北斗气象应用方案概要.docx

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北斗气象应用方案概要

基于北斗系统的

气象监测应用方案

目录

1.概述2

1.1.系统建设背景2

1.2.北斗系统介绍3

2.系统结构说明5

2.1.结合地面网络的组网方案5

2.2.基于指挥机（北斗卫星网络）的组网方案6

3.系统特点8

3.1.适合气象应用的压缩分包编码方式8

3.2.独特的远程控制体制8

3.3.电信级的运营服务平台8

3.4.一点接入，全网覆盖9

4.北斗一号应用于气象行业的优势10

4.1.北斗一号系统的特点10

4.2.用于气象行业的优势10

4.2.1.解决边远台站通信问题，提高传输质量和时效性11

4.2.2.改造现有台站，提高数据通信的安全性11

4.2.3.能更好地应对地震等重大灾害12

1.概述

1.1.系统建设背景

我国幅员辽阔，自然条件复杂，是世界上自然灾害最严重的国家之一。

在各类自然灾害中，气象灾害占70%以上。

据统计，我国每年因各种气象灾害造成的农田受灾面积达3400万公顷，受干旱、暴雨、洪涝和热带风暴等重大气象灾害影响的人口约达6亿人次，造成的经济损失约占国内生产总值（GDP）的3%~6%。

面对频繁发生的气象灾害，气象事业必须把防灾减灾放在气象公共服务的首位，加快公共气象服务体系建设，及时、主动、准确地为社会公众提供气象服务产品，为政府决策和防灾减灾提供客观、科学的依据，才能不断满足建设和谐社会的要求。

因此，提供更加准确及时的气象预警预报，进一步提高社会各行业抗御灾害的能力，最大限度地保护人民生命财产的安全，是气象事业承担的重要使命。

随着我国的气象台网建设范围的扩大、监测密度和监测精度的提高，对气象监测数据传输的时效性、稳定性和可靠性提出了更高的要求。

特别是对于边远地区和地面通信网难以覆盖的地区，通信问题一直是困扰站点建设的难点。

将北斗一号相关技术与气象监测数据的传输需求相结合，研发出了基于北斗系统的气象数据传输系统（以下简称“本系统”），能有效解决边远地区气象站数据传输问题。

1.2.北斗系统介绍

2000年我国成功发射了“北斗一号”地球同步轨道导航定位卫星，标志着我国已进入自主拥有卫星导航定位系统的先进国家行列，为在未来多元化卫星导航定位系统应用体系中占有一席之地，形成了具有我国特色的卫星导航定位应用产业。

北斗系统不仅解决了我国无自主导航系统的问题，同时与其他导航定位系统比较，它有独特的优势和广阔的应用前景，有巨大的经济和社会价值。

北斗系统主要有三大功能：

快速定位，为服务区域内的用户提供全天候、实时定位服务，定位精度与GPS相当；短报文通信，可传输汉字和数字信息；精密授时，精度达20纳秒。

北斗应用有五大优势。

一，它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持。

而GPS只能定位。

二，覆盖范围大，没有通讯盲区。

北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国、也可为周边国家服务。

三，特别适合于集团用户大范围监控管理和数据采集用户数据传输应用。

四，融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源，因此也可利用GPS使之应用更加丰富。

五，自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用。

因此，系统可以在气象、森林防火、交通运输、铁路运输、船舶海上作业等领域为我国及周边国家提供各类导航定位服务，还可以针对水文监测、石油生产、煤矿安全生产、精准农业、野外地质勘查、旅游以及金融系统监管等领域提供各类卫星数据通信服务。

