精准而及时的气象信息是实现天气预测与气象共享服务的基础,也是应对各种突发性天气灾害事件的前提条件。一段时间以来,充分利用现代信息技术进行气象数据采集的研究,一直是信息领域与气象领域融合研究的热点。窄带物联网NB-IoT的大规模布网,给社会发展需求的多要素综合气象数据采集研究带来了新的契机。基于NB-IoT通信的综合气象数据采集系统研究将得到充分关注。基于NB-IoT通信综合气象数据采集系统涉及到传感器应用设计、微控制器编程、NB-IoT通信及安全性等问题。本文重点研究综合气象数据采集系统IMDAS的技术架构、主要实现方法、安全性问题及可维护问题,主要工作如下:(1)以硬件打通为基础,遵循嵌入式软件工程的基本原理,给出了基于构件方法的气象传感器硬件构件设计及底层驱动软件构件设计,为IMDAS提供底层基础。硬件上给出了多种传感器的对外接口统一,增强了硬件的可扩充性。在底层软件上,遵循构件化封装原则,增强了可维护性与可移植性。(2)依托NB-IoT共性技术应用架构,对IMDAS进行建模,提出了基于NB-IoT通信的IMDAS的应用框架,利用实验室开发的NB-IoT终端通信构件uecom与人机交互系统HCI通信构件类HCIcom,实现了 IMDAS的数据上行与下行过程。在此基础上,给出了 IMDAS的软硬件设计与基本测试。(3)针对基于云平台的气象数据存储、共享访问的安全问题,综合考虑到终端气象节点极易受到攻击、资源不足、功耗受限等问题,提出了一种基于属性的安全且高效的加密方案。提高加解密算法效率的同时最小化用户的计算开销,很适合计算能力弱且资源受限的终端设备。并进一步通过验证算法确保外包计算的正确性,保证资源共享过程中,灵活可扩展的访问控制策略以及用户数据的机密性和隐私保护。(4)针对大规模的气象数据采集节点的维护更新问题,提出了一种基于存储优化的远程更新方案。可克服现场烧录程序与调试更新带来的高成本系统维护问题,实现系统的动态可更新配置,适应待测区域的多种气象信息数据源的采集监测。本文给出的综合气象数据采集系统,以嵌入式系统软硬件构件化设计思想为基础,构建了性能稳定且可移植、可扩展的采集终端设备,实践表明其可行性与有效性。文中给出基于属性安全且高效的加密方案,从理论与实践两个角度论证了在IMDAS中有效性;文中给出的远程更新方案是IMDAS系统维护升级的一种有效方式。