1、基于北斗系統(tǒng)的基于北斗系統(tǒng)的 氣象監(jiān)測(cè)應(yīng)用方案氣象監(jiān)測(cè)應(yīng)用方案 目目 錄錄 1.概述概述.2 1.1.系統(tǒng)建設(shè)背景 .2 1.2.北斗系統(tǒng)介紹 .3 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明.5 2.1.結(jié)合地面網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案 .5 2.2.基于指揮機(jī)（北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)）的組網(wǎng)方案 .6 3.系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn).8 3.1.適合氣象應(yīng)用的壓縮分包編碼方式 .8 3.2.獨(dú)特的遠(yuǎn)程控制體制 .8 3.3.電信級(jí)的運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái) .8 3.4.一點(diǎn)接入，全網(wǎng)覆蓋 .9 4.北斗一號(hào)應(yīng)用于氣象行業(yè)的優(yōu)勢(shì)北斗一號(hào)應(yīng)用于氣象行業(yè)的優(yōu)勢(shì).10 4.1.北斗一號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn) .10 4.2.用于氣象行業(yè)的優(yōu)勢(shì) .10 4.2.1

2、.解決邊遠(yuǎn)臺(tái)站通信問題，提高傳輸質(zhì)量和時(shí)效性 .11 4.2.2.改造現(xiàn)有臺(tái)站，提高數(shù)據(jù)通信的安全性 .11 4.2.3.能更好地應(yīng)對(duì)地震等重大災(zāi)害.12 1. 概述概述 1.1. 系統(tǒng)建設(shè)背景系統(tǒng)建設(shè)背景 我國(guó)幅員遼闊，自然條件復(fù)雜，是世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。 在各類自然災(zāi)害中，氣象災(zāi)害占 70%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因各種氣象災(zāi) 害造成的農(nóng)田受災(zāi)面積達(dá) 3400 萬公頃，受干旱、暴雨、洪澇和熱帶風(fēng)暴等 重大氣象災(zāi)害影響的人口約達(dá) 6 億人次，造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 （GDP）的 3%6%。 面對(duì)頻繁發(fā)生的氣象災(zāi)害，氣象事業(yè)必須把防災(zāi)減災(zāi)放在氣象公共服務(wù) 的首位，加快公共氣象

3、服務(wù)體系建設(shè)，及時(shí)、主動(dòng)、準(zhǔn)確地為社會(huì)公眾提供 氣象服務(wù)產(chǎn)品，為政府決策和防災(zāi)減災(zāi)提供客觀、科學(xué)的依據(jù)，才能不斷滿 足建設(shè)和諧社會(huì)的要求。因此，提供更加準(zhǔn)確及時(shí)的氣象預(yù)警預(yù)報(bào)，進(jìn)一步 提高社會(huì)各行業(yè)抗御災(zāi)害的能力，最大限度地保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，是 氣象事業(yè)承擔(dān)的重要使命。 隨著我國(guó)的氣象臺(tái)網(wǎng)建設(shè)范圍的擴(kuò)大、監(jiān)測(cè)密度和監(jiān)測(cè)精度的提高，對(duì) 氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性、穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。特別是對(duì) 于邊遠(yuǎn)地區(qū)和地面通信網(wǎng)難以覆蓋的地區(qū)，通信問題一直是困擾站點(diǎn)建設(shè)的 難點(diǎn)。將北斗一號(hào)相關(guān)技術(shù)與氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸需求相結(jié)合，研發(fā)出了基 于北斗系統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“本系統(tǒng)” ）

4、，能有效解決邊遠(yuǎn)地 區(qū)氣象站數(shù)據(jù)傳輸問題。 1.2. 北斗系統(tǒng)介紹北斗系統(tǒng)介紹 2000 年我國(guó)成功發(fā)射了“北斗一號(hào)”地球同步軌道導(dǎo)航定位衛(wèi)星，標(biāo)志 著我國(guó)已進(jìn)入自主擁有衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的先進(jìn)國(guó)家行列，為在未來多元化 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用體系中占有一席之地，形成了具有我國(guó)特色的衛(wèi)星導(dǎo) 航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。 北斗系統(tǒng)不僅解決了我國(guó)無自主導(dǎo)航系統(tǒng)的問題，同時(shí)與其他導(dǎo)航定位 系統(tǒng)比較，它有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景，有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。 北斗系統(tǒng)主要有三大功能：快速定位，為服務(wù)區(qū)域內(nèi)的用戶提供全天候、 實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度與 GPS 相當(dāng)；短報(bào)文通信，可傳輸漢字和數(shù)字信息； 精密授時(shí)，精度達(dá) 20

