我國氣象探測引入智能傳感與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

將智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)應(yīng)用在氣象探測領(lǐng)域，對于提高氣象要素的自動化探測水平有著重要的意義，可以有效改善現(xiàn)有自動站設(shè)備功耗大、觀測精度低、通信技術(shù)落后、缺乏狀態(tài)控制、集約性差、產(chǎn)品時效性不夠等問題，是未來提升氣象探測能力和探測精度的主要方向。

中國氣象局氣象探測中心承擔的公益性行業(yè)(氣象)科研專項“地面智能集成觀測站及業(yè)務(wù)軟件研發(fā)”于2010年9月開始實施。該項目的主要目標是將現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)與智能傳感器技術(shù)應(yīng)用到地面自動氣象站，研制出測量精度更高、穩(wěn)定性更強、探測數(shù)據(jù)可信、具備設(shè)備狀態(tài)信息與數(shù)據(jù)質(zhì)量輸出參數(shù)的新一代智能氣象傳感器;研發(fā)地面臺站集成技術(shù)，將現(xiàn)有分立觀測設(shè)備集約化管理，實現(xiàn)探測數(shù)據(jù)的集中采集、傳輸、設(shè)備集中控制;建立臺站數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)完整的內(nèi)部質(zhì)量控制;編制業(yè)務(wù)軟件，實現(xiàn)要素集約化顯示、服務(wù)產(chǎn)品制作功能;編寫對應(yīng)的管理規(guī)范與技術(shù)標準。

勇于創(chuàng)新努力攻克技術(shù)難題

在整個項目中，智能傳感器的研制和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用既是創(chuàng)新點又是技術(shù)關(guān)鍵。如何攻克這兩大難題成為項目組成員首先要解決的問題。

智能傳感器擔負著將各要素傳感器采集到的信息數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、規(guī)范化并傳輸給中央協(xié)調(diào)器的任務(wù)，也完成中央?yún)f(xié)調(diào)器乃至非本地中心站對各要素傳感器控制、校準的功能，是面向物聯(lián)網(wǎng)的新一代高精度自動氣象站的基礎(chǔ)。不同要素的傳感器其原理、結(jié)構(gòu)各有特點，輸出數(shù)據(jù)格式也不盡相同，有連續(xù)模擬信號，有數(shù)字脈沖信號，還有頻率信號。為此，需根據(jù)傳感器的特點，針對性地開發(fā)信號調(diào)理電路，再使用MCU(微控制單元)將其進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計中需重點考慮避免信號處理的失真，以確保達到高精度的要求。

引入物聯(lián)網(wǎng)概念，對觀測站內(nèi)各要素智能傳感器采用ZigBee無線通信技術(shù)進行組網(wǎng)是實現(xiàn)多要素采集、臺站觀測集約化的核心。對每個智能傳感器分配相應(yīng)ID，使用中央?yún)f(xié)調(diào)器構(gòu)建星型、樹狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu);通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件設(shè)計使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點成為全功能設(shè)備，具備控制器、數(shù)據(jù)雙向交換、遠程監(jiān)視和控制管理等功能;中央?yún)f(xié)調(diào)器增加端口故障自檢和配置信息恢復(fù)功能;對各智能傳感器和中央?yún)f(xié)調(diào)器進行控制程序編寫，建立傳感器到中央協(xié)調(diào)器乃至非本地中心站的通信通道，從而實現(xiàn)智能傳感器的物聯(lián)。

充分交流共同推動項目前進

項目至今已實施了10個月，各項任務(wù)進展良好，為了更好地促進智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在常規(guī)氣象要素探測領(lǐng)域的應(yīng)用，中國氣象局氣象探測中心于6月8日在北京召開專題技術(shù)交流研討會。會上，中國氣象局氣象探測中心副主任李柏認為，智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)都是現(xiàn)代化的高新技術(shù)，將其應(yīng)用到氣象領(lǐng)域能有效提高探測能力，希望通過氣象探測工程技術(shù)研究中心這樣一個“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的全新平臺，共享各氣象儀器研發(fā)單位、企業(yè)的技術(shù)資源，開創(chuàng)出氣象探測技術(shù)研發(fā)的新局面。

工程中心常務(wù)副主任馬啟明作了題為《智能氣象傳感器的研究》的專題技術(shù)報告，從智能傳感器的概念、如何開展智能氣象傳感器的研究、基于Zigbee的物聯(lián)網(wǎng)、云計算與氣象探測產(chǎn)品顯示終端四個方面詳細闡述了這些前沿技術(shù)的概念，并描繪了將其應(yīng)用到氣象探測領(lǐng)域后所帶來的美好前景。此外，會議還制定了各常規(guī)氣象要素智能傳感器的數(shù)據(jù)幀格式、狀態(tài)幀格式、測控命令格式與通信接口。