一种气象观测方法及系统

技术领域

本发明涉及气象观测技术领域，尤其是一种气象观测方法及系统。

背景技术

目前部分偏远地区或者没有通信网络覆盖地区,气象监测能力欠缺，气象观测和气象服务无法开展和部分气象观测站因处于高山区域、河流沿线，以及广阔海洋等地面通信网络覆盖能力较弱的区域，而造成气象观测数据收集传输和分发时效高于分钟级、网络带宽承载压力大等问题。随着人类活动涉足这些通信盲区的范围越来越大，且频次越来越多，对这些通信盲区的气象观测和气象服务越来越必不可少。

且目前对于发生突然、变化迅速的强对流天气等观测、预报的手段相对薄弱，基于位置、用户和场景的天气、影响和风险气象服务中所需的大数据量、高并发处理的基础气象服务数据的采集、传输都需要较大的网络和处理资源支持，而想快速形成对应的气象服务并进行及时发布于受众对象更是困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气象观测方法及系统，能够实现解决现有气象观测站网在偏远地区通信能力有限，海量气象观测终端接入系统的能力缺乏，因数据拥塞导致传输时延大、传输带宽有限和数据易丢失等问题，并释放数据处理中心算力，从而提升强对流等及时数值预报服务能力，可实现全天候、精细化气象服务。

本发明实施例通过下述技术方案实现：

第一方面，本申请实施例提供了一种气象观测方法，包括如下步骤：

步骤1：获取待观测区内的待处理信息；

步骤2：针对待处理信息进行边缘计算，并整合成数据包；

步骤3：将所述数据包通过低轨卫星星座发送至数据中心；

步骤4：数据中心就接收的数据包进行分析、挖掘，形成综合气象预报并发布。

优选的，在所述步骤1中，所述待处理信息包括待观测区域内的多源气象信息、设备状态信息、设备的位置信息。

优选的，所述多源气象信息包括温度、湿度、降雨量、风向、风速、大气压、能见度、位移观测、视频数据。

优选的，在所述步骤4中，针对于所述数据包进行分析、挖掘时，还包括输入路径控制步骤，所述输入路径控制步骤包括：数据中心接收所述数据包后，获取设备的位置信息；结合设备的位置信息以及数据中心位置信息，判定地面移动通行网络覆盖情况；根据地面移动通行网络信号情况，控制数据包传输出路径：若地面移动通行网络信号情况满足通信需求，关闭信号沿低轨卫星星座传输的传输路径，开启地面移动通行网络信号传输路径，实现信号沿地面移动通行网络的传输。

优选的，还包括步骤5：将所述数据中心发布综合气象预报，发布至接收端，实现气象动态的实时反馈。

优选的，所述综合气象预报发布途径包括第一路径以及第二路径；所述第一路径是将所述综合气象预报发送至低轨卫星星座，并由低轨卫星星座发送至接收端；所述第二路径是直接采用地面移动通行网络实现信号传输。

第二方面，本申请实施例还提供了一种气象观测系统，包括数据中心、低轨卫星星座以及设置于待观测区的气象数据观测系统；所述气象数据观测系统包括气象感知模组以及处理模组；所述气象感知模组用于收集待观测区内的多源气象信息，形成待处理信号；所述处理模组用于对待处理信号进行边缘计算，所述处理模组在完成边缘计算后，将相关信号整合成数据包发送至低轨卫星星座，并通过低轨卫星星座发送至数据中心，实现待观测区的气象观测。

优选的，所述气象数据观测系统还包括设备状态信息观测模组以及位置信息观测模组；所述设备状态信息观测模组用于收集气象数据观测系统的状态信息，并将状态信息传输至处理模组；所述位置信息观测模组用于收集气象数据观测系统的位置信息，并将位置信息传输至处理模组。

优选的，所述处理模组包括第一数据传输模块、第二数据传输模块以及切换模块；所述控制模块用于控制第一数据传输模块以及第二数据传输模块的切换；所述第一数据传输模块支持地面移动通行网络传输协议，所述数据包通过所述第一数据传输模块沿第一传输路径实现基于地面移动通行网络传输；第二数据传输模块支持低轨卫星星座传输协议，所述数据包通过所述第二数据传输模块沿第二传输路径实现基于低轨卫星星座的传输。

优选的，还包括用于接收综合气象预报接收端。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明涉及的一种气象观测方法及系统，通过针对于具体气象数据观测系统的设置位置，能够实现气象观测系统针对于偏远地区通信能力有限的问题，实现气象观测与气象预报发布；

2、本发明涉及的一种气象观测方法及系统，通过采用低轨卫星网络传输，能够保证信号的全球覆盖以及数据传输的稳定性；

3、本发明涉及的一种气象观测方法及系统，通过在观测端即采用边缘技术处理信号，能够解决海量气象观测终端接入系统的能力缺乏，数据拥塞导致传输时延大、传输带宽有限的问题。

