物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)氣象站深度融合方法研究

黃飛龍， 譚晗凌， 霍 亞

(廣東省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心，廣州 510699)

0 引言

全國(guó)自動(dòng)氣象站數(shù)量超過(guò)55 000個(gè)[1]，覆蓋了天氣和氣候關(guān)鍵區(qū)域、沿海和山地災(zāi)害多發(fā)區(qū)、水陸交通要道和人口密集區(qū)域，為臺(tái)風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)提供準(zhǔn)確可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為季風(fēng)、熱帶海洋和大城市群等氣候研究提供了連續(xù)穩(wěn)定的觀測(cè)數(shù)據(jù)，也為重大政治經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、公眾集體活動(dòng)和生產(chǎn)生活的氣象服務(wù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。隨著城市群的發(fā)展和氣象服務(wù)多樣性需求增加，充分利用城市群先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建智能泛在的氣象信息感知網(wǎng)是自動(dòng)氣象站的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)連接周邊用戶的智能終端，物聯(lián)化自動(dòng)氣象站可以讓用戶獲取身邊的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，形成 “觀測(cè)即服務(wù)”能力。地面氣象觀測(cè)技術(shù)發(fā)展必然與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能技術(shù)結(jié)合，并且同時(shí)滿足專業(yè)觀測(cè)與大眾服務(wù)要求[2]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)得到了普遍的應(yīng)用[3-6]，但與自動(dòng)氣象站的融合未得到深入的研究。文獻(xiàn)[7]通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，?shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互與網(wǎng)絡(luò)控制。文獻(xiàn)[8]在分布式自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)核查系統(tǒng)中應(yīng)用了無(wú)線遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，文獻(xiàn)[9]驗(yàn)證了無(wú)線接入的多要素智能傳感器設(shè)計(jì)的可行性。自動(dòng)氣象站只是部分利用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸，沒(méi)有以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)結(jié)合自身特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)觀測(cè)方法和服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變，沒(méi)有達(dá)到質(zhì)的飛躍，難以滿足智慧城市智能綜合觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)需求。本文以自動(dòng)氣象站信號(hào)特點(diǎn)、數(shù)據(jù)傳輸要求和智能服務(wù)要求為研究對(duì)象，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線技術(shù)，提出物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)氣象站深度融合方法，一方面促進(jìn)自動(dòng)氣象站觀測(cè)領(lǐng)域在信息化、智能化方面的發(fā)展，另一方面也為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同的領(lǐng)域深度的垂直應(yīng)用提供一個(gè)參考方法。

1 物聯(lián)需求研究

1.1 設(shè)備傳輸特點(diǎn)分析

傳統(tǒng)自動(dòng)氣象站各部件的連接方式和數(shù)據(jù)特點(diǎn)分析如下。如圖1所示，風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓、氣溫、濕度、能見(jiàn)度和蒸發(fā)等氣象要素傳感器通過(guò)幾米到幾十米不等的雙絞線把電壓或者電流信號(hào)直接與主機(jī)接線板相連[10]。由于連接距離較遠(yuǎn)而且野外運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，雙絞線的兩端都需要進(jìn)行抗干擾和防雷保護(hù)。信號(hào)傳輸特點(diǎn)是距離遠(yuǎn)、信號(hào)弱、易受干擾。采集器按照設(shè)定的頻率和采樣窗口長(zhǎng)度，對(duì)各種要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣：每個(gè)要素每分鐘約30個(gè)樣本(風(fēng)速需要240個(gè)樣本)[11]，采樣特點(diǎn)是時(shí)鐘精度要求高，時(shí)間一致性強(qiáng)。采集器對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制、異常判定和統(tǒng)計(jì)處理之后，每分鐘通過(guò)幾十米到一百米不等的雙絞線發(fā)送一份統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(約1 kb)到電腦，傳輸特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量少，但連續(xù)性和及時(shí)性要求高，再通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行本地應(yīng)用和遠(yuǎn)程共享。自動(dòng)氣象站是一個(gè)有線連接的整體，各個(gè)傳感器由采集器統(tǒng)一連接和管理，僅僅發(fā)揮了感應(yīng)的作用。

圖1 傳統(tǒng)連接架構(gòu)

1.2 物聯(lián)化目標(biāo)

