一种气象观测系统的制作方法

1.本实用新型气象观测技术领域，尤其是一种气象观测系统。


背景技术：

2.目前针对于气象观测系统，采用监测设备进行监测，并将监测设备获取到的监测数据通过信号传输网络传输给位于远程的数据中心进行数据处理，并发布气象产品，但是针对于发生突然、变化迅速的强对流天气等观测、预报的情景而言，单纯依赖数据中心进行数据处理，则会存在监测设备数据难以同步，且由于数据量较大，数据传输时间长，传输延迟较大，数据处理不及时等问题，难以形成准确的气象预报。
3.且基于位置、用户和场景的天气、影响和风险气象服务中所需的大数据量、高并发处理的基础气象服务数据的采集、传输都需要较大的网络和处理资源支持，快速形成对应的气象服务并进行及时发布于受众对象更是困难。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供一种气象观测系统，能够有效的降低数据处理延迟，释放数据处理中心算力，提升及时数值预报服务能力，实现全天候、精细化气象服务的目的。
5.本实用新型实施例通过下述技术方案实现：
6.一种气象观测系统，包括气象数据观测模组、数据传输模组、信号传输网络以及数据中心，所述气象数据观测模组将测量的相关数据传输至所述数据传输模组，所述数据传输模组将测量的相关数据整合成数据包，所述数据包通过所述信号传输网络传输至所述数据中心，所述数据中心对所述数据包进行数据处理，还包括设置于气象数据观测模组与数据传输模组之间，具有数据处理功能的本地处理模组。
7.在现有技术中，常规气象观测系统的工作模式为：由气象数据观测模组进行气象监测，并收集气象数据，并通过信号传输模组将对应的信号转换，通过信号传输网络传输至数据中心，再由数据中心针对于气象数据进行预处理之后，再进行分析。在本方案中，在气象数据观测模组以及数据传输模组之间设置本地处理模组，在气象数据观测模组进行气象数据收集之后，将对应的气象数据传输给本地处理模组，通过本地处理模组对收集到的气象数据进行预处理，然后再传输给数据传输模组进行组包，并由信号传输网络传输至数据中心，通过本地处理模组的设置，实现气象数据的预处理，大大降低需要传输的气象数据的数据量，保证传输的效率，降低数据处理延迟，释放数据处理中心算力，提升及时数值预报服务能力，实现全天候、精细化气象服务的目的。
8.进一步的，所述信号传输网络为低轨卫星星座，在本地处理模组完成数据处理以及数据传输模组完成数据组包后，将相关数据包通过低轨卫星星座实现数据的传输，通过采用低轨卫星星座，能够实现不同位置的数据采集与传输，能够有效的解决了没有通信网络覆盖地区的气象监测能力欠缺，气象观测和气象服务无法开展和部分气象观测站因处于高山区域、河流沿线，以及广阔海洋等地面通信网络覆盖能力较弱的区域，而造成气象观测
数据收集传输和分发时效高于分钟级、网络带宽承载压力大等问题。
9.进一步的，所述气象数据观测模组还包括用于收集气象数据观测模组状态信息的设备状态信息观测单元、用于收集气象数据观测模组位置信息的位置信息观测单元；所述设备状态信息观测单元以及所述位置信息观测单元的数据输出端与本地处理模组的数据采集端连接。
10.进一步的，所述数据中心包括用于处理数据包中相关气象数据并发布综合气象预报的数据处理端；所述气象观测系统还包括接收所述数据处理端发布的综合气象预报的接收端。
11.进一步的，所述本地处理模组为能够实现数据本地清洗，质控、加工、融合等功能的fpga板卡。
12.进一步的，所述数据传输模组包括第一数据传输模块、第二数据传输模块以及控制模块，所述控制模块用于控制第一数据传输模块以及第二数据传输模块；所述信号传输网络包括与第一信号传输网络以及第二信号传输网络，所述数据包通过第一数据传输模块沿第一信号传输网络传递至数据中心，形成第一传输路径；所述数据包通过第二数据传输模块沿第二信号传输网络传递至数据中心，形成第二传输路径。
13.进一步的，所述第一数据传输模块支持地面移动通信网络传输协议，所述数据包通过所述第一数据传输模块沿第一传输路径实现基于地面移动通信网络传输。
14.进一步的，所述数据传输模组还包括信号质量检测模块，所述信号质量检测模块与所述控制模块信号连接，所述信号质量检测模块可根据第一传输路径以及第二传输路径的传输信号质量，进行路径切换。
15.进一步的，所述第二数据传输模块支持低轨卫星星座传输协议，所述数据包通过所述第二数据传输模块沿第二传输路径实现基于低轨卫星星座的传输，由所述低轨卫星星座传输至数据中心。
