶寬完全可滿足各類氣象數(shù)據(jù)的實時傳輸需求。3G 技術(shù)通過數(shù)字移動通訊網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換的功能實體，從而實現(xiàn)了以數(shù)據(jù)包的形式對待傳輸信息進行封裝與發(fā)送，避免了電路交換帶來的超長時延問題，顯著提高了信息傳輸?shù)膶崟r性，非常適合傳輸突發(fā)性的、間斷的和頻繁的數(shù)據(jù)信息。

目前 3G 技術(shù)支持的無線通信帶寬達(dá)到了 3.6Mbit/s 下行速度與384kbit/s 上行速度，用來傳輸各種氣象信息是完全可行的。從傳輸模式上看，目前 3G 移動通信業(yè)務(wù)采用了兩種主要的模式，即分別為點對點數(shù)據(jù)傳輸和一對多的數(shù)據(jù)傳輸，在氣象監(jiān)測領(lǐng)域，往往采用后者來組建無線通信網(wǎng)絡(luò)。如圖 2 所示，多個終端站點的應(yīng)用進程 APP 將氣象信息數(shù)據(jù)進行封裝，形成多源的數(shù)據(jù)終端單元 DTU，通過3G技術(shù)使用的三種通信標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000、WCDMA 和 TD-SCDMA 將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，并通過業(yè)務(wù)中心 DSC 中的分析進行對去進行處理。

結(jié)語

總之，保證設(shè)備與通訊網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性就是保證自動氣象站的工作質(zhì)量。相關(guān)工作人員應(yīng)制定出具有針對性的計劃對站內(nèi)設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)進行管理與維護,從而全面保障自動氣象站的氣象觀測工作,以便更好地服務(wù)于我國的氣象事業(yè)。