自動(dòng)氣象站物聯(lián)化的目標(biāo)架構(gòu)如圖2所示。傳感器與采集器之間不再通過(guò)易受干擾的模擬信號(hào)連接，而是采用一種可靠的無(wú)線連接組網(wǎng)，發(fā)送實(shí)時(shí)短數(shù)據(jù)流，解決復(fù)雜環(huán)境下傳感器安裝布設(shè)的走線和干擾問(wèn)題，這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)要求具有低功耗、可多點(diǎn)相互連接、可便于節(jié)點(diǎn)管理且在幾十米范圍內(nèi)可快速傳輸。采集器和本地化應(yīng)用之間采用另一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸準(zhǔn)實(shí)時(shí)服務(wù)信息，這種網(wǎng)絡(luò)要求易于接入用戶現(xiàn)有的智能終端，能同時(shí)向多個(gè)用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，但實(shí)時(shí)性要求不高，允許一定的延遲，甚至允許重新加載。當(dāng)采集器將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)十公里乃至數(shù)百公里外的數(shù)據(jù)中心，需要借助遠(yuǎn)程傳輸公用網(wǎng)絡(luò)，為了提高遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的及時(shí)率和實(shí)現(xiàn)更多智能交互功能，要求該網(wǎng)絡(luò)具有低時(shí)延和高可靠的特點(diǎn)。

圖2 物聯(lián)化架構(gòu)

硬件方面，傳感器之間、傳感器與采集器之間相互獨(dú)立，互不干擾，提高了系統(tǒng)整體的可靠性，并且安裝和布線更為靈活；軟件方面，傳感器與傳感器之間可相互通信，相互校驗(yàn)測(cè)量準(zhǔn)確性，還可以把復(fù)雜的邊緣計(jì)算功能放在采集器上，提高自動(dòng)氣象站的智慧能力和多元服務(wù)的能力，提高遠(yuǎn)程中心與設(shè)備的交互能力。通過(guò)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，自動(dòng)氣象站能增強(qiáng)自身的場(chǎng)景適應(yīng)能力、觀測(cè)能力和應(yīng)用便利性，拓展了數(shù)據(jù)共享的渠道和空間，使得它自身不僅僅是一個(gè)傳統(tǒng)的、孤立的測(cè)量節(jié)點(diǎn)，而能夠利用無(wú)處不在的城市物聯(lián)網(wǎng)組成一個(gè)更大的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮更大的數(shù)據(jù)影響力。

通過(guò)自動(dòng)氣象站信號(hào)特點(diǎn)、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)服務(wù)需求的深入分析，對(duì)比常用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能特點(diǎn)[12-14]，研究結(jié)果顯示ZigBee技術(shù)適用于傳感器與采集器之間組成內(nèi)部實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)，WiFi技術(shù)適用于提供本地化的數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用服務(wù)，而5 G技術(shù)適用于定時(shí)數(shù)據(jù)或者實(shí)時(shí)交互命令的遠(yuǎn)程傳輸[15]，下面闡述具體的融合方法。

2 傳感器自組網(wǎng)

自組網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)智能化的重要特征[16]。為便于構(gòu)建智能泛在的觀測(cè)網(wǎng)，在城市復(fù)雜環(huán)境下安裝建設(shè)，融合ZigBee組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器之間、傳感器與采集器之間的智能化連接，建立傳感器探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提升自動(dòng)氣象站智能觀測(cè)范圍、密度、種類和時(shí)效等性能。

2.1 ZigBee模塊集成

ZigBee無(wú)線通信技術(shù)是基于蜜蜂相互間聯(lián)系的方式而研發(fā)生成的一項(xiàng)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[17]。相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，ZigBee無(wú)線通信技術(shù)表現(xiàn)出更為高效、便捷的特征。作為一項(xiàng)近距離、低成本、低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee無(wú)線通信技術(shù)關(guān)于組網(wǎng)、安全及應(yīng)用軟件方面的技術(shù)是基于IEEE批準(zhǔn)的802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

本設(shè)計(jì)選擇無(wú)線頻率為2.4 GHz的ZigBee模塊，3.3 V供電下平均工作電流不超過(guò)25 mA，傳輸距離達(dá)1 km。采集器和智能傳感器的MCU通過(guò)TTL電平的UART與模塊相連，并配置2個(gè)I/O端口分別控制模塊的自動(dòng)搜尋網(wǎng)絡(luò)功能和重啟功能，2個(gè)LED燈用于顯示ZigBee模塊通電狀態(tài)和傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)。

2.2 自組網(wǎng)觀測(cè)

