[發(fā)明專利]基于4GDTU遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)況主動(dòng)采集系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010589090.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111708103A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李懷遠(yuǎn);鐘維林;謝華亮;侯志強(qiáng);趙軍;劉濤;張書莊;張瑞波;韓志遠(yuǎn);陽(yáng)志文;趙張益
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01W1/02
• 分類號(hào): G01W1/02;G01P5/00;G01P13/02;G01P1/07;G08C17/02
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于4GDTU遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)況主動(dòng)采集系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心、超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和DTU無(wú)線終端設(shè)備，DTU無(wú)線終端設(shè)備支持透明傳輸模式，與超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器通過(guò)應(yīng)答式的RS485數(shù)據(jù)接口連接并采用Modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，DTU無(wú)線終端設(shè)備與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信連接，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心安裝有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)規(guī)范要求、通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、經(jīng)DTU無(wú)線終端設(shè)備主動(dòng)采集超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行高頻數(shù)據(jù)采集，并且功耗較低，能夠滿足連續(xù)高頻率采樣的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于4GDTU遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)況主動(dòng)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

海洋數(shù)值模擬模型(潮汐、洋流、波浪、風(fēng)暴潮、泥沙淤積等)中采用的海上風(fēng)況數(shù)據(jù)是連續(xù)整點(diǎn)時(shí)刻的風(fēng)速風(fēng)向特征值，該特征值通常采用整點(diǎn)時(shí)刻前10分鐘連續(xù)觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)值表示。于2017年12月29日發(fā)布，2018年7月1日開(kāi)始實(shí)施的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范–風(fēng)速和風(fēng)向》(GB/T 35227-2017)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中規(guī)定以整點(diǎn)時(shí)刻前10分鐘的觀測(cè)值統(tǒng)計(jì)作為該整點(diǎn)時(shí)刻的風(fēng)速風(fēng)向值，且該整點(diǎn)時(shí)刻前10分鐘觀測(cè)值的采樣時(shí)間間隔不大于0.25秒，即采樣頻率不小于4Hz。

目前的海上風(fēng)況數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，大多采用基于GPRS或4G通信、太陽(yáng)能供電的海上自動(dòng)觀測(cè)氣象站，風(fēng)況監(jiān)測(cè)傳感器大多采用較為穩(wěn)定的超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器，監(jiān)測(cè)模式以定時(shí)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)為主，例如每隔10分鐘獲取一個(gè)瞬時(shí)風(fēng)速風(fēng)向值。

當(dāng)前存在的問(wèn)題是：觀測(cè)系統(tǒng)的供電能力、系統(tǒng)功耗、數(shù)據(jù)采集頻率之間存在矛盾；數(shù)據(jù)采集方式不夠靈活。具體體現(xiàn)在：

1)海上風(fēng)況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般位于環(huán)境惡劣的海邊或出海建筑物上(如防波堤、燈塔)，考慮到儀器高度離地面10米的要求以及設(shè)備的安全性問(wèn)題，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)尺寸不易過(guò)大。這就限制了系統(tǒng)功耗不易過(guò)高。

2)一般而言數(shù)據(jù)采集頻率提高，系統(tǒng)功耗就會(huì)隨之升高，為保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定工作，數(shù)據(jù)采集頻率不易過(guò)高。目前的觀測(cè)系統(tǒng)大多每10分鐘觀測(cè)1次數(shù)據(jù)。

3)GPRS通信帶寬速度較低，尤其在海上信號(hào)較弱的地方，難以支持高頻率數(shù)據(jù)發(fā)送。

4)按照《規(guī)范》采樣標(biāo)準(zhǔn)，僅整點(diǎn)時(shí)刻前10分鐘的觀測(cè)值屬于有效觀測(cè)值，然而目前的觀測(cè)系統(tǒng)僅支持固定的采樣時(shí)間間隔，因此每個(gè)小時(shí)內(nèi)監(jiān)測(cè)到的0分鐘到50分鐘的數(shù)據(jù)屬于無(wú)效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這大大浪費(fèi)電能資源(5/6的浪費(fèi)比例)。

5)目前有些超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器內(nèi)部集成了4G通信模塊，較大提升了數(shù)據(jù)傳輸能力并降低了功耗，但因其僅支持固定的采樣時(shí)間間隔，考慮整體功耗，采樣間隔仍僅為3分鐘，否則電力供應(yīng)無(wú)法保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定工作。該采樣頻率仍無(wú)法達(dá)到《規(guī)范》的采樣要求。

6)有些風(fēng)況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)增加微型PC工控機(jī)來(lái)靈活控制數(shù)據(jù)采集時(shí)刻，但這樣一來(lái)就大大增加了系統(tǒng)功耗，仍然無(wú)法滿足連續(xù)高頻率采樣的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種基于4GDTU遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)況主動(dòng)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范-風(fēng)速和風(fēng)向》(GB/T35227-2017)規(guī)范要求進(jìn)行高頻數(shù)據(jù)采集，并且功耗較低，能夠滿足連續(xù)高頻率采樣的要求。