基於GPRS的遠程自動雨量監測網絡
1、自動雨量監測網絡概況
自動氣象站是由電子設備或計算機控製的自動進行氣象觀測和資料收集傳輸的氣象站。從數據傳輸方式上分通常有兩種形式：通過有線網絡發送信息的自動氣象站和通過GPRSwuxianfangshizhijiefasongxinxidezidongqixiangzhan。jiangduogezidongqixiangzhanshujuxinxiliyongyouxianhuowuxianfangshilianjiezhishujuzhongxinchulixitongjiugouchenglezidongqixiangjiancewangluo，tongchangtacaijidaodeshujushiduoyaosudeqixiangxinxi。womenzhelisuojieshaodeshiyuliangjiancewangluocaijideshidanyaosuyuliangxinxi，tongguokuozhanzidongzhandechuanganqixitongjikeshixianduoyaosuxinxicaiji。
該自動雨量監測網絡是由自動雨量站、數據通訊網絡(有線和無線兩種方式)、數據中心工作站及其局地計算機網絡組成的自動氣象數據采集係統[2]。如圖1：
自動雨量站作為係統的端站安裝於各個觀測點。其中無線自動雨量站主要由傳感器單元、單片機係統和GPRS數據終端單元(采用正偉 GPRS DTU)構成。有線自動雨量站由傳感器單元和單片機係統構成，並配有局地微機係統。[2]
無線自動雨量站直接通過GPRS數據終端將信息以無線傳輸方式發送出去，通過無線網絡供應商轉送到Internet，經由Internet最終進入數據處理中心；有線自動雨量站利用局地微機係統對采集到的氣象信息進行處理，並直接通過Internet傳chuan送song到dao數shu據ju處chu理li中zhong心xin。無wu線xian自zi動dong雨yu量liang站zhan的de通tong信xin費fei用yong是shi以yi數shu據ju流liu量liang來lai計ji算suan的de，費fei用yong低di廉lian，而er且qie使shi自zi動dong站zhan有you更geng強qiang的de地di域yu適shi應ying空kong間jian，隻zhi要yao移yi動dong電dian話hua網wang絡luo信xin號hao覆fu蓋gai的de地di方fang都dou能neng通tong信xin。
數據處理中心工作站是整個網絡係統的主控部分,由一台主服務器和三台數據處理服務器組成。主服務器在公網上有固定的IP地址，三台數據服務器通過集線器與主服務器聯網。主服務器上安裝有SERVER，用於接收和處理雨量資料，三台數據處理器分別負責接收來自GPRS無線傳輸的雨量站信息、接收來自有線傳輸的雨量站信息和對政府部門提供雨量數據服務(如網頁瀏覽、信息服務等)。從各測站發回的氣象資料經整理後存入SQL Server數據庫，並通過網頁瀏覽方式提供給政府決策部門及其他用戶。
2、GPRS概述
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業務的簡稱。GPRS是GSM Phase2.1規範實現的內容之一，它是一種基於GSM的新型移動分組數據承載業務，能提供比現有GSM網9.6kbit/s更高的數據率[3][4]。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發結構、無線調製標準、跳頻規則以及相同的TDMA幀結構。它突破了GSM網wang隻zhi能neng提ti供gong電dian路lu交jiao換huan的de思si維wei方fang式shi，隻zhi通tong過guo增zeng加jia相xiang應ying的de功gong能neng實shi體ti和he對dui現xian有you的de基ji站zhan係xi統tong進jin行xing部bu分fen改gai造zao來lai實shi現xian分fen組zu交jiao換huan，這zhe種zhong改gai造zao的de投tou入ru相xiang對dui來lai說shuo並bing不bu大da，但dan得de到dao的de用yong戶hu數shu據ju速su率lv卻que相xiang當dang可ke觀guan。[5]
GPRS網絡是在現有GSM網絡中增加GGSN和SGSN來實現的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發送和接收數據。[4]
圖2 GPRS係統結構
GPRS是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用[6]，具有“高速”和“永遠在線”的優點。