16.进一步的，所述气象数据观测模组还包括用于收集气象数据观测模组位置信息的位置信息观测单元，所述第一数据传输模块支持地面移动通信网络传输协议，所述数据包可通过所述第一数据传输模块沿第一传输路径实现基于地面移动通信网络传输；所述第二数据传输模块支持低轨卫星星座传输协议，所述数据包可通过所述第二数据传输模块沿第二传输路径实现基于低轨卫星星座的传输。
17.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.1、本实用新型涉及的一种气象观测系统，通过在气象数据观测模组、数据传输模组设置本地处理模组，实现气象数据的预处理，能够有效的降低数据处理延迟，释放数据处理中心算力，提升及时数值预报服务能力，实现全天候、精细化气象服务的目的；
19.2、本实用新型涉及的一种气象观测系统，通过针对于具体气象数据观测模组的位置设置，能够实现气象观测系统针对于偏远地区通信能力有限的问题，实现气象观测与气象预报发布；
20.3、本实用新型涉及的一种气象观测系统，通过采用低轨卫星网络传输，能够保证信号的全球覆盖以及数据传输的稳定性；
21.4、本实用新型涉及的一种气象观测系统，通过有针对性的传输路径的选择，在保证数据传输稳定性的前提下，针对现有资源充分利用。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
23.图1为本实用新型实施例示意图；
24.图2为本实用新型实施例信号传输网络示意图。
25.附图中标记及对应的零部件名称：
[0026]1‑
气象数据观测模组、2
‑
数据传输模组、21
‑
第一数据传输模块、22
‑
第二数据传输模块、3
‑
信号传输网络、4
‑
数据中心、41
‑
数据处理端、5
‑
本地处理模组、6
‑
设备状态信息观测单元、7
‑
位置信息观测单元。
具体实施方式
[0027]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
[0028]
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0029]
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0030]
在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
[0031]
实施例
[0032]
如图1所示，在本技术的一个实施例中提供了一种气象观测系统，包括气象数据观测模组1、数据传输模组2、信号传输网络3以及数据中心4，所述气象数据观测模组1将测量的相关数据传输至所述数据传输模组2，所述数据传输模组2将测量的相关数据整合成数据包，所述数据包通过所述信号传输网络3传输至所述数据中心4，所述数据中心4对所述数据包进行数据处理，还包括设置于气象数据观测模组1与数据传输模组2之间，具有数据处理功能的本地处理模组5。
[0033]
在现有技术中，常规气象观测系统的工作模式为：由气象数据观测模组1进行气象监测，并收集气象数据，并通过信号传输模组将对应的信号转换，通过信号传输网络3传输至数据中心4，再由数据中心4针对于气象数据进行降噪等预处理之后，再进行分析。在本实施例中，在气象数据观测模组1以及数据传输模组2之间设置本地处理模组5，在气象数据观
测模组1进行气象数据收集之后，将对应的气象数据传输给本地处理模组5，通过本地处理模组5对收集到的气象数据进行预处理，降低信号噪音，然后再传输给数据传输模组2进行组包，并由信号传输网络3传输至数据中心4，通过本地处理模组5的设置，实现气象数据的预处理，大大降低需要传输的气象数据的数据量，保证传输的效率，降低数据处理延迟，释放数据处理中心算力，提升及时数值预报服务能力，实现全天候、精细化气象服务的目的。
[0034]
其中，所述气象数据观测模组1包括多个预设接口，所述预设数据接口包括rj
‑
45、rs232、rs485、振弦式传感器接口，通过预设接口连接多个观测传感器获取观测信息；其中观测传感器包括温度传感器、湿度传感器、降雨量传感器、风向传感器、风速传感器、大气压传感器、能见度传感器、位移观测传感器、视频传感器、gnss接收机及天线，观测信息包括温度、湿度、降雨量、风向、风速、大气压、能见度、位移观测、视频数据。
