CN102542773A - 一种利用远程气象监测实现防灾的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用远程气象监测实现防灾的系统及其方法。该系统中包括服务器和多个远程客户端，其中远程客户端用于监测所在地的气象数据，并将气象数据向服务器传送。相应的远程气象监测方法包含如下步骤：远程客户端采用NTP协议获取服务器的时间信息，实现时间同步；服务器和远程客户端通过网络同步软件版本；服务器通过心跳机制监测远程客户端的状态；远程客户端采集气象数据向服务器传输数据。本发明可以利用电信运营商的网络传输气象数据，经济简单，实时性好；在通信不畅的情况下，能在本地缓存数据，在通信畅通时将缓存数据上传至服务器，保证了气象数据准确无误；服务器实时检测远程客户端状态，提高了气象数据采集的可靠性。

Description

一种利用远程气象监测实现防灾的系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种远程气象监测系统及其方法，尤其涉及一种在恶劣条件下利用远程气象监测实现防灾的系统及其方法，属于环境监测与防灾技术领域。

背景技术

随着国内铁路技术的发展，特别是近年来高铁的迅速发展，铁路系统对气象环境的监测和自然灾害的预防要求也越来越高。防灾安全监控系统是保证高速铁路列车安全、高速运行的重要基础装备之一。列车调度员根据风雨雪天气、地震灾害、异物侵限等安全环境的实时监测报警、预警信息以及相关规定，指挥列车安全运行；维护部门按照防灾安全监控系统提供的相关灾害信息，开展基础设施的巡检、抢险及维修养护工作。

在现有的防灾安全监控系统中，大部分仍靠人工或接入环境监测专线的形式监测当地的环境气象数据，一般都存在检测不到位、信息转达不准确、不及时，维护和安装成本较大等问题。随着网络技术的发展和运营商信号覆盖面积的增大，依赖人工的环境监测技术逐渐被基于网络的环境监测系统所替代。该类环境监测系统中，远程客户端采集环境气象数据后通过网络传送给服务器，服务器根据远程客户端传输的环境气象数据处理并显示远程客户端所在地的环境状态。

中国实用新型专利200620058232.3公开了一种无线远程环境气象监控系统。该系统包括至少一个无线远程数据采集终端、无线通信公网、互联网和至少一个监控中心；该无线远程数据采集传输终端的传感器采集现场参数信息，将该参数信息转变成电参数后放大处理。该放大后的参数信息传送至无线收发模块经过无线通信公网和互联网传输至监控中心。该监控中心通过接收远程数据采集终端的数据显示数据采集终端所在地的环境信息。但是，在实际的应用中，由于有些地区现场环境比较恶劣，地形复杂、风沙大，温差大，无人区、没有电源、没有通信通道，也没有站房等条件，此类环境监测系统并不能适应当地的环境。要进行风、雨等气象数据的采集并将采集的数据发送到防灾中心，不能保证数据的完整性和实时性；对系统整体的维护维修调控需耗费人力、物力、财力，不便于推广和使用。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用远程气象监测实现防灾的系统及其方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种利用远程气象监测实现防灾的系统，包括服务器和多个远程客户端，其特征在于：

