祁紅彥， 劉立兵， 陳嘉沛， 許德生

(1.成都市氣象局，四川成都610072;2.成都潤聯(lián)科技有限公司，四川成都610045)

0 引言

在人工影響天氣業(yè)務工作中，高炮作為主要的地面播撒工具在防雹增雨、消云減雨等人工影響天氣活動中發(fā)揮重要作用［1-4］。經(jīng)過50多年的發(fā)展，中國人工影響天氣作業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，作業(yè)頻次逐漸增加，基層人影作業(yè)點的信息上報大多采用電臺口述方式，且因高炮作業(yè)人員素質(zhì)層次不齊以及無線電應用范圍的不斷擴展，在上報作業(yè)信息時易出現(xiàn)噪音大、音頻丟失和失真現(xiàn)象，使指揮人員較難實時掌握作業(yè)現(xiàn)場情況，降低作業(yè)效率［5-6］。

GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展而來的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸快、實時性強、通信質(zhì)量高、費用低的優(yōu)點，并可直接與Internet互通，較好地滿足人工影響天氣作業(yè)通信的需要［7-9］。通過在地面高炮作業(yè)終端架設仰角采集器、方位角和用彈量監(jiān)測模塊，利用GPRS無線傳輸技術(shù)，作業(yè)完成后自動將作業(yè)時的仰角、方位角、用彈量和起止時間等作業(yè)信息上傳到中心服務器端的數(shù)據(jù)庫中，并通過Web頁面在GIS上展現(xiàn)各作業(yè)點的實況信息，有利于指揮人員在大規(guī)模指揮地面高炮作業(yè)時，實時動態(tài)掌握各個高炮點的作業(yè)狀態(tài)［10-13］。

針對目前地面高炮在人工影響天氣作業(yè)數(shù)據(jù)信息采集中的隨意性和模糊性［14-15］，研發(fā)的基于GPRS的高炮作業(yè)信息自動采集管理系統(tǒng)已在成都市人工影響天氣業(yè)務中投入應用，該系統(tǒng)利用傳感采集技術(shù)、自動控制技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡及無線通信技術(shù)，結(jié)合Web、GIS、數(shù)據(jù)庫等計算機應用技術(shù)，依托設備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建高炮作業(yè)信息采集前端和客戶端的作業(yè)信息收集處理平臺，實現(xiàn)成都市人工影響天氣作業(yè)采集與管理的現(xiàn)代化功能。

1 系統(tǒng)設計

1.1 硬件設計

高炮作業(yè)信息自動采集終端由方位角采集器、仰角采集器、用彈量監(jiān)測模塊以及配套供電電源組成，各設備性能指標如表1所示。采集終端及附件具有防雷擊措施，能夠在-30℃ ～70℃正常工作，具備防水功能，安裝及維護簡捷方便，內(nèi)置鋰電池達到2000 MAH以上，采用民用充電方式進行充電。作業(yè)信息采集終端的仰角監(jiān)測模塊基于微機電系統(tǒng)的高精度、高靈敏度傳感器，內(nèi)部集成MCU(微控制單元)，采用濾波算法，確保仰角數(shù)據(jù)的可靠性，通過工業(yè)RF(433M無線通訊)短距離傳輸給方位角內(nèi)的集成通訊模塊。用彈量的測量采用三軸重力加速度傳感器監(jiān)測射擊動作，利用光電傳感器記錄彈殼的數(shù)量，再通過485總線連接到方位角集成處理器上。方位角測量基于微機電系統(tǒng)的傳感器配合高精度角位移測量傳感器，通過數(shù)據(jù)融合算法，實時監(jiān)測高炮當前方位，系統(tǒng)采樣頻率達到1KHz以上，最終通過GPRS通訊模塊將設備的狀態(tài)及作業(yè)信息上傳到人影指揮中心服務器上，采集終端的硬件架構(gòu)如圖1所示。

表1 高炮作業(yè)信息采集終端參數(shù)表

圖1 高炮作業(yè)信息采集終端設計架構(gòu)

1.2 軟件設計

高炮作業(yè)信息自動采集管理系統(tǒng)采用C++編寫，完成作業(yè)信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、人影顯示終端數(shù)據(jù)庫的開發(fā)，并以Web呈現(xiàn)設備信息和作業(yè)信息，程序流程圖如圖2所示。作業(yè)前打開采集終端設備，完成初始化并注冊到服務器，用彈量監(jiān)測模塊監(jiān)測到有發(fā)射動作時，記錄當前的仰角、方位角、作業(yè)時間等信息，通過GPRS通訊方式發(fā)送到人影指揮終端的數(shù)據(jù)庫服務器，系統(tǒng)中心平臺將作業(yè)信息通過手機短信方式向相關(guān)人員發(fā)送，也可通過Web網(wǎng)頁的方式查看作業(yè)及設備信息。