由于城市建筑環(huán)境復(fù)雜和安裝空間有限，歸屬同一個(gè)自動(dòng)氣象站管理的傳感器很可能需要安裝在不同的建筑物上，彼此之間直線距離很短但是難以通過(guò)線纜連接。通過(guò)內(nèi)置的ZigBee模組，傳感器可以與采集器在1 km范圍內(nèi)實(shí)時(shí)通信，經(jīng)過(guò)自動(dòng)的站號(hào)分配、采集器節(jié)點(diǎn)管理和傳感器節(jié)點(diǎn)管理等程序處理，傳感器所采集到的氣象數(shù)據(jù)將被解析和讀取，與采集器自身采集的數(shù)據(jù)融合為一個(gè)整體，便于數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)和調(diào)用。因此附近的傳感器和采集器通過(guò)ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以自動(dòng)組成一個(gè)智能自動(dòng)氣象站，便于站點(diǎn)設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和數(shù)據(jù)比對(duì)等應(yīng)用。

根據(jù)ZigBee模塊通信架構(gòu)，采集器的ZigBee節(jié)點(diǎn)可配置為協(xié)調(diào)器模式或路由器模式。自組網(wǎng)流程如圖3所示，包括通信組網(wǎng)和站點(diǎn)組網(wǎng)兩部分。在采集器MCU發(fā)布搜尋已有網(wǎng)絡(luò)的指令之后，ZigBee模塊根據(jù)無(wú)線頻段和協(xié)議搜尋網(wǎng)絡(luò)，并在協(xié)調(diào)器分配節(jié)點(diǎn)號(hào)，即可與原有網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點(diǎn)通信，完成通信組網(wǎng)。通過(guò)用戶配置站點(diǎn)號(hào)和工作模式，采集器可設(shè)置為主設(shè)備或者從設(shè)備，從設(shè)備將測(cè)量到的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到主設(shè)備，主設(shè)備將所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，完成多種觀測(cè)要素?cái)?shù)據(jù)的同步計(jì)算、數(shù)據(jù)融合、整體存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程傳輸。

圖3 ZigBee組網(wǎng)流程

3 本地物聯(lián)服務(wù)

3.1 模塊集成

通過(guò)內(nèi)置的WiFi模組，采集器可采用AP方式提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的web服務(wù)，方便多個(gè)本地用戶同時(shí)查看數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能電視等對(duì)公眾展示的顯示屏上[18]，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)即時(shí)服務(wù)。具體方案如下：選擇支持802.11 b/g/n無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)且通過(guò)CE/FCC/ROHS標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的模塊，采用工業(yè)級(jí)高性能嵌入式結(jié)構(gòu)，運(yùn)行在AP模式的時(shí)候最多可容納24個(gè)智能終端同時(shí)連接，也可以同時(shí)容納24個(gè)TCP客戶端。利用模塊的AP工作模式，實(shí)現(xiàn)無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)接入的web頁(yè)面配置和自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)服務(wù)和設(shè)備控制管理。

硬件集成最小電路原理如圖4所示，左邊為氣象站主采集器MCU，右邊為WiFi模塊，兩者通過(guò)接收端和發(fā)送端交叉連接的UART端口進(jìn)行通信，將MCU復(fù)用I/O端口的PC8、PA15與模塊的Reload和Reset端口連接，實(shí)現(xiàn)MCU對(duì)模塊的參數(shù)復(fù)位和電氣復(fù)位功能，使用LED1、LED2燈連接模塊的Ready和Link端口，顯示模塊的工作狀態(tài)和聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。為滿足WiFi模塊發(fā)送時(shí)功耗需求，其電源輸入端配置100 μF以上的電容。

圖4 WiFi模塊連接圖

3.2 工作流程

當(dāng)智能終端連接上采集器的WiFi網(wǎng)絡(luò)，可在簡(jiǎn)潔的web配置界面使用無(wú)線組網(wǎng)AT命令和Socket命令對(duì)WiFi自身的參數(shù)進(jìn)行配置，包括操作模式、SSID、登錄密碼、加密模式、網(wǎng)絡(luò)IP、UART的波特率和數(shù)據(jù)位等。測(cè)量數(shù)據(jù)從采集器MCU通過(guò)UART實(shí)時(shí)傳輸?shù)絎iFi模塊之后，按每日一個(gè)文件存在WiFi緩存TF卡中，在智能終端打開(kāi)數(shù)據(jù)界面的時(shí)候即調(diào)用TF卡數(shù)據(jù)進(jìn)行表格顯示和趨勢(shì)繪圖。采用緩存的方式降低了WiFi多用戶同時(shí)連接并請(qǐng)求歷史數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的擁堵現(xiàn)象，提高了數(shù)據(jù)展示的用戶體驗(yàn)。采用HTML5框架開(kāi)發(fā)美觀和個(gè)性化的web服務(wù)界面，展示數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)信息。

