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氣象監(jiān)測范文第1篇

關(guān)鍵詞：氣象監(jiān)測；ARM；4G通信；數(shù)據(jù)管理平臺

隨著人們生活水平的提高，氣象環(huán)境參數(shù)的關(guān)注度越來越高，人們對于環(huán)境監(jiān)測工作的需求也越來越多。發(fā)達國家在很久之前就已經(jīng)建立了其環(huán)境監(jiān)測設(shè)備體系，使用環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)二十四小時無間斷地采集氣象數(shù)據(jù)，觀察環(huán)境變化，進行環(huán)境治理措施［1］。我國在此方面的研究與實施的手段在近幾年也是層出不窮，比如墨跡天氣推出的“空氣果”，還有海爾的“空氣盒子”［2］，均使用Wi-Fi與手機互聯(lián)，但在技術(shù)層面上屬于近距離通信，并且價格昂貴，較難實現(xiàn)高可靠性、遠程通信與低成本相統(tǒng)一的便捷化系統(tǒng)?；诖耍疚囊許TM32系列嵌入式控制器、4G通信模塊以及氣象傳感器為基礎(chǔ)，設(shè)計并實現(xiàn)出一種通信距離遠、可靠性高、可拓展性強、成本低并且適用于多種實際應(yīng)用場景的氣象監(jiān)測系統(tǒng)。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

本文設(shè)計的目的在于監(jiān)測環(huán)境中的各項參數(shù)指標，遠程、實時地反饋給用戶管理平臺，幫助用戶及時獲取數(shù)據(jù)，分析上傳數(shù)據(jù)的動態(tài)，從而采取相應(yīng)的措施。該系統(tǒng)分為三個部分：第一部分是各類傳感器，如溫濕度傳感器、大氣壓傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等；第二部分是主控板，包括嵌入式單片機（STM32）、無線通信模塊、電源以及RS485接口等各類功能模塊；第三部分是遠端的數(shù)據(jù)中心管理平臺。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示：該系統(tǒng)主要完成以下功能：1）數(shù)據(jù)采集：通過RS485接口采用Modbus協(xié)議向傳感器發(fā)送請求數(shù)據(jù)，傳感器收到請求數(shù)據(jù)便進行環(huán)境參數(shù)的采集，接著向控制器發(fā)送所采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果；2）數(shù)據(jù)處理并上傳：控制器對采集數(shù)據(jù)進行處理，按照設(shè)計的一套通信協(xié)議將數(shù)據(jù)封裝成幀，并對其中的采集數(shù)據(jù)字段采用AES-128-ECB對稱加密算法進行加密，最后通過EC20模塊進行4G無線網(wǎng)絡(luò)的通信將數(shù)據(jù)包上傳至服務(wù)器；3）服務(wù)器收到數(shù)據(jù)包后進行協(xié)議解析，包括幀格式檢查、解密、數(shù)據(jù)校驗等一系列處理，最終將氣象數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，方便用戶的分析與管理。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1主控制器模塊

主控制器采用STMicroelectronics公司推出的STM32F407嵌入式單片機。該處理器擁有Coretx-M4內(nèi)核，主頻可達168MHz，具有1MBFlash和192kBRAM，也支持DSP功能，它還集成了UART、RS485接口、定時器Timer等眾多外設(shè)，可拓展性強、功耗小、性價比高［3］，配合4G模塊可以實現(xiàn)多種功能，適合在本項目中使用。

2.2傳感器模塊

氣象傳感器的選取需要考慮到其采集精度和實時性等，能夠在低成本的情況下保證滿足本項目對精度和響應(yīng)時間要求。由威海精訊暢通電子科技提供的溫濕度傳感器JXBS-3001-TH普遍適用于溫濕度監(jiān)測場合，傳感器內(nèi)輸入電源、感應(yīng)探頭、信號輸出三部分完全隔離，安全便捷。它采用了高靈敏數(shù)字探頭，具有高精度、信號穩(wěn)定、測量范圍寬、便于安裝、傳輸距離遠等特點［4］。對于溫度測量，在-40~60℃范圍內(nèi)最大偏差不超過0.5℃；對于濕度測量，在20%~80%RH范圍內(nèi)最大偏差不超過3%，并且在12V供電的情況下的功率不超過0.15W［5］。選用JXBS-3001-QY作為大氣壓傳感器，它可以精確地測量大氣壓值，適用于各種環(huán)境下的氣壓測量，其誤差范圍在常溫下不超過0.15kPa，功率在12V供電下同樣不超過0.15W［6］。將JXBS-3001-FS和JXBS-3001-FX分別作為風(fēng)速、風(fēng)向傳感器。其中風(fēng)速傳感器的誤差值為1m/s，耗電量小于1W；風(fēng)向傳感器的誤差不超過3°，并且功率同樣小于1W［7］。