5、 納秒。 北斗應(yīng)用有五大優(yōu)勢(shì)。一，它同時(shí)具備定位與通訊功能，不需要其他通 訊系統(tǒng)支持。而 GPS 只能定位。二，覆蓋范圍大，沒有通訊盲區(qū)。北斗系統(tǒng) 覆蓋了中國(guó)及周邊國(guó)家和地區(qū)，不僅可為中國(guó)、也可為周邊國(guó)家服務(wù)。三， 特別適合于集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。四，融 合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)兩大資源，因此也可利用 GPS 使之應(yīng)用 更加豐富。五，自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，適合關(guān)鍵部門應(yīng) 用。 因此，系統(tǒng)可以在氣象、森林防火、交通運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、船舶海上作 業(yè)等領(lǐng)域?yàn)槲覈?guó)及周邊國(guó)家提供各類導(dǎo)航定位服務(wù)，還可以針對(duì)水文監(jiān)測(cè)、 石油生產(chǎn)、煤礦安全生產(chǎn)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、野

6、外地質(zhì)勘查、旅游以及金融系統(tǒng)監(jiān) 管等領(lǐng)域提供各類衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信服務(wù)。 2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明 本項(xiàng)目系統(tǒng)包含三個(gè)子系統(tǒng)：已安裝北斗終端設(shè)備的氣象站（以下簡(jiǎn)稱 氣象站） 、北斗衛(wèi)星綜合信息運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、用戶監(jiān)測(cè)中心。 2.1.結(jié)合地面網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案結(jié)合地面網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案 圖 1 結(jié)合地面網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)組網(wǎng)方案 氣象站將數(shù)據(jù)重編碼為北斗通信編碼，通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路傳送 至北斗運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)，經(jīng)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、整編后轉(zhuǎn)發(fā)， 通過地面專線傳輸至中國(guó)氣象局信息中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集；同 時(shí)系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)到達(dá)情況通過北斗氣象綜合探測(cè)資料實(shí)時(shí)監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)平臺(tái) GIS

7、界面實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來，便于管理部門實(shí)時(shí)了解站點(diǎn)工作情況；用戶也可以 通過北斗運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)對(duì)氣象站發(fā)送修改發(fā)送頻度、重發(fā)數(shù)據(jù)等控制指令。 該組網(wǎng)方案具有以下特點(diǎn)： 采用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面通信網(wǎng)絡(luò)相組合的方式，具有容量大、組網(wǎng) 靈活的特點(diǎn)； 可直接調(diào)用北斗衛(wèi)星綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái) GIS、數(shù)據(jù)檢索等引擎，功能 強(qiáng)大，方便二次開發(fā)； 可直接通過平臺(tái)對(duì)終端進(jìn)行控制，初期投資少。 2.2.基于指揮機(jī)（北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)）的組網(wǎng)方案基于指揮機(jī)（北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)）的組網(wǎng)方案 圖 2 基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)組網(wǎng)方案 氣象站將數(shù)據(jù)重編碼為北斗通信編碼，通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路傳送 至北斗運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)，經(jīng)平臺(tái)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析

8、、整編后轉(zhuǎn)發(fā)， 通過北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至架設(shè)在用戶監(jiān)測(cè)中心的北斗指揮型用戶機(jī)， 用戶監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)程序從指揮機(jī)獲取數(shù)據(jù)后存入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的 遠(yuǎn)程采集；用戶也可以通過北斗指揮機(jī)對(duì)氣象站發(fā)送修改發(fā)送頻度、重發(fā)數(shù) 據(jù)等控制指令。 該組網(wǎng)方案具有以下特點(diǎn)： 采用北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，不受地面通信網(wǎng)絡(luò)中斷的影響； 所有設(shè)備均可固定安裝和車載（船載）安裝，便于架設(shè)移動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò) 或移動(dòng)指揮中心； 受指揮機(jī)容量限制，適合終端數(shù)量不大于 100 臺(tái)的應(yīng)用。 2.3.基于移動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控基于移動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控 系統(tǒng)能提供移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控功能。當(dāng)野外人員攜帶便攜式北斗用戶機(jī)或在 車輛上安裝車載式北斗用戶機(jī)后，北斗

