【JD-YG2】【手持激光云高儀選競道科技，內(nèi)陸、海上和高原多場景應(yīng)用，源頭工廠，歡迎致電獲取報(bào)價(jià)!】。

　　摘要

　　手持激光云高儀多用于野外機(jī)動(dòng)氣象監(jiān)測，傳統(tǒng)使用模式多為現(xiàn)場本地存儲，需要人員到場導(dǎo)出數(shù)據(jù)，難以滿足實(shí)時(shí)在線監(jiān)測需求。本文提出一套適配手持激光云高儀的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)建方案，介紹系統(tǒng)總體架構(gòu)、硬件選型、通信鏈路、軟件邏輯，分析部署難點(diǎn)與可靠性保障措施，為機(jī)動(dòng)氣象觀測的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集與平臺接入提供方案參考。

　　1 引言

　　手持激光云高儀具備體積小、快速部署的優(yōu)勢，廣泛用于應(yīng)急氣象保障、野外觀測、臨時(shí)站點(diǎn)比對試驗(yàn)。常規(guī)設(shè)備數(shù)據(jù)存儲在本地存儲器，觀測人員需要定期抵達(dá)現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)，無法實(shí)時(shí)掌握云底高度、設(shè)備工作狀態(tài)。在偏遠(yuǎn)野外、交通不便區(qū)域，數(shù)據(jù)回傳滯后會降低氣象服務(wù)響應(yīng)能力。搭建輕量化遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控，能夠充分發(fā)揮手持云高儀機(jī)動(dòng)監(jiān)測優(yōu)勢。

　　2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　整套系統(tǒng)分為感知終端層、通信傳輸層、數(shù)據(jù)服務(wù)層三部分。感知終端層以手持激光云高儀為核心，采集云底高度、云層數(shù)、原始回波廓線、設(shè)備溫度、電池電壓等信息;通信傳輸層負(fù)責(zé)將采集數(shù)據(jù)打包發(fā)送;數(shù)據(jù)服務(wù)層接收、解析、存儲數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)展示、查詢與異常告警功能。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場通信條件靈活調(diào)整傳輸單元，方便拆裝，適配手持設(shè)備野外作業(yè)特點(diǎn)。

　　3 硬件組成與連接方式

　　手持激光云高儀自帶數(shù)據(jù)輸出接口，可外接低功耗無線傳輸模塊。硬件主要包含無線通信模塊、電源模塊、姿態(tài)傳感器以及天線。通信模塊優(yōu)先支持 4G/5G，在無公網(wǎng)覆蓋區(qū)域可更換 LoRa 短距傳輸模塊，搭配中繼節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。電源模塊采用可充電鋰電池組，與云高儀供電系統(tǒng)共用，增加低電量休眠策略，降低整機(jī)功耗。天線選用小型高增益天線，減少野外環(huán)境信號衰減。所有外接組件輕量化設(shè)計(jì)，不破壞手持設(shè)備便攜特性。

　　4 通信協(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸邏輯

　　設(shè)備采集的數(shù)據(jù)按照自定義報(bào)文格式封裝，報(bào)文包含設(shè)備編號、時(shí)間戳、云高觀測值、云層數(shù)、信號質(zhì)量、設(shè)備工作狀態(tài)等字段。采用 MQTT 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，該協(xié)議開銷小，適合低帶寬物聯(lián)網(wǎng)場景。系統(tǒng)設(shè)置定時(shí)上報(bào)機(jī)制，可自定義上報(bào)間隔;當(dāng)檢測到低云等關(guān)鍵氣象事件時(shí)，觸發(fā)主動(dòng)加急上報(bào)。同時(shí)增加斷線續(xù)傳機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，數(shù)據(jù)暫存本地閃存，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后自動(dòng)補(bǔ)發(fā)，避免觀測數(shù)據(jù)丟失。

　　數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器后，服務(wù)端完成報(bào)文解析、數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)記，存入數(shù)據(jù)庫，支持對接第三方氣象監(jiān)測平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示。系統(tǒng)還可遠(yuǎn)程下發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置、重啟設(shè)備等遠(yuǎn)程操作。

　　5 系統(tǒng)部署難點(diǎn)與可靠性保障

　　野外環(huán)境會帶來多種不穩(wěn)定因素。山區(qū)、林地公網(wǎng)信號弱，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷;高低溫環(huán)境會影響通信模塊穩(wěn)定性;野外供電有限，長時(shí)間連續(xù)工作存在續(xù)航壓力。

　　針對以上問題，多鏈路通信方案可提升傳輸穩(wěn)定性，公網(wǎng)信號差時(shí)切換至本地中繼傳輸。軟件層面增加數(shù)據(jù)壓縮，減少傳輸流量，降低功耗;設(shè)置數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制，利用校驗(yàn)碼識別傳輸過程中的錯(cuò)包，丟棄無效報(bào)文。硬件做好防水防塵處理，天線合理布設(shè)，避開遮擋。運(yùn)維端增加狀態(tài)告警，當(dāng)設(shè)備離線、電壓過低時(shí)推送提示信息。

　　6 現(xiàn)場應(yīng)用注意事項(xiàng)

　　部署前測試現(xiàn)場通信信號強(qiáng)度，選擇合適通信模式。做好設(shè)備功耗評估，合理規(guī)劃電池容量，長時(shí)間觀測可搭配太陽能補(bǔ)電組件。傳輸報(bào)文結(jié)構(gòu)保持簡潔，優(yōu)先上傳核心云高參數(shù)，原始廓線數(shù)據(jù)可降低上傳頻次。定期校驗(yàn)時(shí)間同步，保證觀測數(shù)據(jù)時(shí)間準(zhǔn)確性。

　　7 結(jié)論

　　這套遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠?yàn)槭殖旨す庠聘邇x搭建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳通道，解決傳統(tǒng)設(shè)備只能本地取數(shù)的短板。系統(tǒng)輕量化模塊化設(shè)計(jì)，不影響設(shè)備機(jī)動(dòng)便攜特性，可適配多種野外觀測場景。受野外網(wǎng)絡(luò)與供電條件限制，需要結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境選擇通信方式，搭配斷線緩存、狀態(tài)告警等機(jī)制提升可靠性。該方案可用于機(jī)動(dòng)氣象應(yīng)急監(jiān)測，為云觀測數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)提供可行實(shí)現(xiàn)路徑。