2.3RS485接口與Modbus協(xié)議

以上所選傳感器均可通過RS485接口與主控制器相連，并使用Modbus協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。RS485接口是儀器儀表和自動化行業(yè)內(nèi)常用的通信接口標準之一，采用異步半雙工通信模式，傳輸方式為差分方式，傳輸介質(zhì)為雙絞線，通常最遠的通信距離可達1200m［8］。Modbus是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的一種串行通信協(xié)議。該協(xié)議使用主從技術(shù)，即僅一臺設(shè)備（主機）能主動發(fā)起傳輸或查詢，其它設(shè)備（從機）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出響應(yīng)。在本系統(tǒng)中，STM32控制器即主機，各類傳感器為從機。

2.4無線通信模塊

通信模塊的選取既要考慮到通信的距離又要保證傳輸?shù)膶崟r性，即要保證高效快捷、可靠地傳輸?shù)竭h程服務(wù)器。由于4G無線通信的最大數(shù)據(jù)傳輸速率超過100Mbit/s，并且全國范圍內(nèi)4G基站可以實現(xiàn)大范圍覆蓋，因此該通信方式在通信距離和傳輸速率上可以得到很好的滿足［9］。QuectelEC20是由上海移遠科技推出的無線通信模塊［10］，它內(nèi)置了TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，并且可以實現(xiàn)全網(wǎng)通功能，即對于移動、電信、聯(lián)通的2G、3G、4G卡都可以很好兼容。不僅如此，該模塊還能夠向下兼容之前的EDGE和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，讓那些缺乏3G、4G網(wǎng)絡(luò)的偏遠地區(qū)的用戶也能正常使用。EC20模塊采用標準的MiniPCIe封裝，同時支持LTE，UMTS和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，最大上行速率為50Mbps，最大下行速率為100Mbps。可以通過AT指令實現(xiàn)4G通信的各種功能。此外，該模塊需要配合SIM卡才能實現(xiàn)4G遠程通信，本文選用了中國移動推出的物理網(wǎng)卡，具有價格低廉的優(yōu)勢，滿足了本系統(tǒng)低成本的需求。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1STM32控制器軟件

開發(fā)軟件為KeilμVision5，編寫程序時可以在該平臺上對程序進行調(diào)試，最終將代碼以十六進制文件的形式下載到芯片中，來控制芯片對于程序指令的實現(xiàn)，從而控制其它模塊的工作［11］?？刂破鬈浖闹饕康氖牵孩倥c溫濕度、大氣壓、風(fēng)速風(fēng)向等傳感器進行通信，完成數(shù)據(jù)采集工作；②對采集數(shù)據(jù)進行處理，以統(tǒng)一的協(xié)議格式對采集結(jié)果進行封裝，通過4G無線通信模塊上傳至遠程云平臺。整體控制器軟件流程圖如圖2所示。首先進行系統(tǒng)各個模塊的初始化，再由控制器向數(shù)據(jù)中心發(fā)送握手數(shù)據(jù)包，該包由控制器每隔一定時間發(fā)給送數(shù)據(jù)中心一次（默認為15分鐘），用于向數(shù)據(jù)中心同步下位機IP及狀態(tài)信息。緊接著進入數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)上傳的循環(huán)程序中，用STM32自帶的定時器時鐘來進行周期性計時。當?shù)竭_采集時間時，控制器會向傳感器發(fā)送采集指令，通過RS485接口采用Modbus協(xié)議進行通信。傳感器執(zhí)行完采集工作后以同樣的方式將采集結(jié)果返回給控制器，此時若未達到數(shù)據(jù)包上傳時間則循環(huán)至采集判斷步驟；反之，則開始數(shù)據(jù)包的上傳。在進行數(shù)據(jù)上傳之前，需要對采集數(shù)據(jù)按一定的協(xié)議打包至規(guī)定的幀格式內(nèi)，采用字節(jié)為單位對數(shù)據(jù)進行封裝。為了提高傳輸可靠性，在數(shù)據(jù)包頭尾位置設(shè)置了長度域與校驗域，以便服務(wù)端進行包長度校驗和CRC校驗；為了提高數(shù)據(jù)可拓展性，將氣象采集數(shù)據(jù)封裝進包格式中數(shù)據(jù)域，并使節(jié)點數(shù)據(jù)長度可變。此外，還設(shè)置了采集設(shè)備基本信息，如采集項目類型放置在類型域，為了讓數(shù)據(jù)中心獲得該數(shù)據(jù)包的參數(shù)類型；將軟件版本號放置在數(shù)據(jù)域末端，以便數(shù)據(jù)中心得知最新的軟件版本。圖3中的數(shù)據(jù)域存放了采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，并且可以選擇是否采用對該部分進行加密。采用的加密算法是AES-128-ECB對稱加密算法，對于不滿16的倍數(shù)的部分用PKCS7Padding方式進行填充。密鑰共16個字節(jié)，每個環(huán)境采集下位機保存自己的密鑰，數(shù)據(jù)處理中心保存所管理的環(huán)境采集節(jié)點密鑰。在對數(shù)據(jù)包進行上傳時，分為兩個步驟：首先發(fā)送包含目的IP地址和端口號的AT指令，來建立下位機與服務(wù)器之間的Socket連接；當連接建立成功時，即可調(diào)用發(fā)送函數(shù)上傳數(shù)據(jù)包，若Socket連接失敗，會嘗試重新連接固定次數(shù)。為了滿足系統(tǒng)低功耗的需求，在程序運行過程中，模塊僅僅在進行采集和上傳步驟時會開啟，其余時間均保持低功耗休眠狀態(tài)。