所述服务器包括应用服务器、第一信号传输设备和至少一个监控终端，所述应用服务器、所述第一信号传输设备和所述监控终端通过以太网连接；

所述远程客户端包括第二信号传输设备、数据采集单元和多个气象传感器，所述第二信号传输设备、所述数据采集单元和所述气象传感器依序连接；

所述服务器和所述远程客户端通过网络连接，所述远程客户端监测所在地的气象数据，并将所述气象数据向所述服务器传送；所述服务器存储并分析所述远程客户端传送的气象数据。

其中较优地，所述远程客户端中具有供电系统，所述供电系统分别与所述气象传感器、所述数据采集单元、所述第二信号传输设备电连接。

其中较优地，所述供电系统是太阳能供电系统和/或风力发电系统。

其中较优地，所述供电系统与所述数据采集单元数据连接。

其中较优地，所述第一信号传输设备和所述第二信号传输设备是GPRS传输设备。

其中较优地，所述数据采集单元是气象采集服务器，所述气象采集服务器分别连接多个气象传感器。

一种远程气象监测方法，基于上述的系统实现，其特征在于包含如下步骤：

远程客户端采用NTP协议获取服务器的时间信息，实现时间同步；

所述服务器和所述远程客户端通过网络同步软件版本；

所述服务器通过心跳机制监测所述远程客户端的状态；

所述远程客户端通过气象传感器采集气象数据，并向所述服务器传输所述气象数据。

其中较优地，所述远程客户端通过GPRS网络或3G网络向所述服务器传输数据。

其中较优地，所述远程客户端向所述服务器传输气象数据时，在通信不畅时首先在本地缓存数据，在通信畅通时再将缓存的数据上传至所述服务器。

本发明可以利用电信运营商的网络传输气象数据，经济简单，实时性好；在通信不畅的情况下，能在本地缓存数据，在通信畅通时将缓存数据上传至服务器，保证了气象数据准确无误；服务器实时检测远程客户端状态，增加气象数据采集的可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明所提供的远程气象监测系统的内部连接关系示意图；

图2是本发明所提供的远程气象监测系统的工作状态示意图。

图中标号说明：1：气象传感器，2：供电系统，3：数据采集单元，4：GPRS传输设备，5：应用服务器，6：GPRS传输设备，7：监控终端，10：服务器，20：远程客户端。

具体实施方式

本发明所提供的远程气象监测系统包括服务器10和多个远程客户端20，服务器10和远程客户端20之间通过电信运营商的网络连接。服务器20和远程客户端20的网络连接可以是有线网络，也可以根据当地实际的网络条件选择无线网络，例如根据电信运营商的网络覆盖情况选择GPRS或3G网络。

在本发明的一个实施例中，远程客户端通过电信运营商的GPRS网络向服务器传输数据，服务器通过电信运营商的GPRS网络向远程客户端传输指令。

如图1和图2所示，服务器10包括应用服务器5、信号传输设备和至少一个监控终端7。应用服务器5、信号传输设备和监控终端7之间通过以太网连接，采用TCP/IP方式传输数据。应用服务器5还包括有数据库。信号传输设备为GPRS传输设备6。服务器10的GPRS传输设备6接收远程客户端20传送的气象数据后传送至应用服务器5并存储在应用服务器5的数据库中，应用服务器5根据传输的数据做分析、预警判断等处理后，在监控终端7显示或告警，指导调度指挥人员和工务人员的工作。

如图1和图2所示，远程客户端20包括多个气象传感器1、数据采集单元、信号传输设备和供电系统2。数据采集单元为气象采集服务器3，气象采集服务器3能兼容接入不同厂家的气象采集设备。远程客户端20中的信号传输设备为GPRS传输设备4。在远程客户端20处安装有通过防风处理的铁塔(图中未示出)，在铁塔的10米处和2米处安装传感器支架。气象传感器1安装在铁塔的传感器支架上，每个传感器支架可以安装3个气象传感器1。当然，铁搭、传感器支架和气象传感器1的类型、安装位置和数目可以根据当地的具体气象环境灵活选择和配置。气象传感器1可以监测风、雨等自然气象数据。气象采集服务器3、GPRS传输设备4安装在有防风沙栅栏、保温、密封的站房内。气象传感器1、气象采集服务器3、信号发送设4备依序通信连接；供电系统2分别与气象传感器1、气象采集服务器3、GPRS传输设备4电连接，供电系统2给远程客户端20提供不间断电源。气象采集服务器3优选采用嵌入式工控机ARK1310。气象采集服务器3可以采用RS485方式与气象传感器1通信，气象采集服务器3可以采用RS232方式与GPRS传输设备4通信。气象传感器1接收的自然气象数据通过电缆传输至气象采集服务器3。该气象数据经过气象采集服务器3处理后传输至GPRS传输设备4，GPRS传输设备4利用运营商的GPRS网络传送至服务器20。

远程客户端20的供电系统2可以根据实际的地理和气象环境来选择，如果当地没有常规电源，可以选择太阳能供电系统，也可以选择风力发电系统。当然也可以选择常规电源、太阳能供电系统或风力发发电系统中的一种或一种以上以备用方式保证远程客户端20的电源供给。太阳能供电系统包括太阳能电池板、太阳能电池控制器、蓄电池组。太阳能电池板经过防风加固处理，太阳能电池板外围安装有挡风墙；太阳能电池控制器安装在站房内；蓄电池组采用耐高低温、密封、埋地处理。蓄电池组可以根据当地的气象状况，采用合适电池组，保证在无太阳情况下的电力供应。太阳能控制器还通过电缆与数据采集单元连接，并实时将太阳能供电系统的状态数据传送至数据信息采集单元。风力发发电系统包括风力发电机组、风力发电控制器和蓄电池组。风力发电机组要安装到合理的位置和高度；风力发电控制器安装在站房内；蓄电池组采用耐高低温、密封、埋地处理。蓄电池组可以根据当地的气象状况，采用合适电池组，保证在无风力情况下的电力供应。风力发电控制器通过电缆与数据采集单元连接，并实时将风力发发电系统的状态数据传送至数据信息采集单元。风力发电系统的蓄电池组可以与太阳能供电系统共用。

