北斗衛(wèi)星通信在省級(jí)氣象數(shù)據(jù)收集中的應(yīng)用

張繼光， 羅林艷， 高爐東

(1.湖南省氣象信息中心，湖南長(zhǎng)沙 410118；2.湖南省氣象局，湖南長(zhǎng)沙 410118)

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北斗衛(wèi)星通信在省級(jí)氣象數(shù)據(jù)收集中的應(yīng)用

張繼光1， 羅林艷1， 高爐東2

(1.湖南省氣象信息中心，湖南長(zhǎng)沙 410118；2.湖南省氣象局，湖南長(zhǎng)沙 410118)

簡(jiǎn)要介紹了北斗信息保障傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)和工作原理，詳細(xì)說(shuō)明了省級(jí)北斗收集平臺(tái)的部署及北斗傳輸終端的安裝過(guò)程，為北斗衛(wèi)星通信在省級(jí)氣象數(shù)據(jù)收集中的應(yīng)用提供了示例。北斗信息保障傳輸系統(tǒng)在湖南運(yùn)行正常，利用北斗衛(wèi)星的雙向短報(bào)文通信功能實(shí)現(xiàn)了山洪監(jiān)測(cè)自動(dòng)氣象站全天候傳輸數(shù)據(jù)，解決了湖南部分偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定問(wèn)題。

北斗衛(wèi)星；氣象數(shù)據(jù)；傳輸；應(yīng)用

我國(guó)是世界上自然災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家之一,隨著氣候變化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，氣象災(zāi)害造成的損失日益明顯。湖南省大規(guī)模建設(shè)區(qū)域自動(dòng)氣象站，監(jiān)測(cè)雨量、氣溫等氣象要素，為氣象預(yù)報(bào)與預(yù)警提供依據(jù)。特別是在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)，因山洪引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害極易造成人員傷亡，需布設(shè)山洪監(jiān)測(cè)自動(dòng)氣象站(以下簡(jiǎn)稱山洪自動(dòng)站)。然而，偏遠(yuǎn)山區(qū)往往是GPRS/CDMA 通信信號(hào)的盲區(qū)，一些地方雖有GPRS/CDMA 通信信號(hào)，其信號(hào)也容易受到天氣等因素的影響，出現(xiàn)通信時(shí)斷時(shí)續(xù)的現(xiàn)象。北斗衛(wèi)星通信以其在雙向短報(bào)文通信中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可為山洪自動(dòng)站全天候傳輸數(shù)據(jù)提供保障，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題[1]。筆者在此簡(jiǎn)要介紹了北斗信息保障傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)和工作原理，詳細(xì)說(shuō)明了省級(jí)北斗收集平臺(tái)的部署及北斗傳輸終端的安裝過(guò)程和方法。

1 “北斗”系統(tǒng)的功能

“北斗”系統(tǒng)是我國(guó)自行研制，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由空間衛(wèi)星、地面中心站和用戶終端三部分組成，具有雙向通信、快速定位和精密授時(shí)三大功能[2]。覆蓋范圍包括了中國(guó)全境及亞洲大部分地區(qū)，具體為5°～55°N、70°～145°E。該系統(tǒng)具有定位精度高、可全天候使用、通信快捷[3]等特點(diǎn)。

1.1 數(shù)據(jù)通信“北斗”系統(tǒng)具有短報(bào)文收發(fā)功能，用戶可通過(guò)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)報(bào)文通信。每次通信數(shù)據(jù)數(shù)量為98 個(gè)ASCII 碼，服務(wù)頻度為1 min。北斗衛(wèi)星通信不受地形條件和環(huán)境氣候的影響。該功能可用于解決人口稀少的農(nóng)村、牧區(qū)、邊遠(yuǎn)山區(qū)、海域以及現(xiàn)有有線、無(wú)線通信網(wǎng)所不能覆蓋的地區(qū)短報(bào)文通信，以及災(zāi)難事故時(shí)的應(yīng)急通訊。

1.2 快速定位“北斗”系統(tǒng)能夠提供全天候、高精度、大范圍快速定位功能。其定位數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，采用差分定位技術(shù)，定位精度達(dá)10 m以內(nèi)。這些功能可用于人、交通工具及設(shè)備的精確定位和導(dǎo)航，可用于資源勘察、大地測(cè)量以及災(zāi)害預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)等方面。

