物聯網技術在氣象行業中的應用研究淺析

劉巍巍 范秋丹/中國氣象局公共氣象服務中心

物聯網技術在氣象行業中的應用研究淺析

劉巍巍 范秋丹/中國氣象局公共氣象服務中心

物聯網是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡，被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第3次浪潮。目前，美國、日本、韓國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯網，我國政府也高度重視物聯網的發展與應用。物聯網在氣象行業也已得到了廣泛的應用。本研究的重點是從物聯網的定義及發展歷程為出發點，對氣象物聯網的基本內涵、發展過程、物聯網技術在氣象中的應用現狀和發展前景等方面進行全面、深入的歸納、總結和淺析。

物聯網；物聯網發展；氣象

1.物聯網概述

物聯網[1]被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第3次浪潮。業內專家認為，物聯網一方面可以提高經濟效益，另一方面可以大大節約成本。目前，美國、日本、韓國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯網，我國政府也高度重視物聯網的發展與應用。

1.1 物聯網定義

物聯網就是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。它的核心和基礎仍然是互聯網，其本質特征就是“物物相連的互聯網”,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。應用物聯網，人類可以更加精細和動態的管理生產和生活，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然的關系。

1.2 物聯網的發展過程

物聯網的理念最早出現于比爾蓋茨1995年《未來之路》一書。1999年，美國Auto-ID首先提出“物聯網”的概念，即把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。此后在2003年，美國《技術評論》提出傳感網絡技術將是未來改變人們生活的十大技術之首。2004年，物聯網因其能實現人與物、物與物之間的即時交流，被美國《商業周刊》評為全球十大熱門技術。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上，正式提出了物聯網概念。同時也拉開了物聯網在當今社會快速發展的序幕。而2008年席卷全球的金融危機后，世界各國正在試圖通過發展與“物聯網”概念相關的新技術作為應對國際金融危機，振興經濟的重點領域，讓其成為推動經濟走出危機的重大力量，將本國的經濟發展從泥沼中拉回到正軌。2009年6月,歐盟委員會提出針對物聯網行動方案，方案明確表示在技術層面將給予大量資金支持，在政府管理層面將提出與現有法規相適應的網絡監管方案。目前，國際上對物聯網的研發、應用主要集中在美、歐、日、韓等少數國家，相應啟動了以物聯網為基礎的“智慧地球”、“物聯網行動計劃”、“U-Japan”、“U-Korea”等國家性區域戰略規劃[2]。

我國早在上世紀90年代就已經開始了無線傳感領域的研究。1999年，中國科學院就啟動了傳感網研究，組成了2000多人的團隊，投入數億元，已擁有從材料、技術、器件、系統到網絡的完整產業鏈。2004年開始在軍民兩個領域展開標準化研究工作，2009年以來開始積極推進產業化。

據新華社發布的《2009－2010中國物聯網年度發展報告》[3]顯示，2009年我國物聯網產業市場規模1700多億元，物聯網產業遍布公眾業務、平安家居、電力安全、公共安全、健康監測、智能交通、重要區域防入侵、環保等諸多行業和領域，市場規模均超百億元。據中國物聯網研究發展中心、中國科學院物聯網研究中心、江蘇中科物聯網科技發展有限公司聯合出版的《中國物聯網產業發展年度藍皮書（2010）》顯示，2010年我國物聯網行業應用中，安防、電力、交通3大行業位居前列。安防行業的應用更是遙遙領先，占據了43％的市場份額，規模接近900億元，電力行業和交通行業分別占據15％和9％的市場份額，市場規模分別約為300億元和190億元。物流、醫療、手機支付等行業發展也較為迅速，并正日漸滲透到其他各行業和經濟領域。

2.氣象物聯網研究

2.1 氣象物聯網基本內涵

什么是氣象物聯網？簡而言之，就是物聯網技術在氣象中的應用，是專業物聯網的一種。具體地說，就是基于物聯網技術架構，應用物聯網傳感技術、網絡技術、計算機技術、控制技術、智能技術，把氣象觀測、氣象預報、氣象預警信息傳播、氣象服務產品發布等多個系統與互聯網連接起來，對各種氣象信息和相關非氣象信息進行智能收集、識別、處理、存儲、交互與分發，以實現大范圍、大容量數據集中統一管理，提供數據質量控制和信息服務的一種網絡。其核心和基礎是氣象信息通信網，涵蓋氣象信息感知采集系統、通信網絡傳輸系統、高性能計算機系統、數據處理與管理系統、信息存儲與信息共享服務系統。

