地面气象观测自动化系统的制作方法

本实用新型涉及气象观测自动化技术领域，具体涉及一种地面气象观测自动化系统。

背景技术：

地面气象观测指的是利用气象仪器和目力对靠近地面的大气层的气象要素值，以及对自由大气中的一些现象进行观测。随着科学技术的进步，地面气象观测业务正逐步向自动化观测方向发展。例如，通过自动化观测设备采集能见度、降水、天气现象和日照等数据，从而避免了人工观测引入的随机误差。

由于地面气象观测站中的数据采集设备无法同时接入大量自动化观测设备，往往需求将数据采集设备和一部分自动化观测设备接入综合集成硬件控制器，再通过综合集成硬件控制器接入地面气象观测站中的业务终端。但是，由于综合集成硬件控制器主要是通过串口技术实现业务终端与数据采集设备的相互通信，当业务终端包括多台终端设备时，多台终端设备需要通过综合集成硬件控制器顺次与数据采集设备通信，无法同时通过综合集成硬件控制器与数据采集设备通信来获取自动化观测设备的气象观测数据。进一步地，当地面气象观测站为局站分离式观测站时，观测站值班室与异地值班室中的业务终端也无法同时通过综合集成硬件控制器同时获取自动化观测设备的气象观测数据。

相应地，本领域需要一种新的地面气象观测自动化系统来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决当存在多个业务终端或业务终端包括多台终端设备时，如何实现所有业务终端或终端设备均能够实时地获取地面气象观测站的气象观测数据的技术问题。为此目的，本实用新型提供了一种地面气象观测自动化系统，该系统主要包括业务终端以及设置在观测站内的数据采集设备和通信数据转换器，所述业务终端包括主业务终端和备份业务终端，所述数据采集设备包括主采集器和备份采集器，所述通信数据转换器包括第一接口模块、第二接口模块和通信协议转换器，所述通信协议转换器分别与所述第一接口模块和所述第二接口模块连接；所述第一接口模块还与第一通信设备通信连接，用于基于第一通信协议实时接收所述第一通信设备发送的通信数据，所述通信协议转换器用于对所述第一接口模块所接收的通信数据进行通信协议转换；所述第二接口模块还与第二通信设备通信连接，用于基于第二通信协议将所述通信协议转换器所转换后的通信数据发送至所述第二通信设备；其中，所述第一通信协议和所述第二通信协议分别取决于所述第一通信设备和所述第二通信设备，当所述第一通信设备是所述业务终端时所述第二通信设备是所述数据采集设备，当所述第一通信设备是所述数据采集设备时所述第二通信设备是所述业务终端。

进一步地，本实用新型提供的一个可选技术方案是：

所述主业务终端包括设置在远端的第一主业务终端以及设置在所述观测站内的第二主业务终端，所述备份业务终端包括设置在远端的第一备份业务终端以及设置在所述观测站内的第二备份业务终端；

其中，所述第一主业务终端与所述第一备份业务终端接收到的通信数据是所述系统的主业务数据，所述第二主业务终端与所述第二备份业务终端接收到的通信数据是所述系统的备份业务数据。

进一步地，本实用新型提供的一个可选技术方案是：

所述系统还包括设置在所述观测站内的集线器和多个单套气象观测设备；

所述集线器分别与所述主采集器、所述备份采集器和所述多个单套气象观测设备中的一部分通信连接，所述多个单套气象观测设备中的另一部分与所述通信数据转换器直接通信连接。

进一步地，本实用新型提供的一个可选技术方案是：

与所述集线器通信连接的单套气象观测设备包括能见度观测设备和降水观测设备，与所述通信数据转换器直接通信连接的单套气象观测设备包括天气现象观测设备和日照观测设备。

进一步地，本实用新型提供的一个可选技术方案是：

当所述第一通信设备和所述第二通信设备分别是所述业务终端和所述数据采集设备时，所述第一通信协议和所述第二通信协议分别是Modbus TCP通信协议和Modbus RTU通信协议；当所述第一通信设备和所述第二通信设备分别是所述数据采集设备和所述业务终端时，所述第一通信协议和所述第二通信协议分别是Modbus RTU通信协议和Modbus TCP通信协议。