2.系统结构说明

本项目系统包含三个子系统：

已安装北斗终端设备的气象站（以下简称气象站）、北斗卫星综合信息运营服务平台数据采集子系统、用户监测中心。

2.1.结合地面网络的组网方案

图1结合地面网络的系统组网方案

气象站将数据重编码为北斗通信编码，通过北斗卫星系统数据链路传送至北斗运营服务平台，经平台数据采集子系统进行数据解析、整编后转发，通过地面专线传输至中国气象局信息中心，实现对监测数据的远程采集；同时系统会将数据到达情况通过北斗气象综合探测资料实时监视与统计平台GIS界面实时展现出来，便于管理部门实时了解站点工作情况；用户也可以通过北斗运营服务平台对气象站发送修改发送频度、重发数据等控制指令。

该组网方案具有以下特点：

✪采用卫星通信网络与地面通信网络相组合的方式，具有容量大、组网灵活的特点；

✪可直接调用北斗卫星综合数据服务平台GIS、数据检索等引擎，功能强大，方便二次开发；

✪可直接通过平台对终端进行控制，初期投资少。

2.2.基于指挥机（北斗卫星网络）的组网方案

图2基于卫星网络的系统组网方案

气象站将数据重编码为北斗通信编码，通过北斗卫星系统数据链路传送至北斗运营服务平台，经平台数据采集子系统进行数据解析、整编后转发，通过北斗卫星网络将数据发送至架设在用户监测中心的北斗指挥型用户机，用户监测中心系统程序从指挥机获取数据后存入数据库，实现对监测数据的远程采集；用户也可以通过北斗指挥机对气象站发送修改发送频度、重发数据等控制指令。

该组网方案具有以下特点：

✪采用北斗卫星网络进行组网，不受地面通信网络中断的影响；

✪所有设备均可固定安装和车载（船载）安装，便于架设移动监测网络或移动指挥中心；

✪受指挥机容量限制，适合终端数量不大于100台的应用。

2.3.基于移动目标的监控

系统能提供移动目标监控功能。

当野外人员携带便携式北斗用户机或在车辆上安装车载式北斗用户机后，北斗用户机能将位置信息、时间信息上报至中心，用户可以通过北斗监控平台对人员和车辆进行监控，以保障野外工作人员安全。

同时中心能与用户机进行短信互通，及时了解现场工作情况、发送指挥调度指令。

目前该监控平台已能提供全国主要城市交通图，部分城市能达到1：

5000。

监控平台界面

3.系统特点

3.1.适合气象应用的压缩分包编码方式

北斗终端通过串口与业务机或自动气象站数据采集器连接，业务机或数据采集器内写入了北斗基于北斗的气象应用协议，并将数据根据该协议压缩、重编码为北斗通信编码，针对超长数据自动分包，然后通过北斗卫星系统数据链路传送，从而大大提高了系统的性能和适用性。

3.2.独特的远程控制体制

边远地区气象站、特别是自动气象站交通不便、维护困难。

本系统具有独特的基于卫星网络的远程控制指令集，使用户能方便的通过远程的方式控制终端工作方式、配置参数或索取历史数据，从而大大提高了业务工作效率和管理水平，同时降低了业务成本。

