基于3G网络的天气实时传输远程监测系统设计

摘 要：针对目前地域宽广地区的天气实况传输系统工程中设备落后、功能单一、有线网络覆盖难，监测点布置分散等原因造成无法实现远程视频监测问题，提出了一种基于3G的远程监控系统的设计方案。给出了该系统的功能模块和组网方案，实现了气象站台的远程监控功能。用户使用浏览器便可对远程监测点的流程画面与实时数据进行远程监控与在线分析。

关键词：3G；远程监测；数据传输；B/S

中图分类号：F49文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2012）03-0235-02

1 引言

随着网络技术、视频通讯技术的迅猛发展，为切实加强偏远地区各级气象台站探测环境的保护力度，及时发现气象观测站周边环境变化及观测仪器的运行情况，有效保障各类气象观测站系统的正常运作，实现对气象观测站系统运行的远程实时实景监控。通过3G无线远程监控系统，技术人员无须亲临现场就可以监测远端现场设备运行的各种参数和天气状况，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。3G是3rd Generation的缩写，是指第三代移动通信技术。是指将无线通信与互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。CDMA被认为是第三代移动通信（3G）技术的首选，目前的标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。3G网络监测技术不仅克服有线传输方式设备成本高，不易维护，数据传输中干扰大的缺点而且相比于传统的GPRS无线分组网络，3G的反向链路峰值速率明显高GPRS，响应时间更短、高速机动状态下的传输速度更快。3G远程监测系统的建成，不仅可以实现气象台站安防这一基本需求，还将实现气象台站探测环境保护、重要天气过程实景观测与录像、灾害频发重点区域实时监测、短期预报服务等拓展需求，从而为气象台站安防、探测环境保护、气象预报会商提供服务。

2 数据监测系统平台组成

为了实现对远端监测点的现场监测与管理的目的，本系统设计的方案如图1所示的结构现场监测端，3G数据传输端，监测中心数据管理端，客户端。

现场图像采集无线监控终端采用天津泰德威科技有限公司最新推出的实景监测专用系统TDV-3070MD-3G，采用最先进的3G无线传输技术和H.264编码技术，以实景监测主机为核心通过设计模块电路以及开发相应的驱动以及服务程序完成各种目标任务，现场图像采集无线监控终端安装位于重要气象站台观测点上，通过无线3G网络与服务器通讯，实现远程监控。设备主要包括：基于 SAA7115 模数转换芯片及接口可变焦 CCD 摄像头的图像采集部分，基于3G模块的无线传输部分，使用RS485串口通信的云台部分。通过对嵌入式 Linux 系统的裁剪和配置，实现对设备的读取和控制。

2.2 数据处理转发模块

该模块的功能是将前端设备采集来的信息进行相应地处理（如将信息转码处理）并储存处理后的信息，3G视频服务器通过自身IP地址与前端检测设备的注册名称连接，待终端需要时再进行传送。

2.3 数据库设计

数据库在一个系统中占有非常重要的地位，数据库结构设计的好坏将直接对应用系统的效率以及实现的效果产生影响。合理的数据库结构设计可以提高数据存储的效率，保证数据的完整和一致。同时合理的数据库结构也将有利于程序的实现。本系统采用B/S结构模式开发，运行有Mysql数据库，应用linux操作系统来进行数据存储和监测中心数据管理端的交流，后台服务器端软件用C语言编写并采用socket的传输方式与远端服务器连接和相关设备的控制。

3 3G数据传输网络

当监测点正常工作时，由摄像头采集的模拟视频经视频解码模块 SAA7115 转换成数字视频信号后送入DM642 的 VP 接口，然后存储在片外同步动态存储器SDRAM 中 当数字视频信号存储到SDRAM 后，采用 MPEG4 数字视频压缩芯片IME6400 对采集到的图象帧进行分析、处理及压缩编码；经过压缩编码后的视频和其它信号由运行在DM642 内的 TCP/ IP协议栈打包，采用目前流媒体技术中使用的实时传输控制协议 RTSP/ RTP/RTCP 实现视频流的实时传送，经 EMAC模块传送到3G网上，供远程用户接收，结构如图2所示。

通过3G网络，把本地的数据设备和远端的数据设备通过串口通信的连接来建立远程传输机制，将远程数据设备通过3G DTU发送的数据，转发至连接在指定串口上的本地数据设备；或将连接在指定串口上的本地数据设备发送的数据，通过3G DTU转发至远程数据设备。

3G数据网络服务功能为：将DTU与串口建立一种相应的映射关系；接收DTU发送的数据，将其转发至对应的串口上；接收指定串口的数据，将其转发至对应的DTU上；对DTU、串口及数据传输进行管理和监控。

为了实时显示监测点的现场情况，并将内容提交给客户端，使工作人员对现场情况一目了然。对软件模块进行设计使不同访问权限的人获取相应的查询和控制。

4.1 数据自动下载模块

采用FTP文件传输方式，从信息中心指定的FTP服务器目录中自动下载所需文件。本模块下载的文件主要有：区域站、无人值守站、土壤水分站、闪电定位仪等探测设备状态文件、要素文件，每小时获取一次。面向用户：区局大探值班人员、系统管理员。

4.2 状态监测与质量监测

（1）本模块主要用来实时显示各类探测设备运行情况，状态图基于GIS技术，地图能够放大、缩小、拖动，并具备卫星影像图、区域分布图叠加、360全景等功能。仿GIS地图“从简到繁”用户可选。（2）正点后25分钟，页面右下角弹出一个“数据下载、解析完毕”提示框，同时播放1分钟音乐，提醒大探值班人员浏览各类观测系统运行情况，并填写值班日志。（3）质量监控：将数据文件解析情况统计提供给各级技术保障人员、各级业务管理人员。

4.3 系统检测效果和分析

该系统经过现场测试及运行达到了预期的设计目的和控制效果。传输数据可靠，实时性准确，提高了分散点检测数据的效率。授权用户登录系统后，利用浏览器可以在线监测到不同区域现场气象信息和各设备的实时运行情况，该系统的在线运行界面如图3所示。

5 结语

基于3G结构的远程检测技术研究出发，完成了气象站台的天气实况传输系统的设计和实现。采用B/S模式避免了客户端复杂的开发过程，提高了系统的整体开发效率。根据实际情况，采用了基于GIS的开发平台，不仅减少操作事故，减轻值班人员的劳动强度和负担，还实现了地理信息系统的各类功能，为当地气象灾害预警及农牧业服务提供技术支撑。

参考文献

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