[0035]
其中，所述预设数据接口支持nb
‑
iot、lora、2g/3g/4g/5g无线传输协议。
[0036]
需要说明的是，所述本地处理模组5对数据进行预处理，所述处理可为数据本地清洗，质控、加工、融合等现有数据处理手段，将数据处理放置于气象数据观测模组1的本地端，改变观测系统的连接关系，提供一种新的观测系统构造，实现了数据的预处理。
[0037]
需要说明的是，所述本地处理模组5可通过气象数据观测模组1的接口与气象数据观测模组1、数据传输模组2连接，也可直接集成在数据传输模组2中，也可直接集成在气象数据观测模组1中。
[0038]
在一些可选的实施例中，所述信号传输网络3为低轨卫星星座，在本地处理模组5完成数据处理以及数据传输模组2完成数据组包后，将相关数据包通过低轨卫星星座实现数据的传输，通过采用低轨卫星星座，能够实现不同位置的数据采集与传输。
[0039]
在本实施例中，采用低轨卫星星座作为信号传输网络3，通过利用低轨卫星星座实现信号的传输，信号全球覆盖，能够有效的解决了没有通信网络覆盖地区的气象监测能力欠缺，气象观测和气象服务无法开展和部分气象观测站因处于高山区域、河流沿线，以及广阔海洋等地面通信网络覆盖能力较弱的区域，而造成气象观测数据收集传输和分发时效高于分钟级、网络带宽承载压力大等问题。
[0040]
需要说明的是，低轨卫星星座包括多个低轨卫星，低轨卫星间通过星间链路实现信号传递，本地处理模组5将经过处理后的数据传输给数据传输模组2，再由数据传输模组2组包，在通过低轨卫星星座实现信号的传输，所述数据包发送至正在过境的能够建立最佳通信链路的低轨卫星，然后相关数据包在太空中通过星间链路实现低轨卫星间的传递，在相关数据包传递至可与数据中心4建立最佳通信链路的低轨卫星时，再直接传递给数据中心4，通过信号传输路径的设置，进一步降低了数据丢失的风险，提高了传输效率。
[0041]
在一些可选的实施例中，所述气象数据观测模组1还包括用于收集气象数据观测模组1状态信息的设备状态信息观测单元6、用于收集气象数据观测模组1位置信息的位置信息观测单元7；所述设备状态信息观测单元6以及所述位置信息观测单元7的数据输出端与本地处理模组5的数据采集端连接，通过设置设备状态信息观测单元6以及位置信息观测单元7，方便针对于相关对应的观测设备进行资产管理，且通过位置信息观测单元7的设置，能够准确的获取对应设备的经纬度信息，可基于该经纬度信息进行信号传输路径上的地面移动通信网络强度判断。
[0042]
其中，气象数据观测模组1的状态信息包括但不限于运行状态，安全状态等，通过
对气象数据观测模组1的状态信息进行观测，不仅仅能够方便运营方实现资产管理，也能够方便实时的对气象数据观测模组1进行监测，保证运行安全和财产安全。
[0043]
需要说明的是，设备状态信息观测单元6以及位置信息观测单元7均可分别直接集成在气象数据观测模组1中，也可以通过在气象观测单元设置多个数据接口，实现设备状态信息观测单元6与气象观测单元的连接。
[0044]
在一些可选的实施例中，所述数据中心4包括用于处理数据包中相关气象数据并发布综合气象预报的数据处理端41；所述气象观测系统还包括接收所述数据处理端41发布的综合气象预报的接收端，通过设置接收端，能够将数据处理端41处理后的气象信息及时反馈给用户，用户能够基于对应的信息作出判断，及时响应，避免造成损失。
[0045]
其中，数据中心4的数据处理端41在接收经过本地处理模组5处理的数据包后，对相关数据进行解码、分析和数据挖掘，通过气象数据的输入，高效生产出综合气象预报。数据处理端41接收综合气象预报可通过低轨卫星也可通过地面移动通信网络，具体的根据地面移动通信网络覆盖情况进行判定。
[0046]
在一些可选的实施例中，所述本地处理模组5为能够实现数据本地清洗，质控、加工、融合等功能的fpga板卡，通过将fpga板卡设置于气象数据观测模组1的本地端，提供了一种新的观测系统构造，通过对处理模组的连接关系改进，实现了数据的预处理。
[0047]