2.2 氣象物聯網發展歷程

早在20世紀70年代中期，隨著國家氣象局開發的計算機自動通信、自動填圖軟件和氣象公報庫、報告庫、要素庫和數值預報場庫的建立，氣象信息感知、傳輸、存儲、應用實現了自動化，這也標志著物聯網技術在氣象中已經開始進行了初步的應用。隨后歷時8年，發展的“氣象衛星綜合應用業務系統”（代號“9210”工程），建成了衛星廣域網、話音網、數據廣播網、接收網、計算機局域網、CHINAPAC地面迂回備份網和氣象信息綜合分析處理系統，創建了由一個國家級主站、6個區域級站、25個省級站、300多個地市級站、2000多個縣級站組成，以空中與地面相結合，專網與公網相結合，以衛星通信為主，地面通信為輔，以專網為主，公網為輔，覆蓋全國，集中控制，分級管理的五級氣象信息網絡系統。實現了氣象信息領域和部分氣象服務領域的自動傳感、網絡傳輸、智能處理，氣象物聯網的應用也得到了明顯的發展。

進入21世紀以來，隨著我國地面氣象通信寬帶網絡系統、地市級以上氣象部門新一代衛星氣象數據廣播系統（DVB-S）、全國天氣預報電視會商與電話會議系統的先后建成，我國氣象通信步入了氣象衛星、雷達網和光纖、通訊衛星互相配合的時代，特別是區域自動站的研發并廣泛投入使用，使氣象信息感知、傳輸和應用實現了的全面的自動化和部分的智能化，將氣象物聯網的應用推向了快速發展的通道，并取得了部分領域的應用成果。

截止目前，全國每個氣象單位都實現了任意點到點的直接通信和數據共享，并實現了在中國氣象頻道音、視頻天氣預報節目的實時廣播，基本實現了天氣預報無時不有、無處不有，全天候跟隨式貼心服務。由此可見，物聯網技術在氣象行業中的應用早于其它行業，并伴隨著氣象通信技術的發展，得到了較快的發展，發展速度和水平明顯超前于其它行業。

3.國內氣象物聯網發展現狀及前景分析

3.1 國內氣象物聯網發展現狀

現階段，我國氣象物聯網已廣泛覆蓋到氣象信息監測、信息發布、氣象災害防御、氣象科學管理等方方面面。截止目前，我國擁有的2419個地面氣象觀測站、34427個區域自動氣象站、172部新一代天氣雷達、6顆極軌氣象衛星、5顆靜止氣象衛星組成的集天基、空基、地基相結合的綜合氣象觀測系統構成的立體監測網，廣泛應用氣象物聯網智能感知、網絡傳輸和智能處理技術，實現氣象信息的監測、傳輸和處理整個流程的自動化、智能化。

發展氣象物聯網，與通信運營商合作，通過 GPRS、GSM、3G 等形式把氣象信息發送到用戶手機、小區電子顯示屏等信息接收終端，擴大氣象信息發布人群覆蓋面、增強災害預警能力，在我國氣象防災減災中得到了初步的應用。隨之物聯網傳感器技術、移動通信技術和其他M2M相關技術快速發展，也加速了我國氣象物聯網的發展進程，顯著提升了信息監測、智能控制能力。

3.2 氣象物聯網前景分析

隨著氣象物聯網的不斷發展，實現基本氣象要素的全面感知、觀測點實景信息的全面感知、農業氣象要素的全面感知、交通氣象要素的全面感知、旅游氣象要素的全面感知、氣象裝備信息的全面感知，將形成成熟的氣象物聯網感知體系。

根據中國氣象局《氣象信息網絡發展規劃（2011-2015）》，到2015年我國將建成結構合理、集約高效、技術先進、功能完備、穩定可靠的氣象信息網絡系統，總體達到同期國際先進水平。這無疑將是氣象物聯網發展的一個關鍵性突破，依托先進的氣象信息網絡系統，將顯著提高氣象信息數據收集、傳輸、分析及各種氣象產品分發效率，氣象物聯網整體性能將更加優化，實現氣象信息收發的及時高效、氣象服務的及時高效。

隨著氣象物聯網感知層全面覆蓋，網絡層效率不斷提升，遠程控制技術不斷進步，必將帶動氣象物聯網應用層的飛速發展，使氣象服務在智慧城市、智能城市建設中的不斷深入，實現氣象裝備管理智能化、氣象觀測設備管理維護智能化、氣象觀測內容管理智能化、專業觀測設備管理智能化、預警設備發布終端管理智能化、公共氣象服務智能化、人工影響天氣作業智能化、專業氣象服務智能化、農業氣象服務智能化、城市氣象服務智能化、交通氣象服務智能化。

[1] 物聯網:概念、架構與關鍵技術研究綜述 北京郵電大學學報Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications Jun. 2010 Vol. 33 No. 3.

[2] 物聯網——開啟全新生活的智能時代.張福生.山西人民出版社.

[3]《2009-2010中國物聯網年度發展報告》.新華社.

[4] 物聯網應用周刊.2010年1月.第八期.北京溪谷信息咨詢有限公司.