圖2 高炮作業(yè)信息采集管理系統(tǒng)程序流程

通過GPRS模塊傳輸，需對GPRS模塊進行設置以下參數(shù):(1)ID號:用以區(qū)分不同的高炮作業(yè)點采集終端;(2)重撥時間間隔:GPRS模塊連接到GPRS網(wǎng)絡上，啟動每一輪連接的時間間隔;(3)端口和IP地址:設置人影指揮中心平臺的端口和主機IP地址;(4)手機號:系統(tǒng)通過短消息將作業(yè)及設備信息發(fā)送到指定的手機用戶;(5)通信端口設置:GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端RS232支持多個波特率的傳輸方式。

2 系統(tǒng)組成

地面高炮作業(yè)信息自動采集管理系統(tǒng)由作業(yè)信息數(shù)據(jù)采集終端、GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、作業(yè)信息收集處理平臺和作業(yè)信息顯示與管理終端組成，系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。數(shù)據(jù)采集終端把接收到的方位角、仰角、用彈量、作業(yè)起止時間等信息通過GPRS模塊，實現(xiàn)與GPRS網(wǎng)絡的連接，作業(yè)信息經(jīng)服務支持節(jié)點(SGSN)封裝后通過GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(GGSN)進行通信，發(fā)送至目標網(wǎng)絡及信息收集管理平臺服務器，客戶終端可以通過手機查看實時作業(yè)信息，也可以Web形式登陸服務器查看作業(yè)數(shù)據(jù)，并可對作業(yè)信息進行查詢管理等操作。

圖3 高炮作業(yè)信息采集管理系統(tǒng)拓撲圖

2.1 地面作業(yè)信息管理

地面作業(yè)信息管理自動接收處理由信息采集終端發(fā)送的作業(yè)信息，實時呈現(xiàn)在作業(yè)信息列表中，實現(xiàn)了國家編碼、作業(yè)點代號及名稱、作業(yè)信息等要素的及時上傳，在審核通過后存入數(shù)據(jù)庫中。另外，可以通過人工方式對數(shù)據(jù)進行維護，具有新增、編輯、刪除、導入、導出數(shù)據(jù)等功能，利用查詢條件，實現(xiàn)了作業(yè)點所屬區(qū)市縣、作業(yè)類別、作業(yè)時間、作業(yè)工具的統(tǒng)計功能，快速對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總。

2.2 設備信息管理

設備管理可查看作業(yè)點數(shù)據(jù)采集終端的設備信息，包括使用的設備名稱、仰角和方位角的電量狀態(tài)、通訊狀況等相關(guān)的設備信息。依據(jù)設備所屬站點、設備類型、設備名稱、設備編號進行模糊查詢，并以列表的形式呈現(xiàn)或EXCEL表格導出。同時根據(jù)設備的使用狀態(tài)，可對相關(guān)數(shù)據(jù)進行編輯，方便后期的維護升級和管理服務。

2.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要包括人員信息、站點信息和供應商信息管理，具有作業(yè)人員證書編號、作業(yè)性質(zhì)、通訊方式、站點經(jīng)緯度、作業(yè)點類型等要素的編輯、刪除功能，圖4為作業(yè)信息自動采集管理系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理界面。

圖4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理圖

3 系統(tǒng)測試

為判斷基于GPRS的高炮作業(yè)信息自動采集管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集終端與管理網(wǎng)絡之間是否能穩(wěn)定高效的運行，對基于TCP協(xié)議的重要參數(shù)吞吐量和響應時間進行了測試(表2)。實驗數(shù)據(jù)分析表明在測試時間30分鐘內(nèi)吞吐量平均為0.018 Mbps，沒有發(fā)生丟包現(xiàn)象，而響應時間在0.7～1.3秒，平均約1秒，達到了數(shù)據(jù)傳輸及時高效的目的，滿足業(yè)務需求。

表2 GPRS網(wǎng)絡通信測試結(jié)果表

4 結(jié)束語

基于GPRS無線數(shù)據(jù)的遠程傳輸特點，實現(xiàn)了地面高炮作業(yè)信息的自動采集，系統(tǒng)具有實時性高、可靠性強等特點。對GPRS信號較弱的作業(yè)點，在信息采集終端模塊設置較高的天線增益或在作業(yè)點周圍架設GPRS信號功率放大器，也可通過與網(wǎng)絡服務商聯(lián)系建立基站，以增強數(shù)據(jù)的無線傳輸能力。開發(fā)的作業(yè)信息管理服務平臺通過Web方式可供人工影響天氣作業(yè)指揮人員實時動態(tài)掌握作業(yè)點作業(yè)狀況，高效地了解作業(yè)信息采集終端的設備狀態(tài)，對各類數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計方面提供了便捷，在各類人工影響天氣業(yè)務中具有較廣的推廣價值和借鑒作用。

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