[0001] 本发明涉及气象数据传输技术领域，具体为一种无人区自动气象站远程数据回传方法及系统。

[0002] 在无人区，传统的气象数据回传方法存在信号不稳定、带宽有限、数据丢失和传输延迟等问题，这些问题极大地制约了气象监测系统的有效性和可靠性。因此，开发一种能够适应恶劣环境、保证数据可靠传输的方法，已成为气象监测领域亟待解决的难题。

[0003] 例如，现有的公开号为CN104986334B的中国专利公开了一种多尺度航空气象平台，该平台包括平台升空装置、高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪。其中：平台升空装置携带高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪升空，并在上升过程采集大气气象数据，通过无线电将数据传回地面。通过高度表确定达到规定高度后，气象气球滞留高空回传数据，平台通过高空滑翔变结构飞行器高速降落。在达到预定高度后，旋转尾翼，通过舵机带动蜗轮蜗杆自动旋转，改变飞行器的飞行模式，以短机翼作为机身，进行滑翔。并在近地滑翔区间，采集小尺度气象信息，实现多尺度气象信息采集。本发明通过一体化设计，自行实现升空、降落、采集气象信息，实现多尺度气象数据同步，在未来气象数据平台共享上有巨大的前景。

[0004] 然而，这种方法及现有技术普遍存在以下问题：数据传输的不稳定性：现有的回传技术往往无法根据不同环境条件动态调整通信方式，尤其在环境恶劣的情况下，通信质量不稳定，导致数据丢失；
带宽资源利用不足：传统方法一般采用固定的数据回传周期，无法根据实时网络带宽状况进行动态调整，造成带宽的低效利用，影响数据传输的实时性和准确性；
缺乏灾害级别判断和紧急数据优先传输机制：现有技术大多采用静态的回传机制，没有针对灾害数据优先级的自动判断和动态调整，无法满足紧急情况下对灾害数据快速回传的需求。

[0005] 为此，本发明提供一种无人区自动气象站远程数据回传方法及系统。

[0019] 下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细地说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

[0020] 术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

[0021] 图1展示了本实施例公开的一种无人区自动气象站远程数据回传方法的流程图，步骤如下：S1、采集气象站监测到的温度、湿度、气压和风速数据，生成多类型气象数据集；
S2、结合所述多类型气象数据集通过信号质量监测策略得到信号质量评分；
所述信号质量监测策略包括通过所述多类型气象数据集计算气象环境影响值，通过将实时信号强度和信号丢包率标准化后与所述气象环境影响值加权求和得到。所述气象环境影响值通过湿度影响值、温度影响值、气压影响值和风速影响值加权求和得到，温度的变化会影响电磁波的传播，通常在较高温度下，空气的电导率增加，导致信号衰减加剧。为此，本实施例采用一个基于温度差异的函数来表示温度对信号质量的影响。该影响通常随着温度升高呈递减趋势，因此，我们使用一个包含温度平方差的函数来表示其对信号质量的负面影响。

[0022] 高湿度环境下，空气中的水分含量增加，这会导致电波传播的衰减，尤其是在高频信号中。湿度对信号质量的影响通常是负面的，并且随着湿度的增加，信号质量会逐渐降低。本实施例通过一个指数衰减的函数来表示湿度对信号质量的影响。

[0023] 气压的变化会影响空气的密度，进而影响电波的传播效率。气压较低时，空气的密度较低，信号传播的效果也较差。本实施例使用一个与气压变化成线性关系的函数来表示气压对信号质量的负面影响。

[0024] 风速主要通过影响信号的多路径传播效应（如反射、折射等）来影响信号质量。较大的风速可能引起信号的不稳定，导致信号衰减。为了反映风速对信号质量的影响，本实施例使用一个线性函数来表示风速的负面影响。

[0025] 因此所述温度影响值计算公式为： ，湿度影响值计算公式为： 、气压影响值计算公式为： 和风速影响值计算
公式为： ，其中， 表示温度影响系数， 表示湿度影响系数， 表
示气压影响系数， 表示风速影响系数， 表示基准温度， 表示标准气压，T表示实时温度，H表示实时湿度，P表示实时气压，W表示实时风速。

[0026] 设置信号质量最小值，提取所述信号质量评分小于或等于信号质量最小值的气象数据，列入待分配气象数据，送入步骤S3，提取所述信号质量评分大于信号质量最小值的气象数据，列入待传输气象数据，送入步骤S5；S3、通过优先级评估算法，得到所有待分配数据气象重要性指标，形成优先级队列；
所述优先级评估算法包括将所有气象数据根据当前灾害级别和气象数据可靠性指标结合加权系数得到所有气象数据的优先级别，列入优先级数据集 ，表示第N个气象数据，N表示气象数据的数量，并将所有气象数据依据优先级别从到小的顺序列入优先级队列。