4、本发明涉及的一种气象观测方法及系统，通过有针对性的传输路径的选择，在保证数据传输稳定性的前提下，针对现有资源充分利用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例流程图；

图2为本发明实施例输入路径控制流程图；

图3为本发明另一个实施例示意图。

1-气象数据观测系统、11-气象感知模组、12-处理模组、13-设备状态信息观测模组、14-位置信息观测模组、2-数据中心、3-低轨卫星星座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本申请实施例提供了一种气象观测方法，包括如下步骤：

步骤1：获取待观测区内的待处理信息；

步骤2：针对待处理信息进行边缘计算，并整合成数据包；

步骤3：将所述数据包通过低轨卫星星座3发送至数据中心2；

步骤4：数据中心2就接收的数据包进行分析、挖掘，形成综合气象预报并发布。

在实际实施时：

步骤1：在对应的待观测区域内设置相应的气象数据观测系统1，并在气象感知模组11上设置多个预设数据接口，通过预设接口采集观测传感器的电信号值，将其转换为观测信息，实现待处理信号的获取。

具体的，观测传感器包括温度传感器、湿度传感器、降雨量传感器、风向传感器、风速传感器、大气压传感器、能见度传感器、位移观测传感器、视频传感器、GNSS接收机及天线。

具体的，待处理信号包括温度、湿度、降雨量、风向、风速、大气压、能见度、位移观测、视频数据。

具体的，预设数据接口包括RJ-45、RS232、RS485、振弦式传感器接口。

具体的，所述预设数据接口支持NB-IoT、LoRa、2G/3G/4G/5G无线传输协议。

步骤2：针对步骤1获取的待处理信号进行边缘技术，包括但不限于本地清洗，质控、加工、融合，有效的降低数据量，并将处理后的数据组包整理形成数据包。

步骤3：将数据包通过低轨卫星星座3发送至数据中心，数据包首先通过气象观测端的信号发送装置发送至正在过境的能够建立最佳通信链路的低轨卫星，且数据包在低轨卫星间通过星间链路实现信号的传输，传输至可与数据中心2建立最佳通信链路的低轨卫星时，数据包通过该卫星发送至数据中心2，实现数据传输，通过低轨卫星星座3，有效的保证了数据传输的稳定性与及时性，能够实现信号传输的全覆盖。

步骤4：针对于数据中心2接收的数据进行分析挖掘，形成气象服务产品并发布。

需要说明的是，在本实施例中，可通过在具体区域设置对应的气象数据观测系统1实现该区域内的气象信息观测，且通过低轨卫星星座3进行信号传输，保证了气象观测的广域覆盖，且通过具体定位的选择，保证了气象观测能够实现该范围的气象观测的代表性。

如图2所示，在一个实施例中，在所述步骤4中，针对于所述数据包进行分析、挖掘时，还包括输入路径控制步骤：

a、数据中心2接收所述数据包后，获取设备的位置信息；

b、结合设备的位置信息以及数据中心2位置信息，判定地面移动通信网络信号覆盖情况；

c、根据地面移动通行网络信号情况，控制数据包传输路径：若地面移动通行网络信号情况满足通信需求，关闭信号沿低轨卫星星座3传输的传输路径，开启地面移动通行网络信号传输路径，实现信号沿地面移动通行网络的传输。

在本实施例中，在数据中心2接收低轨卫星星座3发送过来的数据包后，进行分析，分析其中的位置信息，基于该位置信息，并结合数据中心2所在位置的位置信息，判定信号传输路径上的地面移动通信网络信号的覆盖情况，若地面移动通信网络信号的覆盖情况满足通信需求，则切换数据包的传输路径，将组包后的数据包通过地面移动通行网络传输，包括信号的发送与接收，基于该判定步骤，能够优先的实现资源的合理应用，保证资源利用的最大化。

在上述实施例的基础上，数据中心2还包括信号质量检测模块，能够基于接收的数据包的信号质量进行判断，并基于待观测区域内的地面移动通信网络信号，在相关数据信号质量变差出现断点时，数据中心2立即发送切换信号，实现信号基于地面移动通信网络传输向基于低轨卫星星座3网络传输的转化，保证了数据传输的即时性，增加了网络的覆盖性。

其中，所述信号质量包括但不限于信号功率电平值，信号误码率，信号Eb/N0值等。

需要说明的是，所述地面移动通信网络包括但不限于2G网络、3G网络、4G网络、5G网络以及基于移动通信网络的NB-IOT网络。

在另一个实施例中，还包括步骤5：将所述数据中心2发布综合气象预报，发布至接收端，实现气象动态的实时反馈。

优选的，所述综合气象预报发布途径包括第一路径以及第二路径；所述第一路径是将所述综合气象预报发送至低轨卫星星座3，并由低轨卫星星座3发送至接收端；所述第二路径是直接采用地面移动通信网络实现信号传输。