9、用戶機(jī)能將位置信息、時(shí)間信息上報(bào) 至中心，用戶可以通過北斗監(jiān)控平臺(tái)對(duì)人員和車輛進(jìn)行監(jiān)控，以保障野外工 作人員安全。同時(shí)中心能與用戶機(jī)進(jìn)行短信互通，及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)工作情況、 發(fā)送指揮調(diào)度指令。目前該監(jiān)控平臺(tái)已能提供全國(guó)主要城市交通圖，部分城 市能達(dá)到 1：5000。 監(jiān)控平臺(tái)界面 3. 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn) 3.1. 適合氣象應(yīng)用的壓縮分包編碼方式適合氣象應(yīng)用的壓縮分包編碼方式 北斗終端通過串口與業(yè)務(wù)機(jī)或自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器連接，業(yè)務(wù)機(jī)或數(shù) 據(jù)采集器內(nèi)寫入了北斗基于北斗的氣象應(yīng)用協(xié)議，并將數(shù)據(jù)根據(jù)該協(xié)議壓縮、 重編碼為北斗通信編碼，針對(duì)超長(zhǎng)數(shù)據(jù)自動(dòng)分包，然后通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù) 據(jù)鏈路傳送，從而大大提高

10、了系統(tǒng)的性能和適用性。 3.2. 獨(dú)特的遠(yuǎn)程控制體制獨(dú)特的遠(yuǎn)程控制體制 邊遠(yuǎn)地區(qū)氣象站、特別是自動(dòng)氣象站交通不便、維護(hù)困難。本系統(tǒng)具有 獨(dú)特的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制指令集，使用戶能方便的通過遠(yuǎn)程的方式控 制終端工作方式、配置參數(shù)或索取歷史數(shù)據(jù)，從而大大提高了業(yè)務(wù)工作效率 和管理水平，同時(shí)降低了業(yè)務(wù)成本。 3.3. 電信級(jí)的運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)電信級(jí)的運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái) 北斗衛(wèi)星綜合運(yùn)營(yíng)服務(wù)平臺(tái)具有強(qiáng)大的中間件集群和數(shù)據(jù)庫集群，具有 高并發(fā)、高可靠、大容量特性。提供 7X24 小時(shí)不間斷服務(wù)，十萬級(jí)系統(tǒng)容 量。并且能對(duì)平臺(tái)中的各類 IT 資源進(jìn)行每時(shí)每刻的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。包括服 務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件資源及

11、數(shù)據(jù)庫、中間件、應(yīng)用軟件等軟件資源。 當(dāng)硬件設(shè)備的數(shù)量達(dá)到一定的規(guī)模，業(yè)務(wù) KPI 指標(biāo)監(jiān)控等方式已不能滿足設(shè) 備的穩(wěn)定運(yùn)行和應(yīng)用的連續(xù)性要求，實(shí)施系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)管理就顯得尤為重 要。 我公司還開通了 24 小時(shí)的客服電話，隨時(shí)為用戶提供幫助。 3.4. 一點(diǎn)接入，全網(wǎng)覆蓋一點(diǎn)接入，全網(wǎng)覆蓋 利用開放式結(jié)構(gòu)開發(fā)軟件，有機(jī)的結(jié)合了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)，使用戶 能方便靈活的組網(wǎng)，滿足不同應(yīng)用、不同地域的用戶需求。 4. 北斗一號(hào)應(yīng)用于氣象行業(yè)的優(yōu)勢(shì)北斗一號(hào)應(yīng)用于氣象行業(yè)的優(yōu)勢(shì) 4.1. 北斗一號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)北斗一號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn) 北斗系統(tǒng)是一個(gè)雙向閉環(huán)系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、用戶設(shè)備簡(jiǎn)單，定位兼 容通信，遠(yuǎn)距

12、離傳送信息，可與多種傳感器相連遙測(cè)各種環(huán)境參數(shù)等特性。 該系統(tǒng)可以根據(jù)不同行業(yè)的不同應(yīng)用需要，提供包括基本服務(wù)功能和增 強(qiáng)服務(wù)功能在內(nèi)的多種實(shí)時(shí)應(yīng)用服務(wù)。 1）基本服務(wù)包括：定位信息、導(dǎo)航服務(wù)、報(bào)文通信、精密授時(shí)和 GPS 差分信息廣播； 2）增強(qiáng)服務(wù)包括：群、組呼，遇險(xiǎn)安全告警等功能。 4.2.用于氣象行業(yè)的優(yōu)勢(shì)用于氣象行業(yè)的優(yōu)勢(shì) 北斗一號(hào)系統(tǒng)強(qiáng)大的并發(fā)處理能力，使得氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸快捷、及 時(shí)，并且可以使從省到市（地） 、區(qū)（縣）的各級(jí)職能部門都能在第一時(shí)間 同時(shí)收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，北斗一號(hào)系統(tǒng)的軍用保密性和抗干擾性，也保 證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。 與其它衛(wèi)星系統(tǒng)相比北斗一號(hào)