在利用远程气象监测实现防灾的系统采用服务器10和远程客户端20模式中，具体工作原理是这样的：远程客户端20的气象传感器1采集到当地的环境气象数据后，传送至远程客户端20的气象采集服务器3处理，然后通过GPRS传输设备4传输至电信运营商的GPRS网络。远程客户端20通过电信运营商的GPRS网络向服务器10传送数据，服务器10通过电信运营商的GPRS网络监测远程客户端20的状态和获取远程客户端所在地的环境气象数据。服务器10根据远程客户端20的工作状态和版本信息等数据维护和升级远程客户端20。如数据采集单元的CPU温度过高、硬盘空间不足等信息通过电信运营商的GPRS网络传输至服务器10，提示调度指挥人员和工务人员更换部件；远程客户端版本过低不足以监测气象数据，调度指挥人员或工务人员可以向远程客户端传输升级数据供远程客户端升级。

在本发明所提供的利用远程气象监测实现防灾的系统中，服务器20需要实时监测多个远程客户端20提供的气象数据，因此远程客户端20传输的数据和服务器20接受的数据要保持时间的一致性和完整性。为此，本发明采用了如下的技术步骤：

第一步：启动服务器和远程客户端。

服务器10和远程客户端20的所有设备安装完毕后，启动服务器10和远程客户端20，测试服务器10和远程客户端20数据网络是否连通，对服务器10和远程客户端20的各设备进行进一步的配置和测试。配置和测试完毕后，在服务器10的应用服务器5使用私有协议通过GPRS传输通道向远程客户端20的气象采集服务器3发送重启命令，气象采集服务器3接收到重启命令后自动重启。气象采集服务器3重启后各参数配置生效，远程客户端20正式启用气象监测。

第二步：10远程客户端20采用NTP协议获取服务器10的应用服务器5的时间信息，实现进行时间同步，保持服务器10和远程客户端20时间的一致性。

NTP协议(Network Time Protocol，网络时间协议)是用来使计算机时间同步化的一种网络协议。它可以使计算机对其服务器或时钟源(如石英钟、GPS等)做时间同步化，并可以提供高精准度的时间校正(LAN环境下与标准时间差小于一毫秒，WAN环境下与标准时间差约几十毫秒)。NTP协议可由加密确认的方式防止恶意的协议攻击。

数据网络连通后测试服务器10和远程客户端20的时间是否同步，进行时间同步。服务器10中的应用服务器5向远程客户端20的气象采集服务器3发送NTP协议包，气象采集服务器3收到后判断，合理则将本地的时间设置为应用服务服务器5的时间。使远程客户端20与服务器10完全一致。

第三步：服务器10和远程客户端20通过网络同步软件版本，保证服务器10的软件版本与远程程客户端20的软件版本一致。

时间同步成功后，检测远程客户端20的软件版本是否和服务器10相匹配。如果不匹配，服务器10通过网络升级远程客户端20，使远程客户端20升级至和服务器10匹配成功。

服务器10中的应用服务器5要求升级远程客户端20中气象采集服务器3的软件时，应用服务器5通过电信运营商的GPRS网络向远程客户端20的气象采集服务器3发送升级命令；气象采集服务器3收到升级命令后准备接受升级数据；应用服务器5通过电信运营商的GPRS网络向气象采集服务器3传送升级数据；当应用服务器5传输完升级数据后，如果气象采集服务器3接收成功并成功升级，则向应用服务器5返回成功，否则向应用服务器5返回失败。

第四步：服务器10通过心跳机制监测远程客户端20状态。

心跳机制是指远程客户端定时发送简单的信息给服务器，告诉服务器自己确实存在，以保证链接的有效性。当然，也可以是服务器发送信息给远程客户端，从而判断远程客户端的存在状况。若服务器在预定时间内没有收到远程客户端的回复信息，则视为远程客户端已断开。

