物聯網技術在氣象業務中的應用性研究

李嵩++李永超++夏葳++張超

摘 要：本文先對物聯網技術進行了簡單介紹，然后對其在氣象業務系統中的應用展開了一系列構想。從而得出結論：隨著科技的不斷發展，數字化氣象業務的蓬勃發展離不開物聯網技術；而物聯網技術為了更好的和氣象業務結合，對其本身的發展有鮮明特點的要求。

關鍵詞：物聯網；層疊式物聯網網關；數字化氣象

1 物聯網

1.1 物聯網簡介

物聯網（Internet of Things，簡稱IOT）是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，即物聯網就是物物相連的互聯網。與傳統電信網絡架構相比，物聯網中出現了感知延伸層。感知延伸層主要實現信息采集、捕獲和物體識別。

1.2 物聯網的實現層次

學術界將物聯網系統劃分為三個層次：感知層、網絡層和應用層。感知層解決的是人類世界和物理世界數據獲取的問題；網絡層解決的是感知層所獲得的數據在一定范圍內的傳輸問題，其中感知數據管理與處理技術是實現以數據為中心的物聯網的核心技術；應用層解決的是信息處理和人機交互的問題

2 氣象業務中的應用構想

隨著氣象信息化水平的發展，多數地區已經布設了自動氣象站和各種自動氣象探測設備。以大連地區為例，2003年開始安裝華云公司生產的自動氣象站，臺站類型有單雨量、四要素和六要素，可實現雨量、溫度、風速、風向、空氣濕度、大氣壓力等數據的準確監測，并通過無線GPRS網絡傳輸到氣象信息中心。近年來，大連地區又陸續安裝無線能見度儀、無線土壤水分檢測儀和GPS/MET空氣質量探測儀。從某種意義上講，大連地區的氣象觀測已經從人工觀測過渡到人工和自動相結合的模式，并且自動觀測已經從觀測要素和準確度都占據主導，其作用越來越大。但是從另一方面講，自動觀測儀器只是實現了利用無線傳感器技術進行采集和利用無線GPRS技術進行網絡傳輸并導入數據庫。在此過程中，各個傳感器之間沒有互連，相互之間沒有影響。從物聯網發展的歷程來看，目前的自動氣象站技術雖然也屬于物聯網技術的范疇，但是還不是真正意義上的物聯網，即物物互聯的程度還不夠。

利用現階段物聯網技術，尤其是層疊式物聯網網關技術的優勢，對將來物聯網網關技術在氣象業務中的應用做了如下設想：

2.1 自動氣象站選擇性采集

例如，某地區有自動氣象站100臺，在天氣晴朗或者天氣狀態穩定的情況下，100臺自動氣象站無須全部開機工作，也就是說部分自動氣象站可以暫時關閉電源，當有大風等極端天氣出現時，主網關得到某自動站采集到天氣要素風速達到15m/s以上。經過判斷，主網關下達指令打開該自動站附近自動站電源，進行加密觀測，1分鐘采集一次數據并上傳，以此保證氣象數據的及時性和有效性，對于研究某一段時間內天氣現象有重要幫助。

2.2 自動氣象站安全防護

無人值守的自動氣象站采用自動采集數據，給氣象工作者帶來便利的同時還存在一定的安全隱患，如果監控中心能夠在第一時間發現設備斷電，發出報警并能拍攝到現場發生的情況，并及時短信通知相關人員，就能及時解決問題，將損失降低到最小。

2.3 觀測要素異常報警

在空氣質量探測過程中，當GPS/MET將采集到的數據傳輸到子網關，子網關進行協議的轉換和數據傳輸，將信息傳輸到主網關。主網關得到GPS/MET發送過來的數據，對數據進行判斷，如果數據在異常范圍內，立刻告知報警器報警。主網關對數據進行封裝后通過3G網絡平臺分別傳送到主要負責人手機上。

2.4 氣象信息安全防護

氣象信息處是氣象資料存放的重要位置，有效避免信息處發生火災等情況的發生十分重要。以無線煙感為例，說明通信及感知節點的管理過程。當無線煙感系統探測到前端有煙霧狀況，通過通信傳輸到子網關，子網關進行協議轉換并將數據傳輸到主網關。主網關得到無線煙感發來的數據，立刻告知報警器報警，并立刻發送指令讓攝像頭拍照。主網關對數據封裝后發送到相關負責人手機上。負責人收到信息后，遠程下達命令，通過網絡平臺透傳到主網關，主網關控制前端自動干粉滅火器滅火。目前信息處的無線傳感設備已經包括漏水檢測、溫感、濕感等，隨著它們之間物物互聯自動組網程度的增加，信息處的安全措施越來越自動化。（見圖1）

3 結論

物聯網技術可以最大化地實現快速協議轉換和數據透傳。通過前端設備、網關、服務中心及用戶終端在異構網絡中的無縫互聯，在實現方便快捷高效管理和控制的同時，也最大化地將3G技術等高科技技術應用于生產生活，服務人民群眾，實現了網絡覆蓋和投資平衡。強大的通信功能基于接入商網關技術平臺，擴充了大量物聯網的特殊要求。因此，數字化氣象業務的蓬勃發展也離不開物聯網技術。從長遠來看，由于氣象業務需求的不斷變化，物聯網網關的形態將會呈現多樣化。

參考文獻：

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[2]黃海昆，鄧佳佳.物聯網網關技術與應用[J].電信科學，2010（4）：20-24.