进一步地，本实用新型提供的另一种地面气象观测自动化系统主要包括业务终端以及设置在观测站内的数据采集设备、通信数据转换器、集线器、多个单套气象观测设备和多个双套气象观测设备；

所述业务终端包括主业务终端和备份业务终端，所述主业务终端包括设置在远端的第一主业务终端以及设置在所述观测站内的第二主业务终端，所述备份业务终端包括设置在远端的第一备份业务终端以及设置在所述观测站内的第二备份业务终端；

所述数据采集设备包括主采集器和备份采集器，所述通信数据转换器包括第一接口模块、第二接口模块和通信协议转换器，所述通信协议转换器分别与所述第一接口模块和所述第二接口模块连接；

所述第一接口模块还与第一通信设备通信连接，用于基于第一通信协议实时接收所述第一通信设备发送的通信数据，所述通信协议转换器用于对所述第一接口模块所接收的通信数据进行通信协议转换；

所述第二接口模块还与第二通信设备通信连接，用于基于第二通信协议将所述通信协议转换器所转换后的通信数据发送至所述第二通信设备；

所述集线器分别与所述主采集器、所述备份采集器和所述多个单套气象观测设备中的一部分通信连接，所述多个单套气象观测设备中的另一部分与所述通信数据转换器直接通信连接，每个所述双套气象观测设备中的两个气象观测设备分别与所述主采集器和所述备份采集器直接通信连接；

其中，当所述第一通信设备和所述第二通信设备分别是所述业务终端和所述数据采集设备时，所述第一通信协议和所述第二通信协议分别是Modbus TCP通信协议和Modbus RTU通信协议；当所述第一通信设备和所述第二通信设备分别是所述数据采集设备和所述业务终端时，所述第一通信协议和所述第二通信协议分别是Modbus RTU通信协议和Modbus TCP通信协议；所述第一主业务终端与所述第一备份业务终端接收到的通信数据是所述系统的主业务数据，所述第二主业务终端与所述第二备份业务终端接收到的通信数据是所述系统的备份业务数据。

与最接近的现有技术相比，上述技术方案至少具有如下有益效果：

1、本实用新型提供的地面气象观测自动化系统主要包括业务终端以及设置在观测站内的数据采集设备和通信数据转换器，业务终端包括主业务终端和备份业务终端，数据采集设备包括主采集器和备份采集器，通信数据转换器包括第一接口模块、第二接口模块和通信协议转换器，通信协议转换器分别与第一接口模块和第二接口模块连接，第一接口模块还与第一通信设备通信连接，第二接口模块还与第二通信设备通信连接。其中，第一接口模块用于基于第一通信协议实时接收第一通信设备发送的通信数据，通信协议转换器用于对第一接口模块所接收的通信数据进行通信协议转换，第二接口模块用于基于第二通信协议将通信协议转换器所转换后的通信数据发送至第二通信设备。可选的，本实用新型中通信协议转换器可以是能够实现Modbus RTU通信协议和Modbus TCP通信协议相互转换的协议转换器。当第一通信设备和第二通信设备分别是业务终端和数据采集设备时，第一通信协议和第二通信协议分别是Modbus TCP通信协议和Modbus RTU通信协议；当第一通信设备和第二通信设备分别是数据采集设备和业务终端时，第一通信协议和第二通信协议分别是Modbus RTU通信协议和Modbus TCP通信协议。