3.2數(shù)據(jù)中心管理平臺

對于服務(wù)端軟件程序的開發(fā)，首先選用了市場上比較熱門的阿里云平臺，它的內(nèi)部提供了眾多的靈活配置，方便項目開發(fā)。圖4顯示了數(shù)據(jù)管理平臺對于采集數(shù)據(jù)包的接收處理過程。數(shù)據(jù)中心管理平臺在正常情況下處于對某端口進行監(jiān)聽狀態(tài)，當收到下位機所上傳的數(shù)據(jù)包時，首先對數(shù)據(jù)包進行長度校驗，驗證整個數(shù)據(jù)包長度是否與數(shù)據(jù)包長度域數(shù)值相等，若相等，則進行下一步幀校驗，否則，直接返回錯誤碼并舍棄該數(shù)據(jù)包。幀的校驗碼長為16bit，使用CRC-16校驗生成算法產(chǎn)生，當校驗錯誤時，仍然返回錯誤碼，放棄數(shù)據(jù)包，當校驗正確后，為了讓下位機知曉數(shù)據(jù)中心以及收到正確的數(shù)據(jù)包，則需向下位機發(fā)送正確返回包。對于數(shù)據(jù)域的解密同樣采用AES-128-ECB算法，使用的密鑰是與下位機對應(yīng)的唯一密鑰。最終解密完成后，將采集結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫SQLite中，并對其進行可視化處理，以便管理人員直觀地觀測到采集結(jié)果并采取應(yīng)對措施。與此同時，數(shù)據(jù)中心管理平臺也可以向下位機采集節(jié)點發(fā)送管理包，其中包含了數(shù)據(jù)包上傳的周期以及采集點數(shù)，這樣可以調(diào)控采集節(jié)點的采集與上傳的頻率。

4系統(tǒng)測試與分析

為了驗證所設(shè)計的氣象監(jiān)測系統(tǒng)功能是否穩(wěn)定、性能是否良好，針對實際情況進行了室外實物搭建。在服務(wù)器端，數(shù)據(jù)中心管理平臺對某一特定的端口號時刻保持監(jiān)聽狀態(tài)，并且能夠?qū)崟r收到上傳數(shù)據(jù)并解析顯示在窗口上。在數(shù)據(jù)庫中實時存儲并顯示了采集氣象數(shù)據(jù)的結(jié)果，如圖5所示：圖5采集結(jié)果數(shù)據(jù)庫查詢可以看到各項采集指標在數(shù)據(jù)庫中各個字段一一對應(yīng)并顯示了出來，并且測試上傳了5000次采集包，所有采集包均上傳成功，達到了系統(tǒng)運行的可靠性要求。

5結(jié)束語

氣象監(jiān)測范文第2篇

【關(guān)鍵詞】電子科技氣象 監(jiān)測

1 氣象災(zāi)害對我國生產(chǎn)生活的影響

我國自古就是一個人口眾多的大國，在歷史的長河中人民受到的自然災(zāi)害數(shù)不勝數(shù)，直到現(xiàn)在有時人們依舊受到人類不可控的自然現(xiàn)象的影響，例如，中國的汶川地震、印尼的火山爆發(fā)、2006年的超級臺風(fēng)“珍珠”橫行，這些給人類的生產(chǎn)生活造成巨大的影響，對于人類不可控的自然災(zāi)害，人類需要提前監(jiān)測，進行科學(xué)的管理與規(guī)避，使人類減少或免受自然災(zāi)害的侵害。

傳統(tǒng)的氣象監(jiān)測系統(tǒng)性能較低，傳輸?shù)乃俣容^慢，且信息傳輸有延時，因此在自然現(xiàn)象發(fā)生前不能及時檢測到信息，人類無法規(guī)避氣象災(zāi)害帶來的風(fēng)險，造成對人類生產(chǎn)生活巨大的威脅。對自然現(xiàn)象的監(jiān)測，應(yīng)該使用科學(xué)的監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)代氣象監(jiān)測大量運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過監(jiān)測格點分區(qū)域監(jiān)測氣象環(huán)境，在互聯(lián)網(wǎng)提速背景下監(jiān)測信息得以快速傳輸，有效的規(guī)避了氣象災(zāi)害不能及時傳輸帶來的風(fēng)險。