在本实施例中，通过接收端能够高效的接收数据中心2发布的气象预报，且发布路径包括第一路径以及第二路径，能够实现气象信息发布的广域覆盖，保证气象预报的及时性。

如图3所示，在本申请的一个实施例中提供了一种气象观测系统，包括数据中心2、低轨卫星星座3以及设置于待观测区的气象数据观测系统1；所述气象数据观测系统1包括气象感知模组11以及处理模组12；所述气象感知模组11用于收集待观测区内的气象信息，形成待处理信号；所述处理模组12用于对待处理信号进行边缘计算，所述处理模组12在完成边缘计算后，将相关信号整合成数据包发送至低轨卫星星座3，并通过低轨卫星星座3发送至数据中心2，实现待观测区的气象观测。

在本实施例中，在待观测区域设置气象数据观测系统1，能够实现特定区域的气象监测，设置处理模组12接收气象数据观测系统1中的观测模组的观测数据，并进行边缘计算，实现观测数据的处理，对数据进行数据本地清洗，质控、加工、融合，在优化数据完成后将数据发送至数据中心2，实现气象观测。通过在待观测区域内同时设置气象感知模组11以及处理模组12，实现在数据采集后能够有及时的对数据进行处理，避免数据丢失；且在采集端进行边缘计算，对观测数据进行质控、加工、融合，减小数据的容量，避免因为数据传输量过大，导致传输延时较高，从而出现不能实现数据的及时处理及高效传输的情况，且通过设置低轨卫星星座3，通过利用低轨卫星星座3实现信号的传输，信号全球覆盖，有效的解决了没有通信网络覆盖地区的气象监测能力欠缺，气象观测和气象服务无法开展和部分气象观测站因处于高山区域、河流沿线，以及广阔海洋等地面通信网络覆盖能力较弱的区域，而造成气象观测数据收集传输和分发时效高于分钟级、网络带宽承载压力大等问题。

其中，所述气象感知模组11包括多个预设接口，所述预设数据接口包括RJ-45、RS232、RS485、振弦式传感器接口，通过预设接口连接多个观测传感器获取观测信息；其中观测传感器包括温度传感器、湿度传感器、降雨量传感器、风向传感器、风速传感器、大气压传感器、能见度传感器、位移观测传感器、视频传感器、GNSS接收机及天线，观测信息包括温度、湿度、降雨量、风向、风速、大气压、能见度、位移观测、视频数据。

需要说明的是，低轨卫星星座3包括多个低轨卫星，低轨卫星间通过星间链路实现信号传递，处理模组12将经过边缘处理计算后整合后的数据包，发送至正在过境的可建立最佳通信链路的低轨卫星，然后相关数据包在空间中通过星间链路实现低轨卫星间的传递，在相关数据包传递至可与数据中心2建立最佳通信链路的低轨卫星后，再直接传递个数据中心2，通过信号传输路径的设置，进一步降低了数据丢失的风险，提高了传输效率。

在一些可选的实施例中，所述气象数据观测系统1还包括设备状态信息观测模组13以及位置信息观测模组14；所述设备状态信息观测模组13用于收集气象数据观测系统1的状态信息，并将状态信息传输至处理模组12；所述位置信息观测模组14用于收集气象数据观测系统1的位置信息，并将位置信息传输至处理模组12，通过设置设备状态信息观测模组13以及位置信息观测模组14，方便针对于相关对应的观测设备进行资产管理，且通过位置信息观测模组14的设置，能够准确的获取对应设备的经纬度信息，可基于该经纬度信息进行信号传输路径上的地面移动通行网络信号强度判断。

其中，气象数据观测系统1的状态信息包括但不限于运行状态，安全状态等，通过对气象数据观测系统1的状态信息进行观测，不仅仅能够方便运营方实现资产管理，也能够方便实时的对气象数据观测系统1进行监测，保证运行安全和财产安全。

需要说明的是，设备状态信息观测模组13以及位置信息观测模组14均可分别直接集成在气象数据观测系统1中，也可以通过在气象感知模组11设置多个数据接口，实现设备状态信息观测模组13与气象感知模组11的连接。

在一些可选的实施例中，所述数据中心2包括数据处理端，所述数据处理端用于处理数据包的相关气象数据并发布综合气象预报；所述气象观测系统还包括接收端，所述接收端用于接收数据处理端发布综合气象预报，通过设置接收端，能够将数据处理端处理后的气象信息及时反馈给用户，用户能够基于对应的信息作出判断，及时响应，避免造成损失。