3.3.电信级的运营服务平台

北斗卫星综合运营服务平台具有强大的中间件集群和数据库集群，具有高并发、高可靠、大容量特性。

提供7X24小时不间断服务，十万级系统容量。

并且能对平台中的各类IT资源进行每时每刻的运行状态监控。

包括服务器、存储、网络设备等硬件资源及数据库、中间件、应用软件等软件资源。

当硬件设备的数量达到一定的规模，业务KPI指标监控等方式已不能满足设备的稳定运行和应用的连续性要求，实施系统资源的动态管理就显得尤为重要。

我公司还开通了24小时的客服电话4006288228，随时为用户提供帮助。

3.4.一点接入，全网覆盖

利用开放式结构开发软件，有机的结合了卫星网络和地面网络，使用户能方便灵活的组网，满足不同应用、不同地域的用户需求。

4.北斗一号应用于气象行业的优势

4.1.北斗一号系统的特点

北斗系统是一个双向闭环系统，具有实时性强、用户设备简单，定位兼容通信，远距离传送信息，可与多种传感器相连遥测各种环境参数等特性。

该系统可以根据不同行业的不同应用需要，提供包括基本服务功能和增强服务功能在内的多种实时应用服务。

1）基本服务包括：

定位信息、导航服务、报文通信、精密授时和GPS差分信息广播；

2）增强服务包括：

群、组呼，遇险安全告警等功能。

4.2.用于气象行业的优势

北斗一号系统强大的并发处理能力，使得气象监测数据的传输快捷、及时，并且可以使从省到市（地）、区（县）的各级职能部门都能在第一时间同时收到的监测数据。

同时，北斗一号系统的军用保密性和抗干扰性，也保证了监测数据传输的可靠性和准确性。

与其它卫星系统相比北斗一号终端的天线和主机体积小巧，安装方便维护简单，可保证长时间的免维护使用要求。

同时，由于终端采用L和S频段，抗雨衰性强，雨雪天气不受影响。

系统组网方便，操作简单。

更为重要的是，北斗系统是我国自主知识产权、国内政策主导、不受国际形势变化影响、覆盖范围大，与其它卫星系统相比，终端成本和卫星通信费用相对较低，并具有进一步降低的潜能。

4.2.1.解决边远台站通信问题，提高传输质量和时效性

气象气候预报和灾害预警监测对于保障国家和人民生命财产安全至关重要。

及时、准确、可靠是对气象通信业务的基本要求，采用先进可靠的通信技术十分必要。

边远气象台站一般都处在人烟稀少、条件艰苦、通信条件极差、没有电力供应或电力极缺的地区和海岛、高山等通信条件极其不便的地方。

对于我国边远气象台站气象探测资料的收集问题一直是中国气象局十分关注的事情。

自从自动气象站布点后，对气象探测资料的收集无论从观测的频度和密度都大大提高了，原有的单边带、人工拨号等通信手段无论从传输的时效性和可靠性方面都不能满足日益发展的大气探测自动化系统的要求。

对此类站点进行通信条件改造，采用北斗系统实现气象资料的及时、准确传输，是一项十分迫切的任务。

4.2.2.改造现有台站，提高数据通信的安全性

我国现有的约3000个地面观测台站中，受当地通信条件限制，其中一些台站至今缺乏有效的备份通信手段，在当前的通信方式发生故障时，采集到的气象监测数据就难以传到主站，气象通信业务的安全性和时效性难以得到保障，进而影响到天气预报的及时、准确性。

采用北斗系统对此类站点进行技术改造，用天地系统互作备份通信手段，将大大提高此类气象站点数据通信的可靠性，保障气象数据持续、稳定、及时的传输，从而提高预报的时效和精度，具有十分重要的意义。

4.2.3.能更好地应对地震等重大灾害

四川汶川大地震导致通讯全面中断，部队只能派直升机从空中侦察灾情。

这次举世皆惊的浩劫，导致汶川多个地区房屋坍塌，线缆中断、电力中断、网络拥塞，地面道路损毁，在地震发生当天，灾区移动基站中断，通讯几乎完全中断，固话、手机完全失去作用，汶川真正成为一座孤城，与外界断绝了联系。

地震发生后，依赖地网传输的常规气象站点获取的气象数据不能及时送外外界，导致救援直升机无法在救援区域降落。

在地面通讯完全中断后，只能依赖卫星通讯，而相比于其它卫星经常发生的堵塞现象，北斗卫星却能高效地投入服务，为抗震救灾发挥了重要作用。

4.2.4.能提供车载和单人移动应用

能与应急气象观测车相结合，通过北斗卫星网络实时传送监测数据和位置、时间信息，并能接收指挥中心各类指令，高效、可靠地完成应急观测工作。

野外作业人员能通过手持型用户机与中心通信，解决手持气象设备数据传输问题，提高野外气象观测效率；同时，指挥中心能监控野外作业人员位置，保障作业人员安全。