2 電子科技在氣象監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 利用電子標簽對氣象信息進行識別

為了規(guī)范監(jiān)督氣象信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計的系統(tǒng)，在氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)中加入監(jiān)督和監(jiān)測的節(jié)點，通過互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對氣象數(shù)據(jù)進行深入分析，針對分析結(jié)果做出處理，以此來完善互聯(lián)網(wǎng)在氣象中的應(yīng)用，使氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)更貼近使用者。監(jiān)測信息的多樣性和復(fù)雜性決定了氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和形式，氣象信息需要根據(jù)氣象要素不同的類型通過不同的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進行收集的，例如，沙漠氣象信息、農(nóng)林氣象信息、濕地氣象信息等。不同的地域以及不同性質(zhì)的氣候條件需要收集對應(yīng)的氣象信息，電子科技技術(shù)可以滿足各種氣象要素監(jiān)測的要求，因此電子科技在氣象監(jiān)測中發(fā)揮了重大的作用。

由于一些監(jiān)測到的數(shù)據(jù)非常相似，氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)的職能識別顯得格外重要。在氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，由于氣象監(jiān)測的網(wǎng)格化需要，設(shè)立了大量氣象監(jiān)測點，并且在一定的范圍之內(nèi)每一個地點都設(shè)有1個甚至更多的氣象要素監(jiān)測點，這些監(jiān)測點需要在同一地區(qū)的不同時間段或是同一監(jiān)測范圍不同的區(qū)域，進行連續(xù)不斷的監(jiān)測。針對這種情況，氣象局相關(guān)部門依據(jù)監(jiān)測的需要制定出監(jiān)測點最優(yōu)位置，自動化氣象監(jiān)測設(shè)備通過對不同地點不同要素的進行唯一身份編碼，這里實際是大量運用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得每份氣象信息都能得到快速、精確的傳輸和存儲，最大效能地發(fā)揮電子科技在氣象信息中的作用。

2.2 構(gòu)建氣象監(jiān)管系統(tǒng)

通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用電子標簽對氣象信息進行編碼后，氣象局構(gòu)建了科學(xué)的氣象監(jiān)測及監(jiān)管系統(tǒng)，這樣就可以夠?qū)⒈O(jiān)管及各監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)及設(shè)備的狀態(tài)。由于各氣象監(jiān)測系統(tǒng)是針對不同氣象信息設(shè)置的，因此需要利用對應(yīng)的傳感器技術(shù)，將智能的傳感器節(jié)點無逢接入氣象信息網(wǎng)絡(luò)是離不開網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管這一手段的，氣象部門信息系統(tǒng)得到了有力的保護才能通過互聯(lián)網(wǎng)搜集氣象信息，分析數(shù)據(jù)，作出決策。

在氣象監(jiān)管系統(tǒng)中對氣象信息進行身份識別，通過計算進行多層的部署，設(shè)置監(jiān)管節(jié)點位置。利用這些監(jiān)管的節(jié)點在相應(yīng)的軟件系統(tǒng)中輸入需要識別的信息，這樣在傳輸氣象數(shù)據(jù)時，可以將監(jiān)管對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與信息一同傳輸，從而將氣象監(jiān)控系統(tǒng)中的各種信息與氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)融合在氣象互聯(lián)網(wǎng)中。氣象局采用這種方法，一方面可以節(jié)省電子標簽的設(shè)備費用，另外還可以及時的得到各氣象監(jiān)測設(shè)備的信息。

3 氣象監(jiān)測未來發(fā)展趨勢

改革開放以后我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，九十年代中后期計算機技術(shù)也得到極大的發(fā)展，特別是微型計算機、通信、傳感器等技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用，將計算機技術(shù)應(yīng)用到氣象監(jiān)測中可以解決傳統(tǒng)氣象監(jiān)測中設(shè)備性能低、傳輸速度低、延時較大的缺陷，近期隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的升級必定將進一步推動氣象信息采集系統(tǒng)技術(shù)向微功能、多功能、智能化、高精度、高可靠性的方向快速發(fā)展，因此將電子科技融入到氣象監(jiān)測中可以促進氣象監(jiān)測的發(fā)展，氣象數(shù)據(jù)收集與分析必將更加及時、高效、完善。

參考文獻

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氣象監(jiān)測范文第3篇

關(guān)鍵詞：自動站 綜合監(jiān)測 通信設(shè)備

中圖分類號：P415 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0107-02

隨著氣象綜合觀測業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化，人工觀測逐步轉(zhuǎn)為自動觀測?，F(xiàn)代化設(shè)備的應(yīng)用，會大幅降低工作人員負擔(dān)。但實際情況卻是，綜合觀測的工作量和工作人員心理壓力不降反升。主要表現(xiàn)在：業(yè)務(wù)質(zhì)量考核的內(nèi)容比以住更多，要求更嚴。不但要考核觀測、發(fā)報和報表質(zhì)量，還重點考核數(shù)據(jù)的可用性和傳輸及時率；與人工觀測設(shè)備相比，自動站設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出現(xiàn)故障的概率增大。當設(shè)備出現(xiàn)故障后，一般工作人員很難找出原因，更難及時處理故障；新型自動站軟件尚不完善，運行不穩(wěn)定。