例如，当第一通信设备和第二通信设备分别是业务终端和数据采集设备时，第一接口模块可以基于第一通信协议(如Modbus TCP通信协议)实时接收业务终端下发的数据采集指令，通信协议转换器对该数据采集指令进行通信协议转换，进而第二接口模块可以基于第二通信协议(Modbus RTU通信协议)将通信协议转换器转换后的数据采集指令发送至数据采集设备。又例如，当第一通信设备和第二通信设备分别是数据采集设备和业务终端时，第一接口模块可以基于第一通信协议(Modbus RTU通信协议)实时接收数据采集设备根据接收到数据采集指令反馈的气象观测数据，通信协议转换器对该气象观测数据进行通信协议转换，进而第二接口模块可以基于第二通信协议(如Modbus TCP通信协议)将通信协议转换器转换后的气象观测数据发送至业务终端。

基于上述结构，本实用新型通过通信数据转换器可以实现业务终端中的主业务终端和备份业务终端实时获取相应采集器输出的气象观测数据，克服了现有技术中多台业务终端同时访问综合集成硬件控制器时，由于数据采集指令冲突，无法实现双套采集器同时采集和传输气象观测数据的缺陷。

进一步地，本实用新型中主业务终端可以包括设置在远端的第一主业务终端以及设置在观测站内的第二主业务终端，备份业务终端可以包括设置在远端的第一备份业务终端以及设置在观测站内的第二备份业务终端。其中，第一主业务终端与第一备份业务终端构成了地面气象观测自动化系统的远端业务终端，第二主业务终端与第二备份业务终端构成了地面气象观测自动化系统的观测站内业务终端。本实用新型通过通信数据转换器还可以实现第一主业务终端、第一备份业务终端、第二主业务终端和第二备份业务终端实时获取相应采集器输出的气象观测数据。同时，本实用新型通过观测站内业务终端可以实现气象观测数据的就地采集与监控，通过远端业务终端可以实现气象观测数据的远程采集与监控，使得气象观测人员无需在观测站内驻留即可远程且实时地采集与监控观测站内气象观测设备的气象观测数据，降低了地面气象观测对观测站内气象观测人员的依赖程度，进而降低了气象观测人员的工作负担、地面气象观测的业务成本和管理成本，同时还提高了采用“局站分离”业务模式的地面气象观测业务的数据采集/传输效率。

2、本实用新型提供的地面气象观测自动化系统还可以包括设置在观测站内的集线器，该集线器分别与主采集器、备份采集器和单套气象观测设备通信连接。基于上述结构，本实用新型通过集线器可以实现这部分单套气象观测设备的气象观测数据共享。具体而言，当主采集器或备份采集器发生故障时，业务终端还可以通过正常工作的采集器(备份采集器或主采集器)与集线器通信来获取这部分单套气象观测设备的气象观测数据，克服了现有技术中当接入了单套气象观测设备的主采集器发生故障时无法通过备份采集器获取单套气象观测设备的气象观测数据的缺陷。

附图说明

图1是现有技术中地面气象观测自动化系统的主要结构示意图；

图2是本实用新型实施例中地面气象观测自动化系统的主要结构示意图；

图3是本实用新型实施例中远端业务终端、观测站业务终端和通信数据转换器的主要连接结构示意图；

图4是本实用新型实施例中图2所示系统中集线器的主要结构示意图；

图5是本实用新型实施例中图2所示系统中主采集器和备份采集器的主要结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

由于地面气象观测自动化系统中采集器的通信接口有限，无法接入大量自动化观测设备，因此，需要将一部分自动化观测设备通过综合集成硬件控制器接入地面气象观测站中的业务终端。参阅附图1，图1示例性地示出了现有技术中地面气象观测自动化系统的主要结构。如图1所示，地面气象观测自动化系统主要包括业务终端、综合集成硬件控制器、主采集器、备份采集器(图1未示出)和气象观测设备(如图1所示的降水观测设备、能见度观测设备和气压传感器等)。其中，降水观测设备、能见度观测设备、天气现象观测设备和日照观测设备的数量均是一个，而气压传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器、汽温传感器、湿度传感器和地湿传感器的数量均是两个。