1.3 精密授時(shí)“北斗”系統(tǒng)可提供單向無(wú)源100 ns、雙向有源20 ns的授時(shí)精度，可實(shí)現(xiàn)全天候、高精度、大范圍、高可靠的UTC 時(shí)間播發(fā)。

2 北斗信息保障傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)

通過(guò)山洪地質(zhì)災(zāi)害防治氣象保障工程2011年(一期)信息保障傳輸系統(tǒng)項(xiàng)目，湖南已建設(shè)1套省級(jí)北斗收集平臺(tái)和10套北斗傳輸終端，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短報(bào)文通信功能，建立一套覆蓋多個(gè)地市的北斗信息保障傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)站和省級(jí)數(shù)據(jù)中心之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。北斗信息保障傳輸系統(tǒng)主要應(yīng)用于地面常規(guī)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋或常規(guī)通信鏈路易受自然災(zāi)害破壞的山洪地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)區(qū)域，通過(guò)北斗衛(wèi)星搭建山洪自動(dòng)站數(shù)據(jù)傳輸通道，為偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象數(shù)據(jù)的收集提供通信保障。北斗信息保障傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 省級(jí)北斗收集平臺(tái)的部署

省級(jí)北斗收集平臺(tái)的部署包括平臺(tái)軟件部署和北斗指揮機(jī)安裝。北斗指揮機(jī)作為北斗終端與省級(jí)平臺(tái)間的通信樞紐，將收到的北斗終端上傳的自動(dòng)站數(shù)據(jù)傳輸給省級(jí)北斗收集平臺(tái)，將省級(jí)北斗收集平臺(tái)的控制指令傳輸給北斗終端和山洪自動(dòng)站；省級(jí)北斗收集平臺(tái)將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理和保存。

3.1 北斗收集平臺(tái)軟件部署省級(jí)利用一臺(tái)曙光服務(wù)器(4核CPU，主頻2.4 GHz，內(nèi)存16 G，硬盤(pán)300 G)，安裝SUSE linux 11 Server 64bit版本的操作系統(tǒng)。在服務(wù)器上安裝javaSE6.0、tomcat6、mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，配置本地串口動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，同時(shí)設(shè)置mysql與tomcat 6為自啟動(dòng)，其中mysql數(shù)據(jù)庫(kù)中保存了接收到的山洪自動(dòng)站數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的相關(guān)配置信息。北斗信息保障傳輸系統(tǒng)可視化操作平臺(tái)包括用戶管理、小站管理、監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)、日志管理、系統(tǒng)設(shè)置和北斗監(jiān)控功能。安裝了北斗終端的山洪自動(dòng)站需要在小站管理中添加該站的信息，包括小站名稱、區(qū)站號(hào)、類別、北斗終端卡號(hào)、通播地址、經(jīng)緯度、廠商、型號(hào)等，同時(shí)選擇生成Z文件的類型，小站名稱、區(qū)站號(hào)、北斗終端卡號(hào)、通播地址均不能重復(fù)。省級(jí)北斗收集平臺(tái)軟件安裝完成后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)山洪自動(dòng)站和北斗終端的控制、觀測(cè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息的收集以及系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，具備使用北斗衛(wèi)星傳輸觀測(cè)數(shù)據(jù)、生成Z文件、直觀展示觀測(cè)數(shù)據(jù)的功能。

3.2 北斗指揮機(jī)的安裝在省級(jí)需安裝北斗指揮機(jī)，北斗指揮機(jī)分為主機(jī)和天線兩部分，主機(jī)和天線之間使用射頻線連接，北斗指揮機(jī)主機(jī)與軟件平臺(tái)服務(wù)器通過(guò)串口線連接。北斗指揮機(jī)天線放置于辦公樓樓頂，天線安裝前需準(zhǔn)備好支架和固定支架的水泥墩，水泥墩采用浮放方式，可根據(jù)天線的信號(hào)情況進(jìn)行位置調(diào)整。每臺(tái)北斗指揮機(jī)有唯一的卡號(hào)，用于通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸。

