基于GPRS的高炮作業信息自動采集管理系統

祁紅彥， 劉立兵， 陳嘉沛， 許德生

(1.成都市氣象局，四川成都610072;2.成都潤聯科技有限公司，四川成都610045)

0 引言

在人工影響天氣業務工作中，高炮作為主要的地面播撒工具在防雹增雨、消云減雨等人工影響天氣活動中發揮重要作用［1-4］。經過50多年的發展，中國人工影響天氣作業規模發展迅速，作業頻次逐漸增加，基層人影作業點的信息上報大多采用電臺口述方式，且因高炮作業人員素質層次不齊以及無線電應用范圍的不斷擴展，在上報作業信息時易出現噪音大、音頻丟失和失真現象，使指揮人員較難實時掌握作業現場情況，降低作業效率［5-6］。

GPRS是在GSM基礎上發展而來的數據傳輸網絡，具有覆蓋范圍廣、數據傳輸快、實時性強、通信質量高、費用低的優點，并可直接與Internet互通，較好地滿足人工影響天氣作業通信的需要［7-9］。通過在地面高炮作業終端架設仰角采集器、方位角和用彈量監測模塊，利用GPRS無線傳輸技術，作業完成后自動將作業時的仰角、方位角、用彈量和起止時間等作業信息上傳到中心服務器端的數據庫中，并通過Web頁面在GIS上展現各作業點的實況信息，有利于指揮人員在大規模指揮地面高炮作業時，實時動態掌握各個高炮點的作業狀態［10-13］。

針對目前地面高炮在人工影響天氣作業數據信息采集中的隨意性和模糊性［14-15］，研發的基于GPRS的高炮作業信息自動采集管理系統已在成都市人工影響天氣業務中投入應用，該系統利用傳感采集技術、自動控制技術、寬帶網絡及無線通信技術，結合Web、GIS、數據庫等計算機應用技術，依托設備物聯網技術，搭建高炮作業信息采集前端和客戶端的作業信息收集處理平臺，實現成都市人工影響天氣作業采集與管理的現代化功能。

1 系統設計

1.1 硬件設計

高炮作業信息自動采集終端由方位角采集器、仰角采集器、用彈量監測模塊以及配套供電電源組成，各設備性能指標如表1所示。采集終端及附件具有防雷擊措施，能夠在-30℃ ～70℃正常工作，具備防水功能，安裝及維護簡捷方便，內置鋰電池達到2000 MAH以上，采用民用充電方式進行充電。作業信息采集終端的仰角監測模塊基于微機電系統的高精度、高靈敏度傳感器，內部集成MCU(微控制單元)，采用濾波算法，確保仰角數據的可靠性，通過工業RF(433M無線通訊)短距離傳輸給方位角內的集成通訊模塊。用彈量的測量采用三軸重力加速度傳感器監測射擊動作，利用光電傳感器記錄彈殼的數量，再通過485總線連接到方位角集成處理器上。方位角測量基于微機電系統的傳感器配合高精度角位移測量傳感器，通過數據融合算法，實時監測高炮當前方位，系統采樣頻率達到1KHz以上，最終通過GPRS通訊模塊將設備的狀態及作業信息上傳到人影指揮中心服務器上，采集終端的硬件架構如圖1所示。

表1 高炮作業信息采集終端參數表

圖1 高炮作業信息采集終端設計架構

1.2 軟件設計

高炮作業信息自動采集管理系統采用C++編寫，完成作業信息采集、數據傳輸、人影顯示終端數據庫的開發，并以Web呈現設備信息和作業信息，程序流程圖如圖2所示。作業前打開采集終端設備，完成初始化并注冊到服務器，用彈量監測模塊監測到有發射動作時，記錄當前的仰角、方位角、作業時間等信息，通過GPRS通訊方式發送到人影指揮終端的數據庫服務器，系統中心平臺將作業信息通過手機短信方式向相關人員發送，也可通過Web網頁的方式查看作業及設備信息。