13、終端的天線和主機(jī)體積小巧，安裝方便維 護(hù)簡(jiǎn)單，可保證長(zhǎng)時(shí)間的免維護(hù)使用要求。同時(shí)，由于終端采用 L 和 S 頻段， 抗雨衰性強(qiáng)，雨雪天氣不受影響。系統(tǒng)組網(wǎng)方便，操作簡(jiǎn)單。 更為重要的是，北斗系統(tǒng)是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)內(nèi)政策主導(dǎo)、不受國(guó) 際形勢(shì)變化影響、覆蓋范圍大，與其它衛(wèi)星系統(tǒng)相比，終端成本和衛(wèi)星通信 費(fèi)用相對(duì)較低，并具有進(jìn)一步降低的潛能。 4.2.1. 解決邊遠(yuǎn)臺(tái)站通信問題，提高傳輸質(zhì)量和時(shí)效性解決邊遠(yuǎn)臺(tái)站通信問題，提高傳輸質(zhì)量和時(shí)效性 氣象氣候預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)對(duì)于保障國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重 要。及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠是對(duì)氣象通信業(yè)務(wù)的基本要求，采用先進(jìn)可靠的通信 技術(shù)十分必要。 邊遠(yuǎn)氣象

14、臺(tái)站一般都處在人煙稀少、條件艱苦、通信條件極差、沒有電 力供應(yīng)或電力極缺的地區(qū)和海島、高山等通信條件極其不便的地方。對(duì)于我 國(guó)邊遠(yuǎn)氣象臺(tái)站氣象探測(cè)資料的收集問題一直是中國(guó)氣象局十分關(guān)注的事情。 自從自動(dòng)氣象站布點(diǎn)后，對(duì)氣象探測(cè)資料的收集無論從觀測(cè)的頻度和密 度都大大提高了，原有的單邊帶、人工撥號(hào)等通信手段無論從傳輸?shù)臅r(shí)效性 和可靠性方面都不能滿足日益發(fā)展的大氣探測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。對(duì)此類站 點(diǎn)進(jìn)行通信條件改造，采用北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣象資料的及時(shí)、準(zhǔn)確傳輸，是一 項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。 4.2.2. 改造現(xiàn)有臺(tái)站，提高數(shù)據(jù)通信的安全性改造現(xiàn)有臺(tái)站，提高數(shù)據(jù)通信的安全性 我國(guó)現(xiàn)有的約 3000 個(gè)地面觀測(cè)

15、臺(tái)站中，受當(dāng)?shù)赝ㄐ艞l件限制，其中一 些臺(tái)站至今缺乏有效的備份通信手段，在當(dāng)前的通信方式發(fā)生故障時(shí)，采集 到的氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就難以傳到主站，氣象通信業(yè)務(wù)的安全性和時(shí)效性難以得 到保障，進(jìn)而影響到天氣預(yù)報(bào)的及時(shí)、準(zhǔn)確性。采用北斗系統(tǒng)對(duì)此類站點(diǎn)進(jìn) 行技術(shù)改造，用天地系統(tǒng)互作備份通信手段，將大大提高此類氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù) 通信的可靠性，保障氣象數(shù)據(jù)持續(xù)、穩(wěn)定、及時(shí)的傳輸，從而提高預(yù)報(bào)的時(shí) 效和精度，具有十分重要的意義。 4.2.3. 能更好地應(yīng)對(duì)地震等重大災(zāi)害能更好地應(yīng)對(duì)地震等重大災(zāi)害 四川汶川大地震導(dǎo)致通訊全面中斷，部隊(duì)只能派直升機(jī)從空中偵察災(zāi)情。 這次舉世皆驚的浩劫，導(dǎo)致汶川多個(gè)地區(qū)房屋坍塌，線纜中斷、電力中斷、 網(wǎng)絡(luò)擁塞，地面道路損毀，在地震發(fā)生當(dāng)天，災(zāi)區(qū)移動(dòng)基站中斷，通訊幾乎 完全中斷，固話、手機(jī)完全失去作用，汶川真正成為一座孤城，與外界斷絕 了聯(lián)系。 地震發(fā)生后，依賴地網(wǎng)傳輸?shù)某Ｒ?guī)氣象站點(diǎn)獲取的氣象數(shù)據(jù)不能及時(shí)送 外外界，導(dǎo)致救援直升機(jī)無法在救援區(qū)域降落。在地面