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1. 需求分析

        目前多數(shù)氣象局分為地、州、市級(jí)氣象局和數(shù)個(gè)氣象站(含地、州、市局、地方氣象站) ，原有的網(wǎng)絡(luò)省、地、縣主要通過X.25和PSTN組網(wǎng)，省中心帶寬為64Kbps，地縣帶寬為9.6Kbps。網(wǎng)絡(luò)主要用于傳輸氣象實(shí)時(shí)信息和辦公信息(內(nèi)部web、notes等) 同時(shí)國家局與全國的各級(jí)臺(tái)站組建了衛(wèi)星廣播網(wǎng)，用于衛(wèi)星數(shù)字廣播。

        原有氣象信息系統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較早，設(shè)備性能低、線路速度低、時(shí)延長，已很難滿足自動(dòng)站、沙塵暴、雷達(dá)等資料傳輸?shù)囊?，很難滿足進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨?；衛(wèi)星網(wǎng)覆蓋面小、速度低，且小站之間無法直接通信，限制了網(wǎng)絡(luò)功能。因此，構(gòu)建一個(gè)更完善、更快捷、更安全的氣象廣域網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)迫在眉睫。全省廣域網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)從規(guī)格、管理軟件、安全防護(hù)等方面進(jìn)行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴(kuò)展性，未來可以方便地進(jìn)行升級(jí)。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。

2. GPRS網(wǎng)絡(luò)簡介

        GPRS是目前解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線辦公提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，為推動(dòng)移動(dòng)辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費(fèi)用低、移動(dòng)辦公，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)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(yè)務(wù)，目前氣象中心與各采集點(diǎn)采用X.25和PSTN進(jìn)行交互傳輸，月租費(fèi)太高，用電話線傳送數(shù)據(jù)按時(shí)間計(jì)費(fèi)，帶來諸多不便，費(fèi)用也不便宜。

3.GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)

1、覆蓋范圍。

         構(gòu)建氣象信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于氣象信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全省范圍內(nèi)，部分氣象信息采集點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統(tǒng)擴(kuò)充的可能，必須具有良好的可擴(kuò)展性。由于目前GPRS已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū)，能夠滿足氣象信息采集傳輸系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求。 

2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。
      
       每個(gè)氣象信息采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)，目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求。

3、系統(tǒng)的傳輸容量大。

       氣象中心站要和每一個(gè)氣象信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于氣象信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

4、通信費(fèi)用低。
 
         采用傳統(tǒng)的有線方式建立氣象信息采集傳輸系統(tǒng)，必須租用專線或電話線進(jìn)行連接。由于氣象信息采集點(diǎn)必須與中心隨時(shí)保持連線狀態(tài)，而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小(在幾K至10K之間)，線路資源利用率很低，平均每一個(gè)氣象信息采集點(diǎn)每月的線路費(fèi)用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)的方式，資源利用率高，月通信費(fèi)用將在200元之內(nèi)。

5、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。
 
        與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

 
        基于GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是廈門四信通信科技有限公司和系統(tǒng)集成商合作開發(fā)的基于GPRS技術(shù)的氣象信息采集系統(tǒng)。它由氣象采集器、PLC邏輯控制 ，F(xiàn)2103 GPRS IP modem、數(shù)據(jù)中心（管理工作站，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，web發(fā)布服務(wù)器）組成。采集器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各種氣象參數(shù)（風(fēng)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(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器，服務(wù)器上的數(shù)據(jù)可以通過web和客戶端形式發(fā)布到各個(gè)省縣級(jí)氣象站。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，能快速生成統(tǒng)計(jì)分析,安全可靠等特點(diǎn)，極大地提高了氣象發(fā)布的實(shí)時(shí)性，穩(wěn)定性，高效性。