3.3 WiFi交互設(shè)計(jì)

采集器MCU、WiFi模塊和智能終端三者之間采用異步的松耦合交互方式，在不影響采集器實(shí)時(shí)采集任務(wù)的同時(shí)滿足智能終端多用戶的交互需要。如圖5所示，采集器主動(dòng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包含每個(gè)氣象要素實(shí)時(shí)的觀測(cè)值以及采集器工作狀態(tài)值，在接收到WiFi參數(shù)命令之后，采集器MCU根據(jù)中斷處理程序馬上響應(yīng)，完成實(shí)時(shí)交互。而智能終端與WiFi模塊之間則采用多用戶輪詢的異步方式，請(qǐng)求數(shù)據(jù)和返回?cái)?shù)據(jù)并不需要很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，WiFi環(huán)節(jié)起到數(shù)據(jù)緩沖和管理用戶的作用。通過(guò)命令系統(tǒng)和格式化數(shù)據(jù)協(xié)議，智能終端可通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)對(duì)自動(dòng)氣象站進(jìn)行系列操作，所能查詢和設(shè)置的參數(shù)主要包括：臺(tái)站編號(hào)、時(shí)間日期、要素開(kāi)關(guān)、傳感器類型、傳感器靈敏度、采集器主動(dòng)傳輸?shù)念l率、通信端口使能和模擬端口配置等。

圖5 WiFi交互原理

4 遠(yuǎn)程智能控制

自動(dòng)氣象站作為一個(gè)專業(yè)的測(cè)量設(shè)備，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行控制[1]，提高數(shù)據(jù)的可靠性。傳感器或者采集器將模擬電壓、模擬電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣之后，首先要根據(jù)質(zhì)控規(guī)則和閾值參數(shù)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行初級(jí)的測(cè)量極值范圍檢查和采樣變化率檢查。檢查異常的采樣數(shù)據(jù)被標(biāo)記了之后，不參與下一步的計(jì)算。合格的采樣數(shù)據(jù)用于計(jì)算氣象瞬時(shí)值時(shí)，還需要根據(jù)質(zhì)控規(guī)則和閾值參數(shù)進(jìn)行二級(jí)質(zhì)控，包括氣候極值和氣象瞬時(shí)值的變化率檢查。檢查結(jié)果通過(guò)質(zhì)控碼和傳感器狀態(tài)碼的形式，在實(shí)時(shí)報(bào)文中與數(shù)據(jù)一起通過(guò)5 G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云端的數(shù)據(jù)中心以便提供數(shù)據(jù)共享和產(chǎn)品服務(wù)。自動(dòng)氣象站配置5 G-IoT通信模塊，可通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與云中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、遠(yuǎn)程管理和數(shù)據(jù)共享。

圖6 閉環(huán)質(zhì)控流程

由于自動(dòng)氣象站是長(zhǎng)期工作的野外設(shè)備，而數(shù)據(jù)質(zhì)量控制所需要的參數(shù)(采樣變化率、氣候極值和氣象瞬時(shí)值變化率)，與工作地點(diǎn)、季節(jié)和服務(wù)類型有關(guān)。由于設(shè)備安裝地理位置和地區(qū)氣候的不同，質(zhì)控參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。同一個(gè)設(shè)備在同一個(gè)地點(diǎn)的不同季節(jié)，氣候極值和變化速率也不同。如果設(shè)備使用地點(diǎn)沒(méi)有發(fā)生變化，但設(shè)備服務(wù)類型被修改，氣象要素的最大允許誤差也可能發(fā)生變化，因此相應(yīng)的質(zhì)量控制參數(shù)也應(yīng)該智能地變更。本設(shè)計(jì)中自動(dòng)氣象站通過(guò)5 G網(wǎng)絡(luò)持續(xù)從云中心搜索本地區(qū)、本季節(jié)的歷史極值和變化率質(zhì)控規(guī)則，并將參數(shù)保存在自身的質(zhì)控規(guī)則庫(kù)中，實(shí)時(shí)地改進(jìn)本設(shè)備的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。而本設(shè)備對(duì)某些極端天氣的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)質(zhì)控，在質(zhì)控碼提出可疑告警之后，云中心將會(huì)根據(jù)附近其他自動(dòng)氣象站或者天氣雷達(dá)等多源數(shù)據(jù)對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確認(rèn)無(wú)誤之后用于更新云中心歷史規(guī)則庫(kù)。通過(guò)5 G物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的上傳和歷史規(guī)則的下載，實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)數(shù)據(jù)閉環(huán)質(zhì)控的智能化，持續(xù)改進(jìn)自動(dòng)氣象站的觀測(cè)質(zhì)量。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證本設(shè)計(jì)方法，采用氣象業(yè)務(wù)在用的DZZ1-2型自動(dòng)氣象站[19]作為原型機(jī)進(jìn)行物聯(lián)化，關(guān)鍵部件如下：ARM芯片STM32F207，F(xiàn)LASH芯片K9LBG08，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7792，WiFi模組ESP32-S，ZigBee芯片CC2630，SL2-1型雨量傳感器，HMP155型溫濕度傳感器，XFY9-1型螺旋槳風(fēng)向風(fēng)速傳感器以及SETRA270型氣壓傳感器。