心跳信息由服务器10中的应用服务器5发出，从而获得气象采集服务器3的实时状态。应用服务器5每隔3秒钟给气象采集服务器3发送心跳消息，气象采集服务器3收到心跳消息后立即回复，如果应用服务器5连续3次没有收到气象采集服务器3发回的心跳消息，应用服务器5则认为与气象采集服务器3离线；如果气象采集服务器3在9秒没有收到应用服务器5发来的心跳消息，气象采集服务器3则认为与应用服务器5离线。

第五步：远程客户端20采集气象数据，并向服务器10传输。

在远程客户端20的气象传感器1采集气象数据，通过串口采用RS485方式传到气象采集服务器3。气象采集服务器3经过数据处理后，将气象数据通过GPRS传输设备4传到当地电信运营商的GPRS网络。服务器10的应用服务器5通过GPRS传输设备6从当地电信运营商的GPRS网络接收远程客户端20传送的气象数据并存储在数据库中。应用服务器5处理数据后传到监控终端7，监控终端7将气象数据通过图文并茂的方式显示或预警。指导调度指挥人员和工务人员预防和避免因气象的原因造成不必要的损失。

气象采集服务器3在GPRS通信不畅的情况下，首先在本地缓存气象数据，在GPRS通信畅通的情况下将本地缓存的数据通过电信运营商的GPRS网络上传到应用服务器5中。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优异性能和特点：

本发明采用了低功耗、耐高低温、可靠性能高、具有很好兼容性的工控机数据采集单元；在野外没有很好通信方式下，利用了电信运营商的网络覆盖，采用数据传输设备通过移动运营商的GPRS网络传输气象数据，设备简单经济，实时性好；在电信运营商的网络通信不畅的情况下，远程客户端20能在本地缓存气象数据，在通信畅通的情况下能将缓存的数据上传至服务器20，保证了气象数据传输准确无误；本发明所采用的数据采集单元能采集供电系统2和气象采集服务器3的工作状态，监测整个远程气象监测系统运行的状态，增加气象数据采集的可靠性。

上面对本发明所提供的利用远程气象监测实现防灾的系统及其方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种利用远程气象监测实现防灾的系统，包括服务器和多个远程客户端，其特征在于：

所述服务器包括应用服务器、第一信号传输设备和至少一个监控终端，所述应用服务器、所述第一信号传输设备和所述监控终端通过以太网连接；

所述远程客户端包括第二信号传输设备、数据采集单元和多个气象传感器，所述第二信号传输设备、所述数据采集单元和所述气象传感器依序连接；

所述服务器和所述远程客户端通过网络连接，所述远程客户端监测所在地的气象数据，并将所述气象数据向所述服务器传送；所述服务器存储并分析所述远程客户端传送的气象数据。

2.如权利要求1所述的利用远程气象监测实现防灾的系统，其特征在于：

所述远程客户端中具有供电系统，所述供电系统分别与所述气象传感器、所述数据采集单元、所述第二信号传输设备电连接。

3.如权利要求2所述的利用远程气象监测实现防灾的系统，其特征在于：

所述供电系统是太阳能供电系统和/或风力发电系统。

4.如权利要求2所述的利用远程气象监测实现防灾的系统，其特征在于：

所述供电系统与所述数据采集单元数据连接。

5.如权利要求1所述的利用远程气象监测实现防灾的系统，其特征在于：

所述第一信号传输设备和所述第二信号传输设备是GPRS传输设备。

6.如权利要求1所述的利用远程气象监测实现防灾的系统，其特征在于：

所述数据采集单元是气象采集服务器，所述气象采集服务器分别连接多个气象传感器。

7.一种远程气象监测方法，基于如权利要求1所述的系统实现，其特征在于包含如下步骤：

远程客户端采用NTP协议获取服务器的时间信息，实现时间同步；

所述服务器和所述远程客户端通过网络同步软件版本；

所述服务器通过心跳机制监测所述远程客户端的状态；

所述远程客户端通过气象传感器采集气象数据，并向所述服务器传输所述气象数据。

8.如权利要求7所述的远程气象监测方法，其特征在于：

所述远程客户端通过GPRS网络或3G网络向所述服务器传输数据。

9.如权利要求7所述的远程气象监测方法，其特征在于：

所述远程客户端向所述服务器传输气象数据时，在通信不畅时首先在本地缓存数据，在通信畅通时再将缓存的数据上传至所述服务器。

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