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)應用在氣象探測領(lǐng)域，對于提高氣象要素的自動(dòng)化探測水平有著(zhù)重要的意義，可以有效改善現有自動(dòng)站設備功耗大、觀(guān)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(shí)效性不夠等問(wèn)題，是未來(lái)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(zhuān)項“地面智能集成觀(guān)測站及業(yè)務(wù)軟件研發(fā)”于2010年9月開(kāi)始實(shí)施。該項目的主要目標是將現代物聯(lián)網(wǎng)與智能傳感器技術(shù)應用到地面自動(dòng)氣象站，研制出測量精度更高、穩定性更強、探測數據可信、具備設備狀態(tài)信息與數據質(zhì)量輸出參數的新一代智能氣象傳感器;研發(fā)地面臺站集成技術(shù)，將現有分立觀(guān)測設備集約化管理，實(shí)現探測數據的集中采集、傳輸、設備集中控制;建立臺站數據庫，實(shí)現完整的內部質(zhì)量控制;編制業(yè)務(wù)軟件，實(shí)現要素集約化顯示、服務(wù)產(chǎn)品制作功能;編寫(xiě)對應的管理規范與技術(shù)標準。

　　勇于創(chuàng )新努力攻克技術(shù)難題

　　在整個(gè)項目中，智能傳感器的研制和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用既是創(chuàng )新點(diǎn)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(wèn)題。

　　智能傳感器擔負著(zhù)將各要素傳感器采集到的信息數據進(jìn)行預處理、規范化并傳輸給中央協(xié)調器的任務(wù)，也完成中央協(xié)調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(dòng)氣象站的基礎。不同要素的傳感器其原理、結構各有特點(diǎn)，輸出數據格式也不盡相同，有連續模擬信號，有數字脈沖信號，還有頻率信號。為此，需根據傳感器的特點(diǎn)，針對性地開(kāi)發(fā)信號調理電路，再使用MCU(微控制單元)將其進(jìn)行統一的數據格式轉換。電路設計中需重點(diǎn)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(guān)測站內各要素智能傳感器采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)是實(shí)現多要素采集、臺站觀(guān)測集約化的核心。對每個(gè)智能傳感器分配相應ID，使用中央協(xié)調器構建星型、樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )拓撲結構;通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)軟件設計使網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)成為全功能設備，具備控制器、數據雙向交換、遠程監視和控制管理等功能;中央協(xié)調器增加端口故障自檢和配置信息恢復功能;對各智能傳感器和中央協(xié)調器進(jìn)行控制程序編寫(xiě)，建立傳感器到中央協(xié)調器乃至非本地中心站的通信通道，從而實(shí)現智能傳感器的物聯(lián)。

　　充分交流共同推動(dòng)項目前進(jìn)

　　項目至今已實(shí)施了10個(gè)月，各項任務(wù)進(jìn)展良好，為了更好地促進(jìn)智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在常規氣象要素探測領(lǐng)域的應用，中國氣象局氣象探測中心于6月8日在北京召開(kāi)專(zhuān)題技術(shù)交流研討會(huì )。會(huì )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)都是現代化的高新技術(shù)，將其應用到氣象領(lǐng)域能有效提高探測能力，希望通過(guò)氣象探測工程技術(shù)研究中心這樣一個(gè)“開(kāi)放、流動(dòng)、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(kāi)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(zhuān)題技術(shù)報告，從智能傳感器的概念、如何開(kāi)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(gè)方面詳細闡述了這些前沿技術(shù)的概念，并描繪了將其應用到氣象探測領(lǐng)域后所帶來(lái)的美好前景。此外，會(huì )議還制定了各常規氣象要素智能傳感器的數據幀格式、狀態(tài)幀格式、測控命令格式與通信接口。