4 北斗傳輸終端的安裝

北斗傳輸終端的安裝包括北斗終端、太陽(yáng)能電池板、蓄電池及配套支架的安裝。太陽(yáng)能電池板和蓄電池負(fù)責(zé)為北斗傳輸終端供電，北斗終端通過(guò)串口線連接山洪自動(dòng)站采集器，并將山洪自動(dòng)站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至省級(jí)北斗指揮機(jī)。北斗傳輸終端安裝前，需準(zhǔn)備好北斗終端設(shè)備的支架等配套設(shè)施、固定支架的水泥墩底座或其他固定物。北斗終端有一個(gè)唯一的卡號(hào)，用于通信協(xié)議。以株洲市茶陵縣舲舫鄉(xiāng)中洲村站為例，自動(dòng)站型號(hào)為天津天儀DWSZ-B。此次建設(shè)能與北斗終端匹配的自動(dòng)站型號(hào)包括中國(guó)華云HY-321、天津天儀DWSZ-B、江蘇無(wú)錫WUSH-RG、長(zhǎng)春DYYZ-II等。在北斗傳輸終端的布局上，選取了站址偏遠(yuǎn)、移動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)定的山洪自動(dòng)站。北斗傳輸終端能夠接收來(lái)自省級(jí)收集平臺(tái)發(fā)送的指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)山洪自動(dòng)站的管理、控制和查詢。

5 北斗方式氣象數(shù)據(jù)傳輸流程

建立北斗信息保障傳輸系統(tǒng)后，湖南省部分山洪自動(dòng)站已通過(guò)北斗衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸流程如圖2所示。山洪自動(dòng)站數(shù)據(jù)通過(guò)北斗衛(wèi)星從臺(tái)站傳輸至省級(jí)后，為了與其他數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)對(duì)接，對(duì)數(shù)據(jù)從省級(jí)北斗收集平臺(tái)到本省新一代通信系統(tǒng)進(jìn)行了FTP設(shè)置。進(jìn)入新一代通信系統(tǒng)后，再利用氣象寬帶網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至國(guó)家氣象信息中心。同時(shí)，考慮到湖南省的數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用，通過(guò)FTP設(shè)置將數(shù)據(jù)從北斗收集平臺(tái)推送至湖南省數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，供各業(yè)務(wù)單位和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。從系統(tǒng)建成以來(lái)的情況看，湖南省北斗信息保障傳輸系統(tǒng)運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)完整接收率為100%，能夠保障偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸。

6 小結(jié)

該研究簡(jiǎn)要介紹了北斗信息保障傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)和工作原理，詳細(xì)說(shuō)明了省級(jí)北斗收集平臺(tái)的部署及北斗傳輸終端的安裝過(guò)程和方法，為北斗衛(wèi)星通信在省級(jí)氣象數(shù)據(jù)收集中的應(yīng)用提供了示例。北斗信息保障傳輸系統(tǒng)在湖南運(yùn)行正常，利用北斗衛(wèi)星的雙向短報(bào)文通信功能，實(shí)現(xiàn)了山洪監(jiān)測(cè)自動(dòng)氣象站通過(guò)北斗衛(wèi)星鏈路全天候傳輸數(shù)據(jù)，解決了湖南部分偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的問(wèn)題。通過(guò)北斗衛(wèi)星傳輸氣象數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可為省級(jí)收集偏遠(yuǎn)地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)提供支撐保障。

[1] 汪波,劉麗彬.“北斗一號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”在氣象自動(dòng)站中的應(yīng)用[J].海峽科學(xué),2010(7)：53-54.

[2] 成方林,馮林強(qiáng),張翼飛.“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋水文、氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].海洋技術(shù)，2004，23(3)：70-73.

[3] 北京星地恒通信息科技有限公司.基于“北斗一號(hào)”衛(wèi)星系統(tǒng)的山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警解決方案及應(yīng)用案例”[J].中國(guó)防汛抗旱,2011,21(5)：84-85.

張繼光(1972- ),男，湖南宜章人，工程師，從事氣象通信業(yè)務(wù)管理工作。

2015-03-09

S 163

A

0517-6611(2015)11-186-02