據(jù)統(tǒng)計，設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)故障以及供電不穩(wěn)定對業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響，已超過人為原因，成為影響觀測質(zhì)量的主要因素。

本系統(tǒng)能對影響綜合觀測質(zhì)量的主要因素進行自動監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時報警。

1 系統(tǒng)主要研究內(nèi)容及方法

系統(tǒng)能對自動站計算機、自動站軟件、采集器是否正常工作，網(wǎng)絡(luò)、市電是否中斷，長Z文件數(shù)據(jù)是否有缺測、是否進行人工質(zhì)控、上傳是否及時等進行判斷。發(fā)現(xiàn)異常后，根據(jù)情況的緊急程度，通過文字、音箱、發(fā)送短信或撥打電話報警。

1.1 設(shè)備功能及布局圖

如圖1所示。

1.2 監(jiān)測功能及實現(xiàn)方法

1.2.1 斷市電、自動站計算機工作狀態(tài)。

一般說來，設(shè)計一個使用市電的USB設(shè)備與自動站計算機連接，通過程序檢測其狀態(tài)判斷市電是否中斷比較方便。但考慮到，如果安裝本系統(tǒng)的“自動站”計算機出現(xiàn)故障、或上面的監(jiān)測軟件意外中止，所有監(jiān)測功能將無效。

因此，本系統(tǒng)增加一臺直接使用市電的“其它計算機”，采用ping命令，判斷“自動站計算機”與“其它計算機”之間的連通性，使兩臺計算機相互監(jiān)測。既可達到檢測市電是否中斷，“自動站”計算機是否正常工作的目的。兩臺計算機上的監(jiān)測軟件還可通過數(shù)據(jù)傳遞方式，判斷對方是否正常運行中，大大增加監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。

另外，因網(wǎng)線接觸不良、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等原因，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)短暫中斷的情況時有發(fā)生，在判斷計算機之間的連通性時，需以一段時間內(nèi)多次判斷的結(jié)果為準，否則，容易出現(xiàn)誤判。

1.2.2 判斷網(wǎng)絡(luò)是否連通、自動站軟件以及采集器是否正常工作。

（1）本系統(tǒng)通過掃描服務(wù)器端口，檢測“自動站”計算機與“報文上傳服務(wù)器（IP：10.203.72.30）”、“報文存儲服務(wù)器（IP：10.203.6.7）”的連通狀態(tài)，確定網(wǎng)絡(luò)是否正常。

如果使用Ping服務(wù)器IP的方式判斷網(wǎng)絡(luò)連通性，將可能因服務(wù)器安全設(shè)置影響而不能正常判斷。

（2）通過檢查“通信組網(wǎng)接口軟件”、“自動氣象站監(jiān)控軟件”是否在進程列表中、分鐘數(shù)據(jù)文件是否得到更新，綜合判斷自動氣象站軟件及采集器工作狀態(tài)。

如“通信組網(wǎng)接口軟件”和“自動氣象站監(jiān)控軟件”未運行，通過Shell命令將其啟動。

1.2.3 監(jiān)測長Z文件是否上傳、是否進行質(zhì)控、數(shù)據(jù)是否有缺測

在網(wǎng)絡(luò)連接正常的情況下，每小時正點后從指定的時間開始，從“報文存儲服務(wù)器”以FTP方式下載監(jiān)測臺站當前時次，當前時刻前最后一次上傳的長Z文件數(shù)據(jù)進行檢查。

（1）如果當前時次某臺站長Z文件不存在，則確定為“長Z文件未上傳”。

（2）通過長Z文件第一行的“質(zhì)控碼”，判斷需要人工質(zhì)控時段的長Z文件是否經(jīng)過人工質(zhì)控。

（3）根據(jù)臺站觀測項目設(shè)置情況，判斷長Z文件中的當前時次應(yīng)該觀測的項目數(shù)據(jù)是否有缺測。

如果所有氣象臺站都在某一時刻從服務(wù)器上下載文件進行檢測，可能增加服務(wù)器負擔(dān)，并對通信造成影響。因此，系統(tǒng)開始下載長Z文件時間的分鐘數(shù)允許人為設(shè)定，秒數(shù)由程序隨機生成，可有效避免多個臺站同時下載文件的情況發(fā)生。

另外，在同一計算機上，該系統(tǒng)可以通過添加區(qū)站號的方式，對多個臺站的長Z文件進行集中監(jiān)測。

1.2.4 大風(fēng)監(jiān)測功能

目前，當出現(xiàn)大風(fēng)時，新型自動站不會自動報警，并且記錄的終止時間與實際終止時間相差15 min。當可能有大風(fēng)時，值班員要一直查看大風(fēng)數(shù)據(jù)，才能避免遲、漏報現(xiàn)象。