具体地，业务终端通过光纤驱动器与综合集成硬件控制器的接口RJ45通信连接，主采集器的通信端口RS232与综合集成硬件控制器的接口Port1通信连接，由于气象观测设备数量较多，而主采集器的通信接口数量较少，因此，将天气现象观测设备和日照观测设备分别直接接入综合集成硬件控制器的接口Port3和Port4，将降水观测设备、能见度观测设备以及一套“气压传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器、汽温传感器、湿度传感器和地湿传感器”接入主采集器，将另一套“气压传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器、汽温传感器、湿度传感器和地湿传感器”接入备份采集器(图1未示出)。业务终端可以通过综合集成硬件控制器获取天气现象观测设备和日照观测设备的气象观测数据，通过主采集器和备份采集器直接获取其他气象观测设备的气象观测数据。但是，由于综合集成硬件控制器无法同时传输不同设备输出的数据/指令，因此，业务终端无法同时从综合集成硬件控制器获取主采集器与备份采集器采集到的天气现象观测设备和日照观测设备的观测数据。同时，由于降水观测设备和能见度观测设备只接入了主采集器，如果主采集器发生故障，业务终端将无法通过备份采集器采集到降水观测设备和能见度观测设备的气象观测数据。

为了解决现有技术中的上述技术问题，本实用新型提供的地面气象观测自动化系统通过设置通信数据转换器来实现多台业务终端能够实时获取主采集器与备份采集器采集到的气象观测数据，以及通过将主采集器、备份采集器和地面气象观测自动化系统中的一部分单套气象观测设备同时接入集线器，使得业务终端在主采集器或备份采集器发生故障时仍能够利用正常工作的采集器与集线器通信来采集这部分单套气象观测设备的气象观测数据。下面结合附图，对本实用新型提供的地面气象观测自动化系统进行说明。

参阅附图2，图2示例性地示出了本实施例中地面气象观测自动化系统主要结构。如图2所示，本实施例中地面气象观测自动化系统主要包括业务终端以及设置在观测站内的通信数据转换器3、数据采集设备4、集线器5、多个单套气象观测设备(图2所示的气象观测设备61-62)和多个双套气象观测设备(图2所示的气象观测设备63-64)，业务终端主要包括主业务终端1和备份业务终端2，数据采集设备4主要包括主采集器41和备份采集器42，通信数据转换器3主要包括第一接口模块、第二接口模块和通信协议转换器，通信协议转换器分别与第一接口模块和第二接口模块连接，同时，第一接口模块还与第一通信设备通信连接，第二接口模块还与第二通信设备通信连接(图2未示出)。在本实施例中“终端”指的是地面气象观测业务中能够与观测站内采集器交互通信，获取和/或存储气象观测数据的设备，该设备可以是服务器、工业控制计算机或便携式计算机等设备，或者也可以是多个服务器、多个工业控制计算机或多个便携式计算机等设备构成的设备集群。如图2所示，业务终端主要包括主业务终端1和备份业务终端2，若主业务终端1和备份业务终端2均只包括一个上述设备，则业务终端是包括两个上述设备的设备集群；若主业务终端1和备份业务终端2均包括两个上述设备，则业务终端是包括四个上述设备的设备集群。

在本实施例中当第一通信设备是业务终端时第二通信设备是数据采集设备4，当第一通信设备是数据采集设备4时第二通信设备是业务终端，第一接口模块可以用于基于第一通信协议实时接收第一通信设备发送的通信数据，通信协议转换器用于对第一接口模块所接收的通信数据进行通信协议转换，第二接口模块可以用于基于第二通信协议将通信协议转换器所转换后的通信数据发送至第二通信设备。其中，第一通信协议和第二通信协议的内容分别取决于第一通信设备和第二通信设备。可选的，当第一通信设备和第二通信设备分别是业务终端和数据采集设备4时，第一通信协议和第二通信协议分别是Modbus TCP通信协议和Modbus RTU通信协议。当第一通信设备和第二通信设备分别是数据采集设备和业务终端时，第一通信协议和第二通信协议分别是Modbus RTU通信协议和Modbus TCP通信协议。