1) 極速傳送，移動新幹線
電路交換數據業務(簡稱CSD)，速率為9.6kbps，GPRS的最高速率可達115.2kbps。
2) 永遠在線、費用低廉、我行我素
除了速度上的優勢，GPRS還有“永遠在線”的特點，即用戶隨時與網絡保持聯係。GPRS數shu據ju服fu務wu可ke以yi按an流liu量liang或huo時shi間jian或huo包bao月yue固gu定ding費fei等deng方fang式shi收shou取qu。對dui營ying運yun商shang來lai說shuo，提ti供gong數shu據ju服fu務wu的de成cheng本ben產chan生sheng基ji本ben按an流liu量liang產chan生sheng，中zhong國guo移yi動dong采cai取qu了le分fen段duan計ji費fei(流量)的價格模式，這樣就大大降低了用戶的使用GPRS進jin行xing數shu據ju傳chuan輸shu的de成cheng本ben，尤you其qi在zai數shu據ju采cai集ji與yu監jian控kong係xi統tong中zhong。舉ju個ge例li子zi，用yong戶hu訪fang問wen互hu聯lian網wang時shi，點dian擊ji一yi個ge超chao級ji鏈lian接jie，手shou機ji就jiu在zai無wu線xian信xin道dao上shang發fa送song和he接jie受shou數shu據ju，主zhu頁ye下xia載zai到dao本ben地di後hou，沒mei有you數shu據ju傳chuan送song，手shou機ji就jiu進jin入ru一yi種zhong“準休眠”zhuangtai，shoujishifangsuoyongdewuxianpindaogeiqitayonghushiyong，zheshiwangluoyuyonghuzhijianhaibaochiyizhongluojishangdelianjie，dangyonghuzaicidianji，shoujilijixiangwangluoqingqiuwuxianpindaoyonglaichuansongshuju，erbuxiangputongbohaoshangwangnayangduanxianhouhaidezhongxinbohaocainengshangwangchonglang。[5]
3、整體係統構成
3.1 數據終端及數據傳輸網絡
1) 通過GPRS無線方式直接發送信息的雨量站
係統中GPRS無線數據終端(DTU)采用了正偉GPRS無線DDN數據終端。每個模塊在使用時需要安裝SIM卡，和手機一樣在移動網中具有唯一的ID。該終端支持雙頻GSM/GPRS、符合ETSI GSM Phase 2+標準、采用實時時鍾、支持A5/1&A5/5加密算法，為用戶提供高速、永遠在線、透明數據傳輸的虛擬專用數據通信網絡。
正偉GPRS DTU2009模塊帶有20Pin用戶數據接口，以便對模塊供電和進行數據交換。對外數據線的連接和數據交換方式與RS-232類似，同時該係列大多型號支持+4.5~+26VDC電源，方便在更多場合安裝使用。在終端所有連接完成之後，通過終端內置的設置、管理與調試工具對GPRS數據終端進行管理，便於用戶在使用前配置相關參數和在調試過程中靈活地改變相關參數以及軟件升級和簡單的測試。[6]
自動雨量監測網絡無線數據傳輸部分采用中心點~多點的方式，如圖3
圖 3 無線網絡構成方式示意[7]
自動雨量采集設備有多個，它們用各自的GPRS數據終端將數據打成IP包，經GPRS空中接口接入無線GPRS網絡，由移動服務商轉接到Internet，最終通過各種網關和路由到達統一的數據處理中心工作站。需要指出的是GPRS終zhong端duan向xiang數shu據ju業ye務wu中zhong心xin發fa送song數shu據ju是shi間jian斷duan性xing發fa送song，可ke以yi根gen據ju需xu要yao調tiao整zheng發fa送song數shu據ju的de頻pin率lv，這zhe在zai一yi定ding程cheng度du上shang也ye降jiang低di了le無wu線xian信xin息xi傳chuan輸shu費fei用yong。在zai整zheng個ge無wu線xian網wang絡luo設she計ji過guo程cheng中zhong首shou先xian要yao解jie決jue的de關guan鍵jian問wen題ti是shi：如何進行氣象信息采集單元與GPRS終端的連接，如何根據具體無線網絡情況合理設置，如何進行數據打包發送並在數據中心工作站實現接收。
2) 通過有線網絡發送信息的雨量站