第二部分 項(xiàng)目分析

本系統(tǒng)由氣象采集器，自動(dòng)氣象站，F(xiàn)2103 GPRS IP modem(GPRS DTU)傳輸終端，氣象中心軟件組成。

2.1系統(tǒng)組成

        2.1.1 氣象采集器： 風(fēng)溫濕壓參數(shù)是氣象采集的四大基本要素， 一般采集溫度、濕度、輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等環(huán)境參數(shù)。

        2.1.2 監(jiān)測(cè)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(fēng)向風(fēng)速通道，1路雨量，8000條的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，RS232通訊接口，應(yīng)答式通訊協(xié)議。

        2.1.3 傳輸終端： 傳輸終端采用廈門四信的F2103，實(shí)時(shí)永久在線，內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧，透明傳輸，同時(shí)支持RS232和RS485，支持多種工作模式，支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。

        2.1.4 中心軟件系統(tǒng)：基于大型數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，通過GIS電子地圖直觀顯示各種參數(shù)。支持分級(jí)管理，設(shè)備監(jiān)視，通過B/S或C/S進(jìn)行信息發(fā)布。

2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)

        溫度傳感器、濕度傳感器、輻射傳感器、風(fēng)速感應(yīng)器、風(fēng)向感應(yīng)器、雨量測(cè)量計(jì)等設(shè)備把各指標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)儀，接著監(jiān)測(cè)儀進(jìn)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入。當(dāng)F2103通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，建立透明數(shù)據(jù)通道后，采集終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口，F(xiàn)2103就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)；同時(shí)服務(wù)器主機(jī)下發(fā)的命令通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示：

2.3系統(tǒng)功能

1） 終端設(shè)備的添加、編輯、刪除功能；終端設(shè)備可以隨時(shí)增加和減少。終端設(shè)備的增加和減少不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
2） 終端設(shè)備的管理通過GIS電子地圖，直觀顯示和查找，某區(qū)域可以任意放大和縮小，終端設(shè)備可以查詢、標(biāo)識(shí)、記錄等。
3） 設(shè)備的分級(jí)管理，市中心可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行管理，可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行信息發(fā)布，各個(gè)縣中心可以對(duì)本區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行管理，對(duì)本區(qū)域的信息進(jìn)行發(fā)布。
4） 信息的審查和記錄，市中心可以對(duì)所有設(shè)備的信息進(jìn)行查看和監(jiān)管，縣中心可以對(duì)本區(qū)域所有的設(shè)備信息進(jìn)行查看，本區(qū)域發(fā)送的所有信息同時(shí)反饋到市中心。
5） 簡單的信息發(fā)布功能；信息支持單發(fā)、群發(fā)、分組發(fā)。
6） 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控功能，管理中心可以查詢?cè)O(shè)備的工作情況，了解設(shè)備的運(yùn)行情況，能遠(yuǎn)程維護(hù)和升級(jí)設(shè)備。

第三部分 項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)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(shí)支持RS232/485接口，可通過RS232/485與終端通訊。本系統(tǒng)采用的是485的接口方式。

氣象監(jiān)測(cè)儀的面板如下，可以接各種設(shè)備：

F2103和采集器的接線線序如下：

3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式分析

1. APN專線接入

        中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP，客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)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(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。

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

        移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。

        中心采用APN專線接入的方式，在實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。

2. ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）

        中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。

3. 通過固定公網(wǎng)IP連接

        中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。雖然申請(qǐng)固定IP費(fèi)用比較貴，但其運(yùn)行可靠穩(wěn)定，組網(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸方式

        傳輸設(shè)備采用廈門四信的F2103，其功能齊全，性能穩(wěn)定，簡單易用，它是一款工業(yè)級(jí)別的無線傳輸終端，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種各樣的工業(yè)，金融場(chǎng)合。

        終端設(shè)備和傳輸設(shè)備連接好后，設(shè)置好各種通訊參數(shù)，工作模式后，在傳輸設(shè)備F2103中填入數(shù)據(jù)中心的地址和應(yīng)用程序的端口號(hào)。這樣當(dāng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳給傳輸設(shè)備F2103，F(xiàn)2103就會(huì)把數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)街行摹?/span>

