浅谈气象监测设备数据传输

浅谈气象监测设备数据传输

邢苏丹 ,吴孟春

（温州市气象局  浙江温州   325027）

【摘要】气象监测设备是气象业务中很重要的一部分。通过设备对大气环境的采集，气象部门能实时掌握天气实况，为气象预报的分析提供重要依据。本文阐述常用的传输方式和传输协议以及在气象业务中的气象监测设备的应用。

【关键词】气象监测设备  传输协议 数据传输　　

0 引言

随着气象业务以及网络通信技术的不断发展，气象部门早已从人工监测到设备的自动监测，依托快速的网络传输速度，数据也已在很短的时间里，从数据采集端到省及国家局的数据中心了。气象监测设备的安装地点也从特定的观测场到如今的平均每5公里都建有一个自动气象站的密度，尤其在经常性发生气象灾害的场所和地点，都安装自动气象站。监测设备也从常规的气象要素的监测发展到负氧离子、臭氧、PM2.5等大气环境的监测。这些自动监测设备的部署，对提高天气预报精度，对大气环境的监测和预报以及对突发的天气灾害的预报预警都有着非常重要的作用。

1 设备的数据传输方式

当前监测设备的主要传输方式有两种，分别是有线传输和无线传输。对于设备安装距离近的，如安装在观测场，主要采用有线传输方式，如串口连接传输或有线网络连接。而大多数自动气象站是安装在野外，受网络连接局限，只能采集无线数据传输。

1.1 GPRS无线传输

(1)传统的气象站多使用有线方式将现场设备测量的数据传到气象监测中心，而多数自动气象站安装地点都很分散偏远，已根本无法满足远距离的数据传输了，一种使用方便、灵活、可靠、数据终端永远在线的无线GPRS移动通信便是最好的选择。

(2)GPRS是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以"分组"的形式传送资料到用户手上。GPRS也已从第一代移动通信技术进入到了第五代（5G）的网络时代。GPRS不但具有GSM通信系统覆盖范围广、通信质量好，还有数据传输快、传输稳定、永远在线等优点，支持TCP/IP协议，可直接入互联网，所以非常适合气象业务的监控领域，自动气象站利用GPRS在偏远的地方就能实现快速数据传输到气象数据中心。随着GPRS无线传输技术日渐成熟，GPRS无线传输因为安装简便、费用低廉、实时性稳定好等优点，已在气象行业已经广泛使用。

1.2 FTP数据传输

    监测设备将采集的数据通过GPRS无线网络传输到数据中心后，数据中心的管理平台要将采集的数据进行处理，形成各种报文，并通过FTP的方式将产生的报文上传到省气象数据中心。FTP是当前气象业务中数据上传最主要的传输方式。

  (1)FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议） 是 TCP/IP 协议组中的协议之一，是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，属于网络协议组的应用层，同时它也是一个应用程序。用户可以通过它实现成本地数据文件传输到远程服务器上。此外，由于FTP传输效率非常高，传输稳定性好，在网络上传输大的文件时，一般也采用该协议。

(2)FTP传输和应用特点

※ 提供交互式的访问，使得用户很容易通过操作命令与远程系统交互。当取得数据产生报文后就可与远程进行交互。

※FTP传输可靠性和兼容性好，不同的操作系统的主机都支持FTP协议的数据传输，支持不同类型文件的存储。 各种类型的气象数据文件都可进行FTP传输。

※传输效率高，上百个监控数据文件在很短的时间里传输完成，保证了数据传输的及时性。

气象数据实时性高，监测设备采集的各种气象数据需要在很短的时间形成报文并传输到数据中心，这样预报员能拿到监测设备的实况数据。

※FTP使用客户端和服务器方式。作为数据采集端的数据中心则是作为客户端，将采集的数据进行打包再传输到省气象数据中心的服务器上。

2 传输协议

  监测设备数据传输所采用的主要协议有TCP/IP和UDP。在TCP/IP网络体系结构中，TCP（传输控制协议，Transport Control Protocol)、UDP（用户数据报协议，User Data Protocol）是传输层最重要的两种协议。

2.1 TCP

TCP是面向连接的可靠的传输层协议，具有可靠、稳定的特点。TCP的可靠体现在TCP在传输数据之前会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源[1]。由于TCP有确认机制、三次握手机制，所以TCP效率低，占用资源高，但数据正确率高。

2.2 UDP

UDP是无连接的不可靠的传输层协议，也就是说不用确认连接就将数据发送出去，也不提供确认报文是否到达目的地，也因此报文有可能会丢失、重复以及乱序等情况发生，所以UDP传输则不可靠、不稳定，如果在数据传输时，网络质量不好，则很容易出现丢包现象。由于UDP在传输数据前无需在客户端和服务器之间建立一个连接，也没有超时重发等机制，因此传输速度比TCP连接方式快

[2]。

2.3 TCP与UDP比较

TCP 和UDP最大的区别就是：TCP是面向连接的，UDP是无连接的。TCP的数据准确率要比UDP高。在实际的使用中，TCP主要应用于文件传输精确性相对要求较高，比如监测设备的数据打包后进行FTP传输，服务端应用HTTP方式进行数据接收等。有时在这些应用场景下即使丢失一两个字节也会造成不可挽回的错误，所以这些场景中一般都使用TCP传输协议[3]。由于UDP可以提高传输效率，所以UDP被广泛应用于数据量大且精确性要求不高的数据传输，比如我们平常在网站平台观看短视频或网络直播等基本上都是UDP传输协议。

2.4 应用情况

现有的气象监测设备支持多种传输协议。在连接对象个数方面，TCP是一对一通信，这种方式比较适用于站点少，数据量也少且对数据传输要求高的监测设备，如PM2.5、臭氧和负氧离子采集数据传输，还有向服务端进行HTTP方式的数据连接。UDP是支持一对一，一对多，多对一和多对多交互通信。自动气象站是气象业务中最多的气象监控设备，到目前为止，我们温州气象局已建设了700多个自动气象站，这么多的监控设备和数据中心进行实时的数据传输则是应用了多对一的UDP协议的数据传输模式。采用UDP协议好处是能够快速传输监控设备终端的实时数据。

3 结语

气象监测设备是气象业务的重要组成部分。设备安装有偏远的室外环境下，通过各种传感器采集大气和周围环境的数据，通过不同的传输协议和无线网络将数据传输到数据中心。数据的传输方式及传输协议都有各自的优点和缺点，为了确保数据的准备率和数据的快速传输以及不同的应用，不同的监测设备会选择不同的传输方式和传输协议。

[参考文献]

1. https://baike.so.com/doc/323744-342924.html

2.赵毅. 剖析TCP和UDP协议[J]. 安顺学院学报, 2008, (4):93-94．超星[引用日期2019-09-19]

3.TCP/IP相关协议及其应用．万方．2019[引用日期2019-08-27]