本系統(tǒng)自動讀取FJ.TXT文件第一行，如內(nèi)容有更新，則根據(jù)文件內(nèi)容計算出大風(fēng)開始和終止時間，并報警，以方便編發(fā)相關(guān)報文。

1.3 報警功能及實現(xiàn)方法

當監(jiān)測到異常情況時，根據(jù)情況緊急程度，立即通過文字、音箱、短信、電話等方式提醒值班員和相關(guān)管理人員。

1.3.1 通信設(shè)備的選擇

為了確保在網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，能自動發(fā)出短信和撥打相關(guān)人員電話，需用獨立、可靠、低使用成本的通信設(shè)備。

本系統(tǒng)采用帶“TC35i”芯片的GSM/GPRS調(diào)制解調(diào)器通過USB接口與自動站計算機連接，通過AT命令實現(xiàn)自動發(fā)送短信和撥打電話功能。經(jīng)實測，該設(shè)備穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟實惠。一般情況下，每月費用（手機卡通信費）在5元以內(nèi)。

1.3.2 通信時占用系統(tǒng)資源的處理

設(shè)備通信測試發(fā)現(xiàn)，如在同一應(yīng)用程序內(nèi)實現(xiàn)監(jiān)測及通信功能，則在發(fā)送短信和撥打電話時，需要等通信結(jié)束后，才能執(zhí)行監(jiān)測功能，占用了較多的資源，監(jiān)控的時效性受到影響。使用多線程編程方法依然不能解決。

本系統(tǒng)監(jiān)測及通信分別使用獨立的應(yīng)用程序。在監(jiān)測程序啟動后，通信程序自動啟動并在后臺運行。需要通信時，監(jiān)測程序?qū)⑼ㄐ艃?nèi)容、聯(lián)系電話等參數(shù)傳遞到通信程序。既不影響監(jiān)測的效率，通信的可靠性又得了保障。

2 系統(tǒng)存在的問題

本系統(tǒng)能及時發(fā)現(xiàn)并提醒工作人員處理影響觀測質(zhì)量的絕大問題，但并未面面具到，功能有不足之處。

（1）未加入數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查功能，數(shù)據(jù)是否正確仍需通過自動站軟件判斷（注：自動站軟件已能對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查）。

（2）當長Z文件上傳到“10.203.72.30”

服務(wù)器后，會被轉(zhuǎn)到“10.203.6.7”服務(wù)器存儲，但服務(wù)器原因，有時中轉(zhuǎn)會稍有延遲，而本系統(tǒng)是從設(shè)定的時間開始從“10.203.6.7”檢測長Z文件的。如檢測時間過早，偶爾會出現(xiàn)長Z文件已經(jīng)按時上傳，而誤報“未上傳”的現(xiàn)象，檢測時間過晚，真出現(xiàn)故障時，留給工作人員處理異常的時間將減少。

3 推廣應(yīng)用情況

本系統(tǒng)適用于所有氣象臺站地面氣象自動站系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已在貴州省所有氣象臺站推廣使用。各臺站使用后反饋的情況表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效果良好，達到了預(yù)期目的。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)能對影響綜合觀測質(zhì)量的主要因素，如自動站計算機、自動氣象站軟硬件、網(wǎng)絡(luò)、市電等工作情況進行較為全面的監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)問題及時報警，提醒相關(guān)工作人員對故障進行處理，極大地減輕了值班員心理壓力，減少了工作量，提高了業(yè)務(wù)質(zhì)量。

參考文獻

[1] 李黃.自動氣象站實用手冊[M].北京：氣象出版社，2007.

[2] 張宏林.Visual Basic 6.0 程序設(shè)計與開發(fā)技術(shù)大全[M].北京：人民郵電出版社，2004.

氣象監(jiān)測范文第4篇

近年來，經(jīng)濟的進步為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了一個全新的契機，使得各行各業(yè)在解決相關(guān)問題時都有了全新的方法。農(nóng)業(yè)氣象部門也借助這一發(fā)展大勢，不斷引進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而使得相應(yīng)農(nóng)業(yè)信息的及時性、準確性以及可靠性大大提升，為農(nóng)業(yè)工作的開展奠定了堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在不斷的拓展當中就形成了物聯(lián)網(wǎng)，它在將所有物體連接起來的前提下，實現(xiàn)了全方位的監(jiān)控，最終為生產(chǎn)力水平的不斷提升打下堅實的基礎(chǔ)[1]。

一、物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)