有線雨量站中AT89C52danpianjibachuanganqihuodedeyuliangxinxiyongchuanxingtongxindefangshisongdaojudiweixingjisuanji。jisuanjishouxianbashujujinxingchulihebianma，ranhoutongguohulianwangbashujuxinxisongdaoyougudingIPdeshujuyewuzhongxinzhan。zaizheyiguochengzhong，xuyaokaifajudijisuanjishujuchulihefasongruanjian，jinxingshujuchuansong，tongshishujuyewuzhongxinzhanyaoyouduiyingdefuwuqiduanshujujieshouruanjianshixianshujujieshouhebaocun。
圖4 有線網絡構成簡圖
3.2 數據中心工作站
圖5 數據中心站構成示意
主服務器安裝Windows Server 2003操作係統，並安裝了SQL Server 2000數據庫管理軟件。所有來自終端自動雨量站的數據經過網絡首先進入具有固定的IP地di址zhi的de主zhu服fu務wu器qi。但dan是shi考kao慮lv到dao服fu務wu器qi的de穩wen定ding運yun行xing問wen題ti通tong常chang不bu允yun許xu在zai服fu務wu器qi上shang安an裝zhuang其qi他ta應ying用yong軟ruan件jian，為wei了le降jiang低di主zhu服fu務wu器qi的de負fu荷he，係xi統tong中zhong需xu要yao另ling外wai增zeng加jia三san台tai服fu務wu器qi來lai分fen擔dan主zhu服fu務wu器qi的de數shu據ju處chu理li任ren務wu。這zhe四si台tai服fu務wu器qi共gong同tong構gou成cheng類lei似si於yu內nei部bu局ju域yu網wang的de數shu據ju中zhong心xin工gong作zuo站zhan(DSC)。雖然數據中心站有多台服務器，但它對外部公網隻提供一個IP地址，因此在架設過程中采用了一種網絡地址轉換(NAT)技術。NAT端口映射功能將一台主機的假IP地址映射成一個真IPdizhi，dangyonghufangwentigongyingsheduankouzhujidemougeduankoushi，fuwuqijiangqingqiuzhuandaoneibutigongzhezhongtedingfuwudezhuji。keyirangneibuwangluozhongmoutaijiqiduiwaibutigongWWW服務，而不是將真IP地址直接轉到內部提供WWW服務的主機。
santaichulifuwuqifenbiechulilaizibutongduankoudexinxi，laiziwuxianzidongyuliangjiancezhandexinxijingzhufuwuqideduankouyingshedaowuxianshujujieshouchulifuwuqijieshou，ranhouzaisonghuizhufuwuqibaocunzaiSQL數據庫；通過有線方式接收信息的任務則由有線接接收處理服務器來完成。最終WWW服務器從主服務器上調用SQL數據庫，將雨量信息在Web頁上實現動態更新顯示，以供外部用戶通過Internet訪問。
3.3 軟件設計
軟件設計主要指利用計算機高級語言開發數據中心站上的數據接收和處理軟件。對於有線數據傳輸方式，利用VC++6.0開發出客戶端(局地計算機)數據發送軟件和服務器端(有線數據接收處理服務器)數據接收軟件。軟件中數據的傳輸采用了Winsock方式。
對於無線數據傳輸方式的軟件開發，使用了GPRS廠商提供的開發工具包。當從網絡上收集到某個雨量站發來的信息後，經過一係列處理後把數據存入SQL數據庫。[8]
最後，在WWW服務器上利用ASP(Active Sever Pages)開發出Web頁麵供外部用戶訪問。
4、結束語
GPRS無線數據傳輸技術的成熟促進它在更寬廣領域中的應用，在氣象領域國外於2003年上半年推出了基於GPRS的de自zi動dong氣qi象xiang站zhan。本ben文wen介jie紹shao的de雨yu量liang監jian測ce網wang絡luo已yi經jing完wan成cheng，這zhe種zhong中zhong小xiao尺chi度du的de氣qi象xiang監jian測ce網wang絡luo將jiang在zai很hen大da程cheng度du上shang增zeng強qiang對dui災zai害hai性xing天tian氣qi的de預yu警jing能neng力li，減jian少shao了le國guo家jia和he人ren民min的de財cai產chan損sun失shi。
