將智能傳感器、物聯(lián)網和云計算技術應用在氣象探測領域，對于提高氣象要素的自動化探測水平有著重要的意義，可以有效改善現有自動站設備功耗大、觀測精度低、通信技術落后、缺乏狀態(tài)控制、集約性差、產品時效性不夠等問題，是未來提升氣象探測能力和探測精度的主要方向。
中國氣象局氣象探測中心承擔的公益性行業(yè)(氣象)科研專項“地面智能集成觀測站及業(yè)務軟件研發(fā)”于2010年9月開始實施。該項目的主要目標是將現代物聯(lián)網與智能傳感器技術應用到地面自動氣象站，研制出測量精度更高、穩(wěn)定性更強、探測數據可信、具備設備狀態(tài)信息與數據質量輸出參數的新一代智能氣象傳感器;研發(fā)地面臺站集成技術，將現有分立觀測設備集約化管理，實現探測數據的集中采集、傳輸、設備集中控制;建立臺站數據庫，實現完整的內部質量控制;編制業(yè)務軟件，實現要素集約化顯示、服務產品制作功能;編寫對應的管理規(guī)范與技術標準。
勇于創(chuàng)新努力攻克技術難題
在整個項目中，智能傳感器的研制和物聯(lián)網技術的應用既是創(chuàng)新點又是技術關鍵。如何攻克這兩大難題成為項目組成員首先要解決的問題。
智能傳感器擔負著將各要素傳感器采集到的信息數據進行預處理、規(guī)范化并傳輸給中央協(xié)調器的任務，也完成中央協(xié)調器乃至非本地中心站對各要素傳感器控制、校準的功能，是面向物聯(lián)網的新一代高精度自動氣象站的基礎。不同要素的傳感器其原理、結構各有特點，輸出數據格式也不盡相同，有連續(xù)模擬信號，有數字脈沖信號，還有頻率信號。為此，需根據傳感器的特點，針對性地開發(fā)信號調理電路，再使用MCU(微控制單元)將其進行統(tǒng)一的數據格式轉換。電路設計中需重點考慮避免信號處理的失真，以確保達到高精度的要求。
引入物聯(lián)網概念，對觀測站內各要素智能傳感器采用ZigBee無線通信技術進行組網是實現多要素采集、臺站觀測集約化的核心。對每個智能傳感器分配相應ID，使用中央協(xié)調器構建星型、樹狀網絡拓撲結構;通過ZigBee網絡節(jié)點軟件設計使網絡節(jié)點成為全功能設備，具備控制器、數據雙向交換、遠程監(jiān)視和控制管理等功能;中央協(xié)調器增加端口故障自檢和配置信息恢復功能;對各智能傳感器和中央協(xié)調器進行控制程序編寫，建立傳感器到中央協(xié)調器乃至非本地中心站的通信通道，從而實現智能傳感器的物聯(lián)。
充分交流共同推動項目前進
項目至今已實施了10個月，各項任務進展良好，為了更好地促進智能傳感器和物聯(lián)網技術在常規(guī)氣象要素探測領域的應用，中國氣象局氣象探測中心于6月8日在北京召開專題技術交流研討會。會上，中國氣象局氣象探測中心副主任李柏認為，智能傳感器、物聯(lián)網、云計算技術都是現代化的高新技術，將其應用到氣象領域能有效提高探測能力，希望通過氣象探測工程技術研究中心這樣一個“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的全新平臺，共享各氣象儀器研發(fā)單位、企業(yè)的技術資源，開創(chuàng)出氣象探測技術研發(fā)的新局面。
工程中心常務副主任馬啟明作了題為《智能氣象傳感器的研究》的專題技術報告，從智能傳感器的概念、如何開展智能氣象傳感器的研究、基于Zigbee的物聯(lián)網、云計算與氣象探測產品顯示終端四個方面詳細闡述了這些前沿技術的概念，并描繪了將其應用到氣象探測領域后所帶來的美好前景。此外，會議還制定了各常規(guī)氣象要素智能傳感器的數據幀格式、狀態(tài)幀格式、測控命令格式與通信接口。