在不斷的發(fā)展中，將更多的物體與現(xiàn)有計算機網(wǎng)絡(luò)以及移動通信實現(xiàn)可靠的連接，進而對物體以及數(shù)據(jù)進行直接、全方位的控制是物聯(lián)網(wǎng)最終的形態(tài)[2]。這項技術(shù)的應(yīng)用包括計算機的IP地址、手機的SIM卡等等，它的目的主要是進行身份的識別，為后續(xù)相關(guān)工作的進行打好基礎(chǔ)。但是受科技水平的限制，目前，我國的物聯(lián)網(wǎng)都局限于小型的、機構(gòu)本身的、獨立的網(wǎng)絡(luò)，具有多樣性的特點，不利于展開全局性的監(jiān)控工作。但是農(nóng)業(yè)工作范圍廣，這樣的特點對于物聯(lián)?W在農(nóng)業(yè)當中的應(yīng)用產(chǎn)生了很大的限制，因此本研究引進了帶有電子標簽的身份識別，為農(nóng)業(yè)工作的順利開展打下堅實的基礎(chǔ)。

二、帶有電子標簽的氣象數(shù)據(jù)

氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)該以系統(tǒng)化為終極目標，因此為了達到這樣的效果就應(yīng)該首先將監(jiān)測節(jié)點連接到整個網(wǎng)絡(luò)當中，為后續(xù)的身份識別打好基礎(chǔ)。另外要根據(jù)農(nóng)業(yè)信息的不同性質(zhì)對監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行細化。但是這樣的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)也存在某些缺陷，比如對于那些相似的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，這一系統(tǒng)無法做出正確的區(qū)分。此外，監(jiān)測環(huán)境的不同也會對相同的監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同程度的影響。因此在開展這項工作的時候就應(yīng)該切實做好身份識別，從而使得內(nèi)部信息的獲取更加精準。

但是目前，從農(nóng)業(yè)監(jiān)測的角度來講，統(tǒng)一的身份識別標準是不存在的，因此就應(yīng)該將通用的身份信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計作為目前的重點工作之一，進而使得不同的監(jiān)測節(jié)點能夠被建立起來，使得用戶依據(jù)自己特殊的需求去建立相關(guān)的氣象監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的綜合共享。但是應(yīng)該注意的是，移動終端在這個過程中發(fā)揮著重要的責(zé)任，它不僅可以查看附近存在的監(jiān)測系統(tǒng)，而且對于氣象數(shù)據(jù)的獲取、氣象數(shù)據(jù)的查看都相當重要[3]。

三、氣象監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)選擇

（一）氣象監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

身份識別只是氣象監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)步驟，完成這一步驟之后，才可以進行模型的選擇等工作，進而在此基礎(chǔ)上進行有效組網(wǎng)以及現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的有效連接。首先，傳感器技術(shù)應(yīng)該應(yīng)用到感知層當中，為嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建打下堅實的基礎(chǔ)；其次，“物體”網(wǎng)絡(luò)層當中也應(yīng)該引進相關(guān)的智能處理功能，從而使得傳感器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到最佳的應(yīng)用。最后，上述工作完成之后，將網(wǎng)關(guān)節(jié)點與監(jiān)控主機進行連接，然后將獲取的信息傳輸?shù)奖O(jiān)控主機與Internet當中，實現(xiàn)信息的有效共享。在這樣的身份識別過程中沒有電子標簽的有效應(yīng)用，主要是由于這一過程中缺乏相關(guān)的載體所決定的。整個氣象監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建過程對于氣象監(jiān)測部門成本的縮減相當關(guān)鍵。另外，應(yīng)該進行應(yīng)用層的構(gòu)建，在對氣象數(shù)據(jù)進行監(jiān)控的過程中，系統(tǒng)可以定期自行獲取相關(guān)信息，然后進行自主的分析處理，為后續(xù)工作的開展起到基礎(chǔ)性的作用。

（二）農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議

每個既定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都會存在一個通信協(xié)議，從而實現(xiàn)對于信息的自行監(jiān)測和定位。而農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中通信協(xié)議的存在主要是為了完成信息的傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以通信方式的角色存在，再加上紅外、藍牙等相應(yīng)的設(shè)計就可以實現(xiàn)無線通信協(xié)議的有效構(gòu)建。但是上述設(shè)計在實際工作的過程中并不符合規(guī)模大、功耗大的特點，因此ZigBee協(xié)議在這樣的網(wǎng)絡(luò)中就會發(fā)揮出應(yīng)有的作用。該協(xié)議包括兩個方面的設(shè)備――Full Function Device（FFD）和Reduced Function Device（RFD）。兩種設(shè)備的簡易程度不一，而且前者比后者擁有更大的內(nèi)存，進而就可以完成更多的功能。協(xié)調(diào)器節(jié)點、終端節(jié)點以及路由器節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的三種不同身份[4]。第一，協(xié)調(diào)器節(jié)點一般只有一個，它的主要作用是建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)工作的開展打好基礎(chǔ)；第二，多個路由器節(jié)點可以在相互配合的過程中實現(xiàn)與終端節(jié)點的有效連接；如果需要，它還可以完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等不同的任務(wù)；第三，除上述兩種節(jié)點之外的節(jié)點為終端節(jié)點，它可以不通過任何連接而實現(xiàn)對于網(wǎng)絡(luò)的直接加入，主要負責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸以及通信的實現(xiàn)。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的特點與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需求相符，而且對于氣象監(jiān)測環(huán)境的有效運行具有很重要的作用。氣象數(shù)據(jù)的傳輸是整個工作當中最重要的一個部分。但是在實際工作當中各個節(jié)點所需要數(shù)據(jù)量不是很大，因此只要較低的速率就可以實現(xiàn)。不同節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在相互配合的過程中可以形成很大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，大大提高監(jiān)測效率以及質(zhì)量，為監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性打下堅實的基礎(chǔ)。

