略论气象观测中数据通信的优越性

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1有线数据通信

业务台站中使用的常规自动站的数据通信方式，就是有线数据通信，该自动气象站主要是由传感器、采集器、主控计算机、电源、专用通信电缆等组成，在常规自动站中，涉及到的专用通信电缆是同轴电缆，其结构如图1所示，此电缆常用于近距的音频通信、远距的高频载波和数字通信及信号传输，主要采用SSB/FDM的调制方式，基于同轴的PCM（PulseCodeModulation-脉码调制录音）时分多路数字基带传输技术，具有通信容量大、传输稳定性高、保密性好、较少受到自然条件和外部干扰影响等优点。有线数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统，主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成。自动气象站的工作原理是自动站各要素传感器的感应元件在相应要素发生变化时，元件输出的电量产生变化，与此同时，也产生了模拟信号和数字信号，这些信号被处理器实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出的气象要素值按一定的格式储存在采集器中，采集器再将数据通过传输信道传送至台站内的主控计算机。自动气象站有线数据通信系统结构如图2所示。在各台站的主控计算机中，可以实时的监测到各气象要素值，并按规定的格式存储在计算机的硬盘上，在定时观测时刻，还将气象要素值存入规定格式的定时数据文件中。根据业务需要实现各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件，再通过互联网将气象实时资料传输给用户和终端数据服务中心。至此，数据完成了由采集、处理、转换、传输组成的一整套通信过程，如图3所示。

2无线通信系统

自动气象设备中，由于探测环境的限制，有些设备是需要搭建在远离观测台站的野外环境，例如，区域多要素自动站、自动土壤湿度仪，这种情况下，自动设备若使用有线通信系统，则会遇到线路成本高、铺设难度大等问题，所以只能利用无线通信系统来实现气象数据的传输。就区域自动站而言，是由传感器、采集器、太阳能电源、无线通信模块几部分组成，其用到的无线通信模块是基于GPRS/CDMA技术的通信模块，其技术的可靠性和稳定性已经是非常高的，且功能非常强大，完全能满足自动站进行气象数据远程无线通信的要求。GPRS（GeneralPacketRadioService-通用分组无线业务）是在现有GSM（全球移动通信系统）基础上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过在GSM数字移动通讯网络中引入分组交换的功能实体，以完成用分组方式进行的数据传输，GPRS系统可以看作是对原有的GSM电路交换系统的基础上进行的业务扩充，以支持移动用户利用分组数据移动终端接入Internet或其它分组数据网络的需求。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效能、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数量数据传输。GPRS无线通信系统常用的两种不同的应用方式有：（1）点对点数据传输；（2）中心点对多点数据传输，在自动站中，用到的是中心点对多点的数据传输方式，如图4所示（APP代表应用业务、DTU代表数据终端单元、SMS代表短消息业务、CSD代表电路交换数据、DSC代表数据业务中心）。自动站主要使用GPRS、SMS等通信方式与中心站进行数据传输，平时使用GPRS上传数据至中心站服务器，再由FTP（双向传输协议）从中心站服务器传至数据服务中心，通过网络让用户共享，如果GPRS网络出现暂时故障，系统自动切换至SMS短信方式，将数据传至中心站服务器，如果仍有上传失败的情况，还可通过有线传输的方式上传至中心站服务器。

3结束语

通过对有线数据传输和无线数据传输两种方式的分析和讨论，可知，设备应根据不同的情况，使用不同的数据通信方式，有线数据通信具有数据传输稳定、抗干扰能力强的优点，其缺点是铺设难度大、扩展性较差、维护困难，所以适合于短距离、有人值守的自动站设备；无线数据通信具有成本低廉、可扩充性强、传输能力强的优点，其缺点是受网络条件的制约、抗外界干扰能力较弱，所以适合于长距离、野外的、全天候无人值守的自动站设备。两种数据通信方式在自动观测中配合使用，对于提高数据的传输应用率、保证自动观测系统的观测质量及提升气象服务水平，都有着重要的意义。

本文作者：张朝明、李荣民、军、金拴根、李延辉、王锴 单位：山西省大气探测技术保障中心