空中災情收集及城市氣象應急保障系統的構建

天津市濱海新區氣象局 姚巍

空中災情收集及城市氣象應急保障系統的構建

Building the emergency support system for aerial collection of disastrous situation and urban weather

天津市濱海新區氣象局 姚巍

隨著全球氣候變暖，極端氣象災害事件出現的頻率和強度明顯上升。日常生活中，異常天氣也日漸增多。在社會經濟快速發展的今天，氣象與經濟、社會發展和人民群眾生活的關系密不可分，氣象災害給生態、環境、社會、經濟等方面都帶來諸多影響，造成的人員傷亡和財產損失也日趨嚴重。因此，如何應對氣象災害的發生，如何做好突發公共事件的應急氣象服務，最大限度地減少災害造成的影響，是各級氣象部門、廣大氣象工作者一直在思考和力圖解決的難題。

天津市濱海新區氣象部門設計構建的空中災情收集及城市氣象應急保障系統，對強化氣象災害災情的收集能力、提升突發公共事件的現場氣象應急保障能力和重大活動的氣象保障能力有較好的推動作用。

系統構建思路

濱海新區氣象局空中災情收集及城市氣象應急保障系統的構建旨在應對氣象災害和城市突發公共事件，做好應急氣象服務和災情收集工作，在城市內澇、?；沸孤?、重污染天氣等突發事件，以及大型活動中發揮氣象保障作用。設計系統時，在實現災情收集、現場觀測和服務等多功能的基礎上，充分考慮了低成本、易操作。系統設計原則如下：

先進性原則

氣象應急保障系統的建設是一項需要長遠規劃、持續推進的工程，因此，在設計時必須保持先進性、具備前瞻性，既要充分考慮當前應用，又要為未來發展打好基礎。突出氣象觀測、氣象預報和氣象服務優勢，真正做好民用無人駕駛航空器（也稱遙控駕駛航空器，以下簡稱無人機）和移動互聯網領域的技術復用。

標準性原則

為保證氣象服務的精確性，以及未來與其他省市氣象部門應急聯動的可行性，系統構建嚴格遵循了氣象行業地面觀測、信息行業移動互聯網的相關標準和技術指標。

安全性原則

鑒于氣象應急保障任務的特殊性，現場服務需要氣象部門內網大量的實時數據支持，因此，需要為系統搭建安全可靠的信息傳輸通道，以保證氣象數據的保密性和安全性。

系統組成

濱海新區氣象局空中災情收集及城市氣象應急保障系統由數據采集、現場服務和信息傳輸三部分組成。

圖1 系統結構圖

數據采集

數據采集部分是空中災情收集及城市氣象應急保障系統的基礎，負責提供應急現場氣象實況數據和視頻信息。數據采集由地面氣象數據采集子系統和空中視頻數據采集子系統組成。

地面氣象數據采集子系統可由移動式自動氣象站或多部便攜式單兵自動氣象站組成，觀測要素包括溫度、濕度、氣壓、風向、風速、雨量等，最小觀測時間密度為1分鐘。其中，單兵自動氣象站采用模塊化設計，能夠集成多種高精度氣象傳感器，采用蓄電池供電，支持GPRS無線數據傳輸方式，配備自立支架。實時觀測數據可通過筆記本電腦實現單站點對點接收，也可利用無線通訊方式組網匯集至中心站。根據設備存儲空間的不同，采集器中還可保存3～6個月的分鐘/整點觀測數據。在實際應用中，便攜式單兵自動氣象站不僅可以滿足準確穩定的氣象測量要求，還具有微功耗、重量輕、體積小巧、安裝快速簡便等特性，非常適合車載攜帶和快速現場布網觀測應用。

空中視頻數據采集子系統采用了多旋翼微型無人機，機上搭載高清攝像機，可實現空中攝像和照相，能夠快速進行災情收集。近年來，無人機已經廣泛應用于航拍、農業植保、測繪等民用領域。按照《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理暫行規定》（AC-61-FS-2013-20），在視距內（航空器處于駕駛員或觀測員目視視距內半徑500米，相對高度低于120米的區域內）運行的微型無人機（空機質量小于等于7千克的無人機），無人機系統駕駛員自行負責，無須證照管理。濱海新區氣象局空中災情收集及城市氣象應急保障系統配備的微型無人機擁有四旋翼，能夠快速起飛，從安裝啟動到起飛懸停所用時間僅需幾分鐘。微型無人機配備了高清攝像機，在飛行過程支持數據實時傳輸功能，將遙控器手柄接入監視器就可以隨時查看無人機傳回的高清視頻。

現場服務

現場服務部分是空中災情收集和城市氣象應急保障系統的核心，由氣象部門開展預報預警和服務，由各類專用軟件、便攜式計算機和便攜式打印機等硬件組成。

在實際的應急氣象保障服務中，現場應急人員在便攜式計算機上通過濱海新區氣象局研發的“云業務系統”調取局域網內的各類氣象資料，調用各類氣象應用軟件，根據服務需求制作出精細化的現場氣象服務保障產品，并利用計算機的藍牙無線通訊功能與便攜式打印機連接輸出產品，提供給應急現場指揮部或相關部門。另外，為進一步提高現場氣象預報的精確性和可靠性，系統支持視頻會議，可隨時與濱海新區氣象臺開展應急服務專項會商。

信息傳輸

信息傳輸部分將整個系統有效地連接起來，是空中災情收集及城市氣象應急保障系統的關鍵。氣象數據大多基于氣象業務內網，外網用戶無法訪問和獲取，考慮到氣象行業業務結構的這種特殊性，系統對信息傳輸部分進行了虛擬專用網絡的設計，既實現了現場服務的可用性和便利性，又保證了氣象觀測數據的安全性。

在對系統信息傳輸部分的設計中，增加了VPN接入設備，并為便攜式計算機配備了4G網卡。在氣象災害應急或大型活動現場，現場應急人員通過4G網絡連接VPN設備后，即可登陸至氣象局的內網業務系統中，實現各類數據的交互傳輸。

系統運行成效與展望

該系統有效整合了地面氣象探測設備和空中視頻采集設備，增強了數據采集能力；采用4G網絡通訊取代了衛星通訊，提高了信息傳輸的便捷性和及時性；由于系統對應急保障車輛的配置和改造要求不高，大大降低了氣象應急保障系統的建設成本。建設完成的系統開展了多次應急演練，在?；沸孤兜韧话l事件的應急處置和大型活動的現場保障中成功應用，特別是在8·12天津港瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事件現場氣象保障工作中，發揮了極其重要的作用，積累了豐富經驗。濱海新區氣象局空中氣象災情收集與應急保障系統的建設大大提升了濱海新區氣象局災情收集、氣象災害應急保障、大型活動氣象保障的能力，更有效地為政府和相關部門應對突發事件提供優質高效的氣象保障。

對于后期應用，濱海新區氣象局將嘗試在無人機上搭載氣象傳感器，實現真正意義上空中視頻采集和氣象觀測“一體機”概念，進一步優化系統結構、降低成本。在未來幾年的發展中，氣象災情收集與應急保障系統的建設應充分利用成熟的民用無人機技術及先進的移動通訊技術，來支撐氣象災情收集、應急氣象服務等防災減災工作。隨著科技的不斷進步和發展，民用無人機技術和移動通訊技術將在氣象災情收集、應急氣象保障等方面得到推廣和應用，進而全面提升突發事件或大型活動現場應急氣象服務的能力和水平。