其中，数据中心2的数据处理端在接收经过边缘计算后并进行整合的数据包后，对相关数据进行解码、分析和数据挖掘，通过气象数据的输入，高效生产出综合气象预报。数据处理端接收综合气象预报可通过低轨卫星也可通过地面移动通信网络，具体的根据地面移动通信网络的覆盖情况进行判定。

在一些可选的实施例中，所述处理模组12包括第一数据传输模块、第二数据传输模块以及切换模块；所述控制模块用于控制第一数据传输模块以及第二数据传输模块的切换；所述第一数据传输模块支持地面移动通行网络传输协议，所述数据包通过所述第一数据传输模块沿第一传输路径实现基于地面移动通行网络传输；第二数据传输模块支持低轨卫星星座传输协议，所述数据包通过所述第二数据传输模块沿第二传输路径实现基于低轨卫星星座的传输。

其中，第一数据传输模块包括射频通信模块，所述射频通信模块为成都定位电子技术有限公司的FMC205S；可通过FMC接口与FPGA板卡连接，实现射频通道与通信基带的连接；可通过SMA接口以及馈线与天线连接。

其中，第一数据传输模块还包括数据和信号处理模块，所述数据和信号处理模块为采用FPGA板卡，型号为xilinx ZC 706。

其中，所述控制模块可实现第一数据传输模块以及第二数据传输模块的同时开启或关闭，或者择其一实现开启，另一个关闭。

需要说明的是，在一个具体实施情况下，所述第一数据传输模块以及第二传输模块同时工作，实现同时向数据中心2发送信号，所述数据处理中心包括用于判断数据中心2接收的信号质量的信号质量检测模块，所述信号质量检测模块基于第一数据传输模块传输过来的信号的质量，以及通过第一路径以及第二路径传输过来的信号的时间差，进行判定，并设定阈值，包括时间差阈值以及质量阈值，其中时间差阈值的权重大于质量阈值；时间差为第一考量因素，在第一路径以及第二路径时间差处于时间差阈值范围外时，时间差是唯一衡量因素，高于阈值，判断模块判定第一路径信号为无效信号，并通过第二路径反馈相关控制信号至控制模组，实现第一传输模块的关闭；若第一路径以及第二路径时间差处于时间差阈值范围内时，针对于信号传输质量进行考量，低于质量阈值判断模块判定第一路径信号为无效信号，并通过第二路径反馈相关控制信号至控制模组，实现第一传输模块的关闭；若所述时间差处于时间差阈值范围内时，且质量高于质量阈值，判定第一路径信号为有效信号，判断模块可反馈控制信息至控制模块，实现第二传输模块的关闭，也可直接在数据中心2端切断第二路径的接收端，避免两个传输路径相互干扰。采用关闭第二传输模块的方式，能够有效节约能源，采用关闭第二路径接收端的方式，能够在第一路径的想好发生质量变差时，及时的提供信号反馈，保证气象观测系统的稳定性。

在另一些实施例中，所述气象数据观测系统1还包括信号质量检测模块，所述信号质量检测模块可基于所述第一传输路径以及第二传输路径的通信链路的信号质量，自行选择信号质量高的链路实现信号的传输。

其中，所述信号质量包括但不限于信号功率电平值，信号误码率，信号Eb/N0值等。

在一些可选的实施例中，气象数据观测系统1还包括位置信息观测模组14，所述位置信息观测模组14，用于收集气象数据观测系统1的位置信息，通过位置信息观测模组14，能够实时的获取气象数据观测系统1的具体定位，针对于气象数据观测系统1位置可能存在变化的场景，例如河流，海洋等场景，实时定位，预先判定具体位置，并通过计算位置走向，结合气象数据观测系统1位置与数据中心2位置中间区域内地面移动通信网络覆盖情况，主动切换第一传输路径或第二传输路径，实现信号路径的切换，基于本实施例，在设定气象数据观测系统1时，既能通过具体位置确定具体的信号传输路径，且通过位置变换实现传输路径变化的可控，降低运营成本。

基于本实施例的一种具体实施情况时，基于气象数据观测系统1的设置位置，在前期没有地面移动通信网络覆盖，直接通过低轨卫星星座3进行信号传输，在后期随着观测位置的变化或网络基站的建设，实现了地面移动通信网络覆盖，可实现输出路径的切换；在另一种具体实施情况时，基于气象数据观测系统1的设置位置，前期有地面移动通信网络覆盖，在后期随着观测位置的变化或网络基站的建设，地面移动通信网络覆盖信号质量较差或没有覆盖，切换输出路径，通过低轨卫星星座3进行信号传输。

需要说明的是，在后期随着观测位置的变化或网络基站的建设，包括但不限于所述观测位置位于河流海洋中，随着水流运动，相对位置发生变化，无地面移动通信网络信号覆盖；所述网络基站的建设，是相关地面移动通信网络的运行商，考虑运营成本或维护成本，改建或拆除基站，实现地面移动通信网络的覆盖情况发生变化。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。