主采集器如圖7所示，前面板上的插座用于連接部分傳感器、12 VDC供電以及通信線纜，后面板上安裝ZigBee天線。通過(guò)ZigBee自組網(wǎng)，物聯(lián)化的風(fēng)傳感器和雨量傳感器可與主采集器組成一個(gè)局部探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)主采集器的5 G傳輸功能將分鐘數(shù)據(jù)集中發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器上。在空間距離為25 m的距離內(nèi)，智能傳感器上電10 s內(nèi)即可連接上采集器，滿足專業(yè)氣象觀測(cè)場(chǎng)范圍(25 m×25 m)站[20]內(nèi)的快速連接組網(wǎng)，在自動(dòng)路由狀態(tài)下，智能傳感器可以布設(shè)到更遠(yuǎn)的位置。

圖7 儀器實(shí)現(xiàn)

圖8 WiFi功能展示

自動(dòng)氣象站附近20 m范圍內(nèi)的的公眾可以使用手機(jī)、平板或者室內(nèi)智能電視機(jī)連接到氣象站W(wǎng)iFi的AP熱點(diǎn)，打開(kāi)瀏覽器比較流暢的查看實(shí)時(shí)的氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)查看某一個(gè)氣象要素一天的發(fā)展趨勢(shì)的時(shí)候，歷史數(shù)據(jù)從TF卡緩存直接調(diào)用，手機(jī)瀏覽器2 s內(nèi)繪制曲線，無(wú)卡頓的感覺(jué)，且不影響自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)正常工作。在用于社會(huì)化觀測(cè)的時(shí)候，自動(dòng)氣象站的WiFi也可以設(shè)置為STA模式連接到附近的公眾網(wǎng)絡(luò)，向云服務(wù)器發(fā)送觀測(cè)數(shù)據(jù)。

通過(guò)5 G公眾網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)5G基站、骨干網(wǎng)和虛擬專網(wǎng)等復(fù)雜的路由，也能在1 s之內(nèi)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，在不需要人工干預(yù)審核情況下，經(jīng)過(guò)云中心數(shù)據(jù)庫(kù)審核更新的質(zhì)控參數(shù)，確保在1 min之內(nèi)回傳到采集器，參與下一分鐘的數(shù)據(jù)質(zhì)控運(yùn)算。

6 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)氣象站是地面氣象觀測(cè)中建設(shè)規(guī)模最大的自動(dòng)化設(shè)備，但傳統(tǒng)的設(shè)備無(wú)法為復(fù)雜的大城市微氣候環(huán)境和智慧城市氣象服務(wù)提供高可用性的數(shù)據(jù)。本研究將ZigBee、WiFi和5 G等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動(dòng)氣象站深度融合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)觀測(cè)設(shè)備的更新?lián)Q代，既充分利用智慧城市的網(wǎng)絡(luò)資源增強(qiáng)了自動(dòng)氣象站在城市復(fù)雜環(huán)境的自適應(yīng)能力和擴(kuò)展能力，也通過(guò)閉環(huán)反饋方法提高了實(shí)時(shí)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。在綜合運(yùn)用多種無(wú)線傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備自身的特點(diǎn)和需求開(kāi)展智能控制和智慧服務(wù)，可以深度挖掘物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在氣象觀測(cè)智能化上的價(jià)值。由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的是無(wú)線傳輸?shù)墓_(kāi)頻段，在個(gè)別場(chǎng)合可能會(huì)由于用戶太多或者其他同類設(shè)備造成頻段擁塞和信號(hào)干擾，進(jìn)一步將研究無(wú)線通信頻段的自動(dòng)探測(cè)、自動(dòng)選擇方法，提高傳輸性能和用戶體驗(yàn)。