[0027] 所述优先级评估算法还包括基于当前所述多类型气象数据集，通过灾害级别预测模型判断当前气象数据灾害级别，所述灾害级别预测模型通过采集历史气象数据及对应评级作为模型训练数据，输入当前多类型气象数据集，得到当前灾害级别；基于历史气象数据与实际观测值之间的偏差来评估当前气象数据可靠性指标，所述当前气象数据可靠性指标表示为： ，其中， 表示调节系数， 表示当前气象数据与历史气象数据之间的均方根误差。

[0028] S4、设置气象数据分层回传策略，根据所述优先级队列，为所有待分配数据分配传输周期；图2展示了本实施例公开的一种无人区自动气象站远程数据回传方法气象数据分层回传策略的流程图，所述气象数据分层回传策略具体步骤包括：
S41、将优先级队列平均分为3个回传层级，包括高优先级数据、中优先级数据和低优先级数据，并为每个层级分配初始回传周期；
S42、为了提高带宽利用率和降低通信成本，设置增量回传策略，每次传输时，根据增量数据计算新的优先级别，重新分配回传层级；
S43、根据每个气象数据的优先级占比分配宽带数量；
S44、每次回传结束后，接收平台根据实际传输数值生成反馈报告，通过周期动态调整算法更新回传周期。

[0029] 在传输过程中，优先级队列是动态变化的。根据实时的气象数据变化、灾害级别的变化或带宽的实际情况，系统应当不断调整优先级队列。每次数据传输后，重新评估所有气象数据的优先级，并对优先级队列进行更新。

[0030] 所述增量回传策略通过跟踪时间TT内的气象数据变化绝对值，设定变化阈值，提取气象数据变化绝对值大于变化阈值的气象数据，结合灾害级别、气象数据可靠性指标和标准化后的气象数据变化绝对值的加权平均值，得到新的优先级别；加入步骤S41的分配结果中，例如，中级优先级别数据中存在新的优先级别大于 的数据，则该数据将变更为高级优先级别数据。

[0031] 所述周期动态调整算法包括计算气象数据的传输评估值，所述传输评估值通过提取所述实际传输数值生成反馈报告中传输成功率tsr、传输延迟trd和宽带利用率bau得到，则第i条数据的传输评估值计算公式为： ，其中 、和 表示权重系数；则第i条数据回传周期的更新公式为：
，其中， 表示初始回传周期，根据数据
优先级设置的基础周期（例如，高优先级数据为1小时，低优先级数据为2小时）， 和 表示调节系数， 。

[0032] 由于 反映数据传输质量，该值越高，传输质量越好， 越小，回传周期越长；反之，若传输质量较差，回传周期将缩短，以提高数据传输的频率，避免数据丢失。

[0033] 对于高优先级的数据， 越大，回传周期越短；对于低优先级数据， 越小，回传周期越长。通常， 取值在 [0, 1] 范围内，优先级高的数据对应较大值。

[0034] 优先级较高的气象数据（如灾害数据）会分配较短的回传周期，以确保它们尽早回传。优先级较低的气象数据（如普通天气数据）则可以适当延长回传周期，避免占用过多带宽资源。

[0035] 优先级数据优先回传：该公式确保了高优先级数据（如灾害预警数据）能够快速回传，而低优先级数据的回传周期会根据带宽利用情况动态调整，避免带宽资源的浪费。

[0036] 适应性强：结合传输质量评估和数据优先级的影响，系统能够根据不同的网络环境和带宽条件灵活调整回传周期，提高整体传输效率。

[0037] 提升系统可靠性：根据数据的传输质量，自动缩短或延长回传周期，能够在传输质量较差时提高数据的传输频率，确保数据的及时传输和完整性。

[0038] S5、将接收到的数据上传至接收平台。

[0039] 所述阈值及权重的设定可以由本领域操作人员自行设置。

[0040] 图3展示了本发明一种无人区自动气象站远程数据回传系统框架图，与实施例1基于相同的发明构思，本发明提供一种无人区自动气象站远程数据回传系统，包括：数据采集模块，用于采集气象站监测到的温度、湿度、气压和风速数据，生成多类型气象数据集；
信号质量监测模块，用于结合所述多类型气象数据集通过信号质量监测策略得到信号质量评分，设置信号质量最小值，提取所述信号质量评分小于或等于信号质量最小值的气象数据，列入待分配气象数据，送入优先级队列生成模块，提取所述信号质量评分大于信号质量最小值的气象数据，列入待传输气象数据，送入数据回传模块；
优先级队列生成模块，通过优先级评估算法，得到所有待分配数据气象重要性指标，形成优先级队列；
气象数据分层回传模块，用于根据所述优先级队列，为所有待分配数据分配传输周期；
所述气象数据分层回传模块包括回传层级分配单元和回传周期调整单元；所述回传层级分配单元用于根据优先级队列和增量数据，分配回传层级；所述回传周期调整单元用于接收平台根据实际传输数值生成反馈报告，通过周期动态调整算法更新回传周期。

[0041] 数据回传模块，将接收到的数据上传至接收平台。

[0042] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

[0043] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0044] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0045] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0046] 以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。