基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统

基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统

【摘要】气象水文信息与工农业生产、百姓生活、军事活动、科学试验息息相关，构建一个科学合理、运行高效的气象水文信息系统，提高气象水文信息传输的实时性、信息处理的准确性、决策参考的科学性，从而使气象水文信息保障优质、高效。本文构建一个基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统，主要介绍系统组成、主要功能和应用情况。

【关键词】北斗卫星导航系统；气象水文信息系统；信息采集

气象水文信息与工农业生产、百姓生活、军事活动、科学试验息息相关，构建一个科学合理、运行高效的气象水文信息系统，提高气象水文信息传输的实时性、信息处理的准确性、决策参考的科学性，为优质、高效的气象水文信息保障提供有力的支持。北斗卫星导航定位系统是我国自主研发的卫星导航定位系统，集定位、短报文通信和授时三大功能于一体，基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统能较好地担当气象水文信息保障职责。

一、系统组成

气象水文信息系统主要由气象水文信息自动采集系统、信息传输系统、信息综合应用系统组成。

1.气象水文信息自动采集系统

气象水文信息自动采集系统由气象水文监测室及其所辖自动气象水文监测站、卫星遥测站、移动式气象水文数据采集终端、固定式气象水文数据采集终端和测量船等自动气象要素终端采集设备组成。

2.信息传输系统

数据传输系统由北斗卫星及定位总站组成。北斗卫星接收到采集终端发来的数据后，将其发送给定位总站。总站进行分拣后将数据通过北斗卫星发送到相应气象水文监测室的指挥型用户机；同时将所有数据通过地面链路发送到指控中心。定位总站通过逆向流程将指控中心发出的远程终端配置指令通过卫星发送到相应普通型用户机，由普通型用户机发送数据采集终端，进行系统识别码、采集频率等参数的修改。

3.信息综合应用系统

信息综合应用系统由信息分析处理机、信息显示设备、信息存储设备、信息应用工作站、网络互联设备、网络安全设备、信息交换处理机等组成。

二、系统功能

基于北斗卫星导航定位系统的气象水文信息系统的主要功能。

1.实时采集气象水文信息

信息采集系统通过对卫星发送信息采集请求信息，即可通过气象水文信息系统的专用通信终端对其发送定位指令，远端的卫星终端收到指令后，便自动将当地气象水文装备的具体位置及相关信息使用北斗卫星通讯链路实时传回。

2.实时查询气象水文信息

如果某个部门想查询当地的气象水文信息，即可通过气象水文信息系统的地方气象水文部门专用北斗通信终端对其发送查询指令，远端的卫星终端收到指令后，便自动将该地的气象水文信息使用北斗卫星通讯链路传回，管理平台的用户专用通信终端收到后即可在大屏幕上可视化显示该信息。

3.实时传输气象水文信息

在气象水文监测等监测任务执行过程中，气象水文信息系统通过北斗卫星定位导航系统将被监测终端所在区域的实时环境，发送至监测终端。同时，用监测端也能将收集到的待分析的环境信息发送给气象水文信息系统，当发现异常时气象水文信息系统利用地理信息系统，可以指定该区域内的相关部门接收端口的工作人员，向其发送数据分析结果，或利用监控中心北斗卫星通信专用通信终端的通播功能向该区域的一个或几个相关部门，或者全部的各级政府和各类部门群发分析结果。

4.电子地图

监控中心的数据库系统配置有包含全国陆地、海洋地理信息及交通相关信息的电子地图系统，并能在地图上动态显示监控及救援车辆和人员的具体位置及经纬度。

5.路线规划

该系统能基于电子地图进行动态和可视化路线规划，并将设定的路线数据发送给救援车辆和人员装载的用户终端，实时控制救援的车辆和人员按指定路线行驶。一旦受控救援的车辆和人员偏离指定路线，或者作业车辆和人员超速驾驶或超时驾驶或越界，系统便会自动报警。

6.修改远端测站参数

可远程监控远端测站的工作状态，并可修改远端测站的工作参数。

7.终端设备安装、维护简易

远端监测站使用的用户终端集成度高、外型小巧，安装简便；终端功耗小，适用于太阳能电池供电；终端设计抗恶劣环境，维护简易，可在无人值守状态下工作。

8.接收报警信息

该监控系统可接收来自各气象水文监测站或观测人员的报警信号，通过北斗卫星系统定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生灾害的地区迅速进行紧急援助或制定相应对策。

9.通信回执

预警系统的回执确认体制保证数据传输的可靠性，远端测站向中心站发送数据时，可以选择使用运营中心和中心站通信终端提供的各类回执信息，如发送成功/失败确认、接收成功/失败确认等，便于相应子系统及时确定下一步处理措施，直到全部数据准确无误地发送完成。

10.实时通信

该系统可以对各气象水文监测站、观测人员或救灾的车辆和人员发送各种信息，实现各车辆和人员与指挥中心间的通讯，进行统一指挥调度。

11.短信通信

该系统利用北斗卫星通信链路实现各用户终端间的短消息通信，并通过作业安全管理系统接入的GPRS网或CDMA网，可实现各用户终端与GSM或CDMA 的手机进行短消息通信。

12.信息分发和共享

数据通信系统支持将监控中心的信息分发到各分监控中心，同时支持其他远程监控节点在授权范围之内进行信息共享。

三、系统应用

该系统的应用能解决以下几个方面的问题。

1.时效性问题

以往的通过信息终端采集（包括人工观测和自动观测）到的气象水文信息，要通过气象台或气象室进行人工或计算机录入后，再通过相应的通信手段传输到气象中心，过程往往需要十几分钟到几十分钟，中间环节多，实时性差。不能满足关键事件，特别是突发事件处理对气象水文信息的时效性要求。而该系统通过

北斗卫星系统进行信息传输，基本是实时地完成同样过程。

2.长效性问题

目前气象水文信息的传递由于受限于通信信道，只能在任务期间进行，相关区域资料的积累时断时续，无法建立统一的数据库进行历史气象信息的存储，不能为试验任务事后分析和进行气象水文专项研究提供完整的资料。建立在北斗导航定位通信卫星系统之上的气象水文信息卫星平台将长年不问断工作，彻底地解决了这一问题。

3.有效性问题

因为目前各数据采集终端设备均没有时间统一系统，所以数据采集还是属于粗犷型的。同时上报的数据却不一定是同时采集的，而可能是在一个时间段内采集的，因而上报数据的即时有效性就得不到保证。而利用北斗卫星平台的统一授时功能，可使这一问题得到圆满解决。

4.通信条件受限问题

目前区域都处于比较边远的地区，试验场区，场站分布较广，对于气象系统来说，气象站更是分布较边远。由于基础设施缺乏，常规的通信手段都受到很大的限制，很多地方无法进行数据通信。而采用此系统后，各个测点与中心站随时都可以建立畅通的数据通信联系通道。

5.安全保密性

由于试验任务的特殊性，要求气象信息的传递安全，该平台充分利用北斗系统自身的安全保密性，不需要另外采取软硬件加密措施。系统依托于北斗导航定位卫星系统，实时采集和转发试验相关地（海）区气象水文数据，同时提供查询、显示、数据分析等功能，为预报人员及各级指挥部的预报、决策提供实时、全面、可靠的数据平台。