        終端設(shè)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(shù)據(jù)），多種工作模式（TCP，UDP，telnet等），方便用戶組網(wǎng)和各種系統(tǒng)需求。心跳包機(jī)制，注冊(cè)包機(jī)制，數(shù)據(jù)幀可控，重連機(jī)制等多種機(jī)制不僅保證設(shè)備實(shí)時(shí)在線，而且穩(wěn)定可靠，同時(shí)方便客戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，來設(shè)置各種傳輸參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到最佳效果。

3.4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建

        基于GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是各種氣象采集中的一部分，這些數(shù)據(jù)可以采集會(huì)公司的氣象數(shù)據(jù)管理站進(jìn)行處理，然后和各種氣象服務(wù)一起通過電視，手機(jī)，短信，web等發(fā)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(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。

目前四信提供三種方式的中心接口：

        首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了四信通信的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；其次對(duì)于原本是讀串口的程序，為了兼容原來的系統(tǒng)而不做開發(fā)工作，我們提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對(duì)于想開發(fā)自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫及四信公司的測(cè)試版數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^動(dòng)態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。

如下分別是手機(jī)平臺(tái)，處理中心平臺(tái)，和web發(fā)布平臺(tái)軟件的節(jié)目：

        在系統(tǒng)安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)對(duì)用戶實(shí)現(xiàn)分級(jí)授權(quán)管理和提供防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能外，對(duì)網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)監(jiān)控中心還提供了安全技術(shù)解決方案，以確保數(shù)據(jù)安全可靠。

第四部分 設(shè)備的特點(diǎn)和參數(shù)

1.采集，傳感器，檢測(cè)儀

自動(dòng)氣象站，生態(tài)環(huán)境測(cè)試，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等無人值守的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(fēng)速通道：1路（配EC—9S）；
4．風(fēng)向通道：1路（配EC—9X）；
5．雨量：開關(guān)量1路；
6．工作電壓： 交流220V, DC：12V 內(nèi)配充電電池
7．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)容量：8000條；
8．工作溫度：－20℃～50℃；
9.存儲(chǔ)內(nèi)容：各路數(shù)據(jù)瞬時(shí)值,存儲(chǔ)時(shí)間,可以人工設(shè)定；
10.顯示分辨率：10uV，內(nèi)部電路分辨率1/65536（16位AD）；
11.微機(jī)通訊接口：RS232；12.微機(jī)軟件通訊協(xié)議：應(yīng)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。

它具有豐富的軟件功能：

1. 智能防掉線，支持在線檢測(cè)，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)?，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。
2. 支持RSA，RC4加密算法
3. 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN）
4. 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種工作模式
5. 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名和IP地址訪問
6. 支持雙數(shù)據(jù)中心備份
7. 支持多數(shù)據(jù)中心
8. 支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時(shí)斷開網(wǎng)絡(luò)連接。
9. 支持短消息備份及告警。
10. 多重軟硬件看門狗
11. 數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報(bào)告。
12. 標(biāo)準(zhǔn)的AT命令界面
13. 可以用做普通撥號(hào)MODEM
14. 支持telnet功能。
15. 支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程控制
16. 通過串口軟件升級(jí)
17. 同時(shí)支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)

第五部分 總結(jié)

        采用GPRS構(gòu)建氣象信息采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足氣象信息采集的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的移動(dòng)通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動(dòng)通信公司的營收也隨之增加，調(diào)動(dòng)了運(yùn)營商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。

        基于GPRS氣象信息采集系統(tǒng)是采用廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線，永遠(yuǎn)在線，穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在成熟的GPRS網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其通信費(fèi)用較低，接入設(shè)備可以移動(dòng)等特點(diǎn)使得氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀竞图夹g(shù)服務(wù)成本大為降低。而且廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，組網(wǎng)靈活，安全可靠，實(shí)時(shí)在線的特點(diǎn)很適合運(yùn)用在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合如氣象采集行業(yè)。