继续参阅附图2，本实施例中通信数据转换器3的第一接口模块可以包括网络接口(如RJ45接口)，第二接口模块可以包括多个串行数据通信接口(如8个串行数据通信接口)，第一接口模块通过网络接口分别与主业务终端1和备份业务终端2通信连接，并且基于Modbus TCP通信协议实时接收主业务终端1和/或备份业务终端2发送的通信数据。第二接口模块通过两个串行数据通信接口分别与主采集器41和备份采集器42通信连接，并且基于Modbus RTU通信协议向主采集器41和/或备份采集器42发送通信数据。同时，通信数据转换器3还通过一个或多个串行数据通信接口与气象观测设备61通信连接，并且基于Modbus RTU通信协议与气象观测设备61交互通信。如图2所示，主采集器41还分别与气象观测设备63和集线器5通信连接，备份采集器42还分别与气象观测设备64和集线器5通信连接，集线器5还与气象观测设备62通信连接。可选的，本实施例中气象观测设备61可以包括天气现象观测设备和日照观测设备等，气象观测设备62可以包括能见度观测设备和降水观测设备等，气象观测设备63和气象观测设备64均可以包括气压传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器、汽温传感器、湿度传感器和地湿传感器等。

下面结合附图2，对本实施例中地面气象观测自动化系统的工作过程进行进一步说明。

实施例一：主业务终端1与主采集器41交互通信获取气象观测数据。

在本实施例中主业务终端1向主采集器41发送获取气象观测数据的数据采集指令后，通信数据转换器3中的第一接口模块基于Modbus TCP通信协议接收该数据采集指令，通信数据转换器3中的通信协议转换器对接收到的数据采集指令进行通信协议转换，通信数据转换器3中的第二接口模块基于Modbus RTU通信协议将经通信协议转换器转换后的数据采集指令发送至主采集器41。进一步地，主采集器41根据接收到的数据采集指令向主业务终端1发送相应的气象观测数据后，第二接口模块基于Modbus RTU通信协议接收该气象观测数据，通信协议转换器对接收到的气象观测数据进行通信协议转换，第一接口模块基于Modbus TCP通信协议将经通信协议转换器转换后的气象观测数据发送至主业务终端1。

实施例二：主业务终端1和备份业务终端2同时分别与主采集器41和备份采集器42交互通信获取气象观测数据。

在本实施例中主业务终端1和备份业务终端2同时分别向主采集器41和备份采集器42发送数据采集指令后，通信数据转换器3中的第一接口模块基于Modbus TCP通信协议同时接收这两个数据采集指令，通信数据转换器3中的通信协议转换器对接收到的两个数据采集指令同时进行通信协议转换，通信数据转换器3中的第二接口模块基于Modbus RTU通信协议将经通信协议转换器转换后的两个数据采集指令分别发送至主采集器41和备份采集器42。

进一步地，主采集器41(或备份采集器42)根据接收到的数据采集指令向主业务终端1发送相应的气象观测数据后，第二接口模块基于Modbus RTU通信协议接收该气象观测数据，通信协议转换器对接收到的气象观测数据进行通信协议转换，第一接口模块基于Modbus TCP通信协议将经通信协议转换器转换后的气象观测数据发送至主业务终端1(或备份业务终端2)。

本实施例中主业务终端1和备份业务终端2通过通信数据转换器3均能够实时地获取主采集器41和备份采集器42采集到的气象观测数据。同时，通过将一部分单套气象观测设备设置为与集线器直接通信连接，可以在主采集器和备份采集器中任一个发生故障时，利用正常工作的采集器与集线器通信来获取这部分单套气象观测设备的气象观测数据，进而通过通信数据转换器3转发至相应的业务终端。