圖2 高炮作業信息采集管理系統程序流程

通過GPRS模塊傳輸，需對GPRS模塊進行設置以下參數:(1)ID號:用以區分不同的高炮作業點采集終端;(2)重撥時間間隔:GPRS模塊連接到GPRS網絡上，啟動每一輪連接的時間間隔;(3)端口和IP地址:設置人影指揮中心平臺的端口和主機IP地址;(4)手機號:系統通過短消息將作業及設備信息發送到指定的手機用戶;(5)通信端口設置:GPRS數據傳輸終端RS232支持多個波特率的傳輸方式。

2 系統組成

地面高炮作業信息自動采集管理系統由作業信息數據采集終端、GPRS數據傳輸網絡、作業信息收集處理平臺和作業信息顯示與管理終端組成，系統拓撲結構如圖3所示。數據采集終端把接收到的方位角、仰角、用彈量、作業起止時間等信息通過GPRS模塊，實現與GPRS網絡的連接，作業信息經服務支持節點(SGSN)封裝后通過GPRS骨干網與網關支持接點(GGSN)進行通信，發送至目標網絡及信息收集管理平臺服務器，客戶終端可以通過手機查看實時作業信息，也可以Web形式登陸服務器查看作業數據，并可對作業信息進行查詢管理等操作。

圖3 高炮作業信息采集管理系統拓撲圖

2.1 地面作業信息管理

地面作業信息管理自動接收處理由信息采集終端發送的作業信息，實時呈現在作業信息列表中，實現了國家編碼、作業點代號及名稱、作業信息等要素的及時上傳，在審核通過后存入數據庫中。另外，可以通過人工方式對數據進行維護，具有新增、編輯、刪除、導入、導出數據等功能，利用查詢條件，實現了作業點所屬區市縣、作業類別、作業時間、作業工具的統計功能，快速對各類數據進行統計匯總。

2.2 設備信息管理

設備管理可查看作業點數據采集終端的設備信息，包括使用的設備名稱、仰角和方位角的電量狀態、通訊狀況等相關的設備信息。依據設備所屬站點、設備類型、設備名稱、設備編號進行模糊查詢，并以列表的形式呈現或EXCEL表格導出。同時根據設備的使用狀態，可對相關數據進行編輯，方便后期的維護升級和管理服務。

2.3 基礎數據管理

基礎數據管理主要包括人員信息、站點信息和供應商信息管理，具有作業人員證書編號、作業性質、通訊方式、站點經緯度、作業點類型等要素的編輯、刪除功能，圖4為作業信息自動采集管理系統中的基礎數據管理界面。

圖4 基礎數據管理圖

3 系統測試

為判斷基于GPRS的高炮作業信息自動采集管理系統在數據采集終端與管理網絡之間是否能穩定高效的運行，對基于TCP協議的重要參數吞吐量和響應時間進行了測試(表2)。實驗數據分析表明在測試時間30分鐘內吞吐量平均為0.018 Mbps，沒有發生丟包現象，而響應時間在0.7～1.3秒，平均約1秒，達到了數據傳輸及時高效的目的，滿足業務需求。

表2 GPRS網絡通信測試結果表

4 結束語

基于GPRS無線數據的遠程傳輸特點，實現了地面高炮作業信息的自動采集，系統具有實時性高、可靠性強等特點。對GPRS信號較弱的作業點，在信息采集終端模塊設置較高的天線增益或在作業點周圍架設GPRS信號功率放大器，也可通過與網絡服務商聯系建立基站，以增強數據的無線傳輸能力。開發的作業信息管理服務平臺通過Web方式可供人工影響天氣作業指揮人員實時動態掌握作業點作業狀況，高效地了解作業信息采集終端的設備狀態，對各類數據的匯總統計方面提供了便捷，在各類人工影響天氣業務中具有較廣的推廣價值和借鑒作用。

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