[发明专利]基于4GDTU远程无线传输的海上风况主动采集系统

说明书

本发明公开了一种基于4GDTU远程无线传输的海上风况主动采集系统，包括远程数据中心、超声波风速风向传感器、太阳能供电系统和DTU无线终端设备，DTU无线终端设备支持透明传输模式，与超声波风速风向传感器通过应答式的RS485数据接口连接并采用Modbus协议进行数据传输，DTU无线终端设备与远程数据中心通过4G无线网络通信连接，远程数据中心安装有数据采集系统，数据采集系统根据规范要求、通过4G无线网络通信、经DTU无线终端设备主动采集超声波风速风向传感器所监测的数据。本发明能够根据规范要求进行高频数据采集，并且功耗较低，能够满足连续高频率采样的要求。

技术领域

本发明涉及海洋气象监测技术领域，具体涉及一种基于4GDTU远程无线传输的海上风况主动采集系统。

背景技术

海洋数值模拟模型(潮汐、洋流、波浪、风暴潮、泥沙淤积等)中采用的海上风况数据是连续整点时刻的风速风向特征值，该特征值通常采用整点时刻前10分钟连续观测的统计值表示。于2017年12月29日发布，2018年7月1日开始实施的《地面气象观测规范–风速和风向》(GB/T 35227-2017)规范(以下简称《规范》)中规定以整点时刻前10分钟的观测值统计作为该整点时刻的风速风向值，且该整点时刻前10分钟观测值的采样时间间隔不大于0.25秒，即采样频率不小于4Hz。

目前的海上风况数据采集系统，大多采用基于GPRS或4G通信、太阳能供电的海上自动观测气象站，风况监测传感器大多采用较为稳定的超声波风速风向传感器，监测模式以定时自动采集数据为主，例如每隔10分钟获取一个瞬时风速风向值。

当前存在的问题是：观测系统的供电能力、系统功耗、数据采集频率之间存在矛盾；数据采集方式不够灵活。具体体现在：

1)海上风况监测系统一般位于环境恶劣的海边或出海建筑物上(如防波堤、灯塔)，考虑到仪器高度离地面10米的要求以及设备的安全性问题，太阳能供电系统尺寸不易过大。这就限制了系统功耗不易过高。

2)一般而言数据采集频率提高，系统功耗就会随之升高，为保证系统连续稳定工作，数据采集频率不易过高。目前的观测系统大多每10分钟观测1次数据。

3)GPRS通信带宽速度较低，尤其在海上信号较弱的地方，难以支持高频率数据发送。

4)按照《规范》采样标准，仅整点时刻前10分钟的观测值属于有效观测值，然而目前的观测系统仅支持固定的采样时间间隔，因此每个小时内监测到的0分钟到50分钟的数据属于无效监测数据，这大大浪费电能资源(5/6的浪费比例)。

5)目前有些超声波风速风向传感器内部集成了4G通信模块，较大提升了数据传输能力并降低了功耗，但因其仅支持固定的采样时间间隔，考虑整体功耗，采样间隔仍仅为3分钟，否则电力供应无法保证系统连续稳定工作。该采样频率仍无法达到《规范》的采样要求。

6)有些风况监测系统通过增加微型PC工控机来灵活控制数据采集时刻，但这样一来就大大增加了系统功耗，仍然无法满足连续高频率采样的要求。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于4GDTU远程无线传输的海上风况主动采集系统，该系统能够根据《地面气象观测规范-风速和风向》(GB/T35227-2017)规范要求进行高频数据采集，并且功耗较低，能够满足连续高频率采样的要求。