基于北鬥系統的氣象數據傳輸方案

      人有生老病死,城有興衰存亡。一座城市從奠基、繁盛、衰落再到複興,備嘗人世艱辛,曆盡萬般磨難,自然災害帶給人類無數的悲劇。在自然災害中,氣象災害諸如暴雨、高溫、幹旱、冰雹、雷電等,有時給一座城市帶來巨大災難。中國 70%以上的城市、50%以上的人口分布在氣象、地震、地質和海洋等自然災害嚴重的地區,城市安全形勢尤其不容樂觀。2004 年 7 月 10 日下午 4 時開始,一場大雨突襲北京,降雨僅 10min,北京二環、三環幾乎全線癱瘓;2007 年 3 月 5 日,一場罕見的暴雪頃刻間使東北各城市陷于癱瘓狀态,鞍山出現了百萬人步行上班的現象;2007 年 7 月 18 日,山東省濟南市遭遇了黑色的一天。從下午 17 時到晚上 20 時 3 個小時内,濟南市最大降水量達到 180mm,造成 34 人死亡,引起全國震動。上述事例給我們提出了一個嚴肅的命題:提高氣象預報能力,應對日益嚴重的氣象災害,造福人類。2009 年 12 月 30 日,中國氣象局局長辦公會議審議通過了《綜合氣象觀測系統發展規劃(2010~2015)。》發展規劃明确了“科學調整站網布局、提升觀測自動化水平、增強觀測能力、确保觀測系統穩定運營、發揮觀測系統效益”等方面的發展任務、實施進度和保障措施。以《發展規劃》為指引,我國的氣象事業将面臨新的發展契機。


應用需求

    為了進一步提升氣象觀測的自動化水平,研制各種型号的無人值守自動氣象站,并将自動氣象站進行廣域聯網布局,是做到早預報的有效的手段之一。而采用高效的數據傳輸手段,将采集到的氣象數據及時傳輸到數據分析中心,則是要解決的主要問題。
目前常用的實現上述氣象數據傳輸的通信手段主要有三種:
1、基于聯通和移動的 CDMA、GPRS、3G 模式
    該模式的主要優點是設備簡單,費用低、功耗低;但主要缺點是受制于移動基站分布的限制,在移動基站不能覆蓋的區域,尤其是邊遠地區,根本沒有移動基站,因此該種方式無法完成任務。
2、基于衛星通信的 VSAT 衛星通信站
    該模式由于采用了衛星通信,因此通信不受時域和地域的限制;但主要缺點是設備複雜、設備價格昂貴(十幾萬元一套)、需要的供電功耗很大,不利于野外快速架設;另外由于需要租用通信衛星的帶寬,因此需要向衛星公司交納昂貴的衛星通信帶寬占用費用。
3、短波(超短波)電台
    該模式簡單,但由于受電台功率的限制,傳輸作用距離有限,而且受地形遮擋影響大。不能做到全天時、全地域傳輸。
随着我國自主知識産權的北鬥一号衛星定位導航系統的建設及穩定運營,利用北鬥通信型終端可以較好地實現上述數據通信,且設備簡單、安裝簡單、設備費用低。


北鬥衛星定位導航系統介紹

    北鬥衛星定位導航系統是我國自主研制的全天候、全天時、區域性衛星定位導航通信系統。該系統具有定位、數字報文通信、精确授時三大功能。北鬥系統由三顆地球同步衛星、一個地面中心站、若幹地面标校站和用戶終端四部分組成。系統的基本組成如圖 1 所示:
圖1:北鬥系統組成示意圖


    上述四個組成部分當中,衛星地面站用于大系統維護、計算用戶位置數據;地面标校站用于修正系統信号,提高定位精度;與用戶關系最為密切的是各種用戶終端,包括指揮型、車載型、手持型、通信型等。其中除指揮型終端外的其他用戶機又統稱為普通型終端。各種用戶終端通過向衛星系統發送定位請求申請,獲得自身的位置信息;同時通過北鬥衛星完成短報文數據的傳輸。
該系統的衛星通信覆蓋中國全部地域及周邊地區。如圖 2 示:
 
圖2:北鬥衛星信号覆蓋區域


基于北鬥一号系統的氣象觀測數據傳輸設計

    正是基于北鬥一号系統特有的數據報文通信功能,利用北鬥一号通信型用戶終端,可以很便捷的實現氣象觀測數據的傳輸。
具體方案設計如下:
    無人氣象站,數據采集器輸出的各觀測量經過拼包處理後,發送給北鬥通信型用戶終端。北鬥通信型用戶終端利用北鬥衛星信道,将數據發送到氣象數據分析中心。在氣象數據分析中心,北鬥中心管理型用戶機将接收到各個氣象站點傳送來的數據,解析後送給計算
機終端進行分析處理及顯示。具體設計方案示意圖如圖 3 所示。
 
圖3:氣象數據傳輸設計圖


    通過對北鬥系統在短信息數據傳輸功能方面的分析,提出了利用北鬥一号用戶終端實現氣象觀測數據的傳輸方法。通過已經實現的實際案例表明,該方式是有效可行的。

 

 

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