將智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在氣象探測(cè)領(lǐng)域，對(duì)于提高氣象要素的自動(dòng)化探測(cè)水平有著重要的意義，可以有效改善現(xiàn)有自動(dòng)站設(shè)備功耗大、觀測(cè)精度低、通信技術(shù)落后、缺乏狀態(tài)控制、集約性差、產(chǎn)品時(shí)效性不夠等問題，是未來提升氣象探測(cè)能力和探測(cè)精度的主要方向。
中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心承擔(dān)的公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)“地面智能集成觀測(cè)站及業(yè)務(wù)軟件研發(fā)”于2010年9月開始實(shí)施。該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是將現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)與智能傳感器技術(shù)應(yīng)用到地面自動(dòng)氣象站，研制出測(cè)量精度更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)、探測(cè)數(shù)據(jù)可信、具備設(shè)備狀態(tài)信息與數(shù)據(jù)質(zhì)量輸出參數(shù)的新一代智能氣象傳感器;研發(fā)地面臺(tái)站集成技術(shù)，將現(xiàn)有分立觀測(cè)設(shè)備集約化管理，實(shí)現(xiàn)探測(cè)數(shù)據(jù)的集中采集、傳輸、設(shè)備集中控制;建立臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)完整的內(nèi)部質(zhì)量控制;編制業(yè)務(wù)軟件，實(shí)現(xiàn)要素集約化顯示、服務(wù)產(chǎn)品制作功能;編寫對(duì)應(yīng)的管理規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
勇于創(chuàng)新努力攻克技術(shù)難題
在整個(gè)項(xiàng)目中，智能傳感器的研制和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用既是創(chuàng)新點(diǎn)又是技術(shù)關(guān)鍵。如何攻克這兩大難題成為項(xiàng)目組成員首先要解決的問題。
智能傳感器擔(dān)負(fù)著將各要素傳感器采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、規(guī)范化并傳輸給中央協(xié)調(diào)器的任務(wù)，也完成中央?yún)f(xié)調(diào)器乃至非本地中心站對(duì)各要素傳感器控制、校準(zhǔn)的功能，是面向物聯(lián)網(wǎng)的新一代高精度自動(dòng)氣象站的基礎(chǔ)。不同要素的傳感器其原理、結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，輸出數(shù)據(jù)格式也不盡相同，有連續(xù)模擬信號(hào)，有數(shù)字脈沖信號(hào)，還有頻率信號(hào)。為此，需根據(jù)傳感器的特點(diǎn)，針對(duì)性地開發(fā)信號(hào)調(diào)理電路，再使用MCU(微控制單元)將其進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮避免信號(hào)處理的失真，以確保達(dá)到高精度的要求。
引入物聯(lián)網(wǎng)概念，對(duì)觀測(cè)站內(nèi)各要素智能傳感器采用ZigBee無線通信技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)多要素采集、臺(tái)站觀測(cè)集約化的核心。對(duì)每個(gè)智能傳感器分配相應(yīng)ID，使用中央?yún)f(xié)調(diào)器構(gòu)建星型、樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為全功能設(shè)備，具備控制器、數(shù)據(jù)雙向交換、遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制管理等功能;中央?yún)f(xié)調(diào)器增加端口故障自檢和配置信息恢復(fù)功能;對(duì)各智能傳感器和中央?yún)f(xié)調(diào)器進(jìn)行控制程序編寫，建立傳感器到中央協(xié)調(diào)器乃至非本地中心站的通信通道，從而實(shí)現(xiàn)智能傳感器的物聯(lián)。
充分交流共同推動(dòng)項(xiàng)目前進(jìn)
項(xiàng)目至今已實(shí)施了10個(gè)月，各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)展良好，為了更好地促進(jìn)智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在常規(guī)氣象要素探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心于6月8日在北京召開專題技術(shù)交流研討會(huì)。會(huì)上，中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心副主任李柏認(rèn)為，智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)都是現(xiàn)代化的高新技術(shù)，將其應(yīng)用到氣象領(lǐng)域能有效提高探測(cè)能力，希望通過氣象探測(cè)工程技術(shù)研究中心這樣一個(gè)“開放、流動(dòng)、聯(lián)合、競(jìng)爭(zhēng)”的全新平臺(tái)，共享各氣象儀器研發(fā)單位、企業(yè)的技術(shù)資源，開創(chuàng)出氣象探測(cè)技術(shù)研發(fā)的新局面。
工程中心常務(wù)副主任馬啟明作了題為《智能氣象傳感器的研究》的專題技術(shù)報(bào)告，從智能傳感器的概念、如何開展智能氣象傳感器的研究、基于Zigbee的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與氣象探測(cè)產(chǎn)品顯示終端四個(gè)方面詳細(xì)闡述了這些前沿技術(shù)的概念，并描繪了將其應(yīng)用到氣象探測(cè)領(lǐng)域后所帶來的美好前景。此外，會(huì)議還制定了各常規(guī)氣象要素智能傳感器的數(shù)據(jù)幀格式、狀態(tài)幀格式、測(cè)控命令格式與通信接口。