可选的，本实施例中图2所示的主业务终端1可以包括设置在远端的第一主业务终端以及设置在观测站内的第二主业务终端，备份业务终端2可以包括设置在远端的第一备份业务终端以及设置在观测站内的第二备份业务终端，其中，第一主业务终端与第一备份业务终端构成了地面气象观测自动化系统的远端业务终端，该远端业务终端接收到的通信数据是地面气象观测自动化系统的主业务数据，用于地面气象观测自动化系统的业务数据实时传输；第二主业务终端与第二备份业务终端构成了地面气象观测自动化系统的观测站内业务终端，该观测站业务终端接收到的通信数据是地面气象观测自动化系统的备份业务数据，用于地面气象观测自动化系统的业务数据应急备份。本实施例通过观测站内业务终端可以实现气象观测数据的就地采集与监控，通过远端业务终端可以实现气象观测数据的远程采集与监控，使得气象观测人员无需在观测站内驻留即可远程且实时地采集气象观测数据以及监控气象观测设备。

在本实施例中，通信数据转换器3还可以用于将第一主业务终端、和/或第一备份业务终端、和/或第二主业务终端、和/或第二备份业务终端发送的通信数据(如数据采集指令)实时发送至相应的采集器，并且将采集器发送的通信数据(如根据数据采集指令反馈的气象观测数据)实时发送至相应的业务终端。

继续参阅附图3，图3示例性地示出了本实施例中远端业务终端和观测站业务终端的主要结构，以及远端业务终端、观测站业务终端与通信数据转换器的主要连接结构。

如图3所示，本实施例中远端业务终端7主要包括第一主业务终端71、第一备份业务终端72、交换机73和光纤收发器74，观测站业务终端8主要包括第二主业务终端81、第二备份业务终端82、光纤收发器83、交换机84和光纤收发器85。第一主业务终端71和第一备份业务终端72分别与交换机73通信连接，第二主业务终端81和第二备份业务终端82分别与交换机84通信连接，交换机73、光纤收发器74、光纤收发器83、交换机84和光纤收发器85顺次连接并且光纤收发器85还通过光纤收发器10与视频监控终端9以及通信数据转换器3中的RJ45接口通信连接。通信数据转换器3中的串行数据通信接口Port1与主采集器41通信连接，串行数据通信接口Port2与备份采集器42通信连接，串行数据通信接口Port3与天气现象观测设备通信连接，串行数据通信接口Port4与日照观测设备通信连接。

在本实施例中，当第一主业务终端71和第一备份业务终端72同时分别向主采集器41和备份采集器42发送获取气象观测数据的数据采集指令时，通信数据转换器3可以实时地将第一主业务终端71和第一备份业务终端72下发的数据采集指令分别发送至主采集器41和备份采集器42。主采集器41和备份采集器42根据接收到的数据采集指令获取气象观测数据并分别向第一主业务终端71和第一备份业务终端72发送观测数据时，通信数据转换器3也可以将主采集器41输出的气象观测数据实时地发送至第一主业务终端71，以及将备份采集器42输出的气象观测数据实时地发送至第一备份业务终端72。

参阅附图4和5，图4和5分别示例性地示出了本实施例中图2所示集线器5和采集器4(图2所示的主采集器或备份采集器)的主要结构。如图4所示，本实施例中集线器5包括六个串行数据通信接口(图4所示的RS232(RS485)接口)，集线器5的一个串行数据通信接口与能见度观测设备通信连接，一个串行数据通信接口与降水观测设备通信连接，两个串行数据通信接口分别与主采集器(图2所示的主采集器41)的两个RS232(RS485)接口通信连接，两个串行数据通信接口分别与备份采集器(图2所示的备份采集器42)的两个RS232(RS485)接口通信连接。如图5所示，本实施例中采集器4(图2所示的主采集器或备份采集器)还可以通过串行数据通信接口RS232与通信数据转换器3通信连接，通过串行数据通信接口RS232与气压传感器通信连接，通过数字量测量端口分别与风向传感器、风速传感器和雨量传感器通信连接，通过CAN接口分别与温湿度分采器和地湿分采器通信连接，其中，温湿度分采器还与气温传感器和湿度传感器通信连接，地湿分采器与地湿传感器通信连接。

要说明的是，图3-5中的气象观测设备的数量仅仅是示意性的。根据实际需要，可以增加或减少气象观测设备。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本实用新型的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一和第二的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。