如图2所示，在一些可选的实施例中，所述数据传输模组2包括第一数据传输模块21、第二数据传输模块22以及控制模块，所述控制模块用于控制第一数据传输模块21以及第二数据传输模块22；所述信号传输网络3包括与第一信号传输网络3以及第二信号传输网络3，所述数据包通过第一数据传输模块21沿第一信号传输网络3传递至数据中心4，形成第一传输路径；所述数据包通过第二数据传输模块22沿第二信号传输网络3传递至数据中心4，形成第二传输路径，所述第一数据传输模块21支持地面移动通信网络传输协议，所述数据包通过所述第一数据传输模块21沿第一传输路径实现基于地面移动通信网络信号的传输；所述第二数据传输模块22支持低轨卫星星座传输协议，所述数据包通过所述第二数据传输模块22沿第二传输路径实现基于低轨卫星星座的传输。
[0048]
需要说明的是，所述地面移动通信网络包括但不限于2g网络、3g网络、4g网络、5g网络以及基于移动通信网络的nb
‑
iot网络。
[0049]
其中，第一数据传输模块包括射频通信模块，所述射频通信模块为成都定位电子技术有限公司的fmc205s；可通过fmc接口与fpga板卡连接，实现射频通道与通信基带的连接；可通过sma接口以及馈线与天线连接。
[0050]
其中，第一数据传输模块还包括数据和信号处理模块，所述数据和信号处理模块为采用fpga板卡，型号为xilinx zc 706。
[0051]
其中，所述控制模块可实现第一数据传输模块21以及第二数据传输模块22的同时开启或关闭，或者择其一实现开启，另一个关闭。
[0052]
需要说明的是，在一个具体实施情况下，例如申请号202021419201.2公开了一种基于天基物联网的数据采集终端，其在终端侧设置有信号质量判断模块，所述信号质量判断模块与所述控制模块信号连接，在所述数据终端装置会自动根据第一传输路径以及第二传输路径的通信链路状况择优选用信号好的通信链路。另外，还可首先基于待观测区域内的地面移动通信网络信号实现数据传输，在相关数据信号变差时，出现断点时，控制装置直
接实现信号传输路径由第一路径向第二路径的切换，保证了数据传输的即时，在该情况时，能够有效的节约能源，但是可能存在信号不稳点，切换较慢，影响数据包传输的情况。在一个具体实施情况下，例如申请号cn201720255296.0公开了一种根据信号强度自行切换的工控设备，在数据中心设置有信号质量判断模块，其通过计算对应的信号质量，进行信号质量比较，再实现传输路径的切换。在另一个具体实施情况下，首先基于待观测区域内的地面移动通信网络信号实现数据传输，在相关数据信号变差时，出现断点时，数据中心4立即发送切换信号，实现信号传输路径由第一路径向第二路径的切换，保证了数据传输的即时，在该情况时，能够有效的节约能源，但是可能存在信号不稳点，切换较慢，影响数据包传输的情况。
[0053]
其中，所述信号质量包括但不限于信号功率电平值，信号误码率，信号eb/n0值等。
[0054]
在一些可选的实施例中，气象数据观测模组1还包括位置信息观测单元7，所述位置信息观测单元7，用于收集气象数据观测模组1的位置信息，通过位置信息观测单元7，能够实时的获取气象数据观测模组1的具体定位，针对于气象数据观测模组1位置可能存在变化的场景，例如河流，海洋等场景，实时定位，预先判定具体位置，并通过计算位置走向，结合气象数据观测模组1位置与数据中心4位置中间区域内地面移动通信网络覆盖情况，主动切换第一传输路径或第二传输路径，实现信号路径的切换，基于本实施例，在设定气象数据观测模组1时，既能通过具体位置确定具体的信号传输路径，且通过位置变换实现传输路径变化的可控，降低运营成本。
[0055]
基于本实施例的一种具体实施情况时，基于气象数据观测模组1的设置位置，在前期没有地面移动通信网络覆盖，直接通过低轨卫星星座进行信号传输，在后期随着观测位置的变化或网络基站的建设，实现了地面移动通信网络覆盖，可实现输出路径的切换；在另一种具体实施情况时，基于气象数据观测模组1的设置位置，前期有地面移动通信网络覆盖，在后期随着观测位置的变化或网络基站的建设，地面移动通信网络覆盖信号质量较差或没有覆盖，切换输出路径，通过低轨卫星星座进行信号传输。
[0056]
需要说明的是，在后期随着观测位置的变化或网络基站的建设，包括但不限于所述观测位置位于河流海洋中，随着水流运动，相对位置发生变化，无地面移动通信网络信号覆盖；所述网络基站的建设，是相关地面移动通信网络的运行商，考虑运营成本或维护成本，改建或拆除基站，实现地面移动通信网络的覆盖情况发生变化。
[0057]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。