氣象監(jiān)測范文第5篇

關(guān)鍵詞：STM32 微氣象 GPRS 輸電線路

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0081-02

Remote Monitoring System for the Micrometeorology of Transmission Lines

Abstract:In this paper, STM32 family of processors as the main chip, multiple sensors into a piece of equipment, so a device can simultaneously monitor monitoring of many micro-meteorological data. Through wireless GPRS DTU connected the control chip can achieve remote wireless data transmission, and on this basis to achieve a wide range of micro-meteorological monitoring of transmission lines.

Key word:STM32, micro-meteorology, GPRS, transmission lines

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展及全國聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的實施,電網(wǎng)處于前所未有的快速發(fā)展時期，我國幅員遼闊,氣候差異大,惡劣的氣象條件對日益龐大的電網(wǎng)安全運行的影響程度也會隨之增加。為此，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)完善氣象預(yù)警機制，設(shè)計電網(wǎng)電路的微氣象監(jiān)測系統(tǒng)，確保電網(wǎng)可以安全穩(wěn)定的運行。

1、系統(tǒng)總體設(shè)計方案

微氣象監(jiān)測終端對輸電線路區(qū)域微氣象條件進行在線監(jiān)測，監(jiān)測的主要氣象參數(shù)包括風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、溫度、大氣壓、降雨量、日照輻射，其中風(fēng)向、溫度、日照輻射為模擬量。圖1為微氣象監(jiān)測終端原理圖，主要包括以下幾個部分：

1.1 采集模塊

根據(jù)采集對象不同，數(shù)據(jù)采集模塊也可劃分為不同部分，如風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、溫度、日照輻射等模塊。其中風(fēng)向、日照輻射是模擬量，經(jīng)16位的ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過串口和主控模塊相連接。其余的氣象參數(shù)通過傳感器得到的采集數(shù)據(jù)為數(shù)字量或為一定的頻率脈沖。

1.2 以STM32F103C為核心的主控模塊

主控模塊驅(qū)動系統(tǒng)運行，負責(zé)數(shù)據(jù)存儲、處理以及傳輸，并向采集模塊以及通信模塊提供數(shù)據(jù)接口。

1.3 通信模塊

通信模塊選用GPRS DTU(數(shù)據(jù)終端單元)為通信中繼，以無線的方式接入移動GPRS,將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)中心。其中，GPRS DTU通過USART2接口與主控芯片相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

1.4 電源模塊

根據(jù)檢測系統(tǒng)的無線化的組網(wǎng)方案及環(huán)境需求，系統(tǒng)采用太陽能電池供電。

1.5 防雷設(shè)計

考慮到監(jiān)測終端是安裝在輸電線路桿塔上的，環(huán)境可能較偏僻、惡劣，因此監(jiān)測終端還采用了防雷設(shè)計。

2、MCU電路設(shè)計

2.1 STM32系列微控制器介紹

STM32系列微控制器兼有低功耗及多種省電工作模式，能夠優(yōu)化工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、物業(yè)控制設(shè)備和計算機外設(shè)等產(chǎn)品的性能。

在設(shè)計中，充分分析了MCU選擇原則后，并對比STM32系列芯片特點，最終選用STM32系列中的STM32F103C8作為控芯片。ST提供了完整高效的開發(fā)工具（Keil MDK和IAR EWARM）及庫函數(shù)。軟件包所提供的驅(qū)動覆蓋了從GPIO到定時器、CAN、I2C、SPI、USART等所有標準外設(shè)。STM32FI03C8性價比較高，具有3個USART接口、2個I2C接口、37個GPIO、3個16位定時器，片上豐富的存儲器及外設(shè)資源能夠很好的滿足系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，能夠達到微氣象控制系統(tǒng)的設(shè)計需求。

2.2 MCU電路設(shè)計

MCU電路主要包括傳感器輸入信號、通信接口、晶振電路、復(fù)位電路及BOOT選擇電路。如圖2所示：

參考文獻

[1]魏洪興主編.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師教程.北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[2]意法半導(dǎo)體STM32系列STM32F10332位微控制器.今日電子.2008,2:61-62.