氣象觀測社會化多模式驅(qū)動研究

陳德生 林勇

摘 要：本文通過提出進(jìn)行氣象業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)挖掘、制定社會化數(shù)據(jù)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、建立行業(yè)數(shù)據(jù)共享機制等氣象觀測社會化實踐探索活動，形成更大維度的觀測數(shù)據(jù)集，分析了氣象數(shù)據(jù)資源釋放所形成的大數(shù)據(jù)集，并通過制定具體的實踐政策，探索利用社會化觀測數(shù)據(jù)的模式方法，提出對氣象觀測社會化多模式驅(qū)動進(jìn)行探索和研究的建議。

關(guān)鍵詞：氣象觀測;數(shù)據(jù)挖掘;創(chuàng)新平臺;社會化

中圖分類號：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）10-0150-03

Absrtact： This paper proposed a larger dimension of observation dataset by proposing to conduct meteorological business big data mining， formulating social data access standards， and establishing industry data sharing mechanisms and other social activities for meteorological observations， analyzed the large data sets formed by the release of meteorological data resources， and through the formulation of specific practical policies， explored the use of socialized observation data model methods， and proposed to explore and study the multi-mode driving of meteorological observation socialization.

Keywords： meteorological observation; data mining; innovation platform; socialization

隨著社會民眾生活水平不斷提高，大眾對氣象信息服務(wù)提出了均等、普惠、個性的新需求。從滿足社會需求上看，氣象部門雖然已經(jīng)建成電視、電臺、報紙、手機、網(wǎng)站、氣象聲訊和電子顯示屏等氣象信息服務(wù)系統(tǒng)，但是這些服務(wù)手段呈碎片化狀態(tài)，與實現(xiàn)無所不在的互聯(lián)和隨時隨地隨身的智能融合服務(wù)還相差甚遠(yuǎn)。國內(nèi)各行各業(yè)在依靠移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算方式進(jìn)行積極創(chuàng)新，突破自我，重塑產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，拉開新產(chǎn)業(yè)革命的序幕。智能家居已經(jīng)實現(xiàn)了家庭部分氣象要素采集，并結(jié)合具體指標(biāo)進(jìn)行自動服務(wù)功能。大數(shù)據(jù)進(jìn)程給人們帶來了啟示，要推動以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的高附加值的創(chuàng)造性服務(wù)，發(fā)展基于行業(yè)數(shù)據(jù)平臺的專業(yè)服務(wù)，發(fā)展基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)挖掘的分析服務(wù)，通過挖掘?qū)崟r天氣信息，提高安全防范能力和應(yīng)急處理能力[1]。

1 研究背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，氣象觀測將進(jìn)入“氣象要素全面感知”時代。氣象要素感知將由氣象部門的“一統(tǒng)天下”，向以氣象部門觀測為主、行業(yè)觀測和社會觀測為輔轉(zhuǎn)變。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，移動互聯(lián)、智能終端普及應(yīng)用，社會公眾逐漸產(chǎn)生了“隨時隨地”獲取氣象實況信息的強烈需求。可穿戴設(shè)備、“家庭氣象觀測”等新事物的出現(xiàn)已屢見不鮮，這些數(shù)據(jù)依托互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸、應(yīng)用，氣象部門面對諸如此類的新生事物該如何自處，還需要盡快研究。

2011年10月，美國國家氣象局（NWS）宣布，在全國2 000量客運大巴上安裝傳感器。隨著巴士移動，可以收集沿途所有地點的溫度、濕度等數(shù)據(jù)，并實時傳回國家氣象局的數(shù)據(jù)中心。這些高密度（時、空）的數(shù)據(jù)意味著氣象業(yè)務(wù)不僅僅是“預(yù)”報，將逐漸走向“實”報、“精”報。

墨跡風(fēng)云作為墨跡天氣APP的開發(fā)商，在2014年5月11日正式發(fā)布首款智能硬件產(chǎn)品“空氣果”。這是一款智能空氣檢測設(shè)備，支持溫度、濕度、二氧化碳、PM2.5等數(shù)據(jù)檢測和提醒。

目前，英國氣象局（Met Office）已經(jīng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立天氣觀測網(wǎng)站（Weather Observation Website，WOW），開放基于物聯(lián)協(xié)議的API接口，面向全球收集各類氣象觀測資料，包括常規(guī)要素、天氣現(xiàn)象、水位、照片等各類元素。法國氣象局使用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在家用小汽車上安裝傳感器來探測道路氣象信息，然后把這些車輛采集的氣象數(shù)據(jù)匯集起來實時發(fā)送到氣象局。美國氣象局開展氣象志愿者計劃，每位志愿者自費購買雨量筒，在美國颶風(fēng)頻發(fā)的東南部地區(qū)和群島海域加密收集降水量。英國氣象局宣布其內(nèi)部已達(dá)成共識，不再建設(shè)造價高昂的氣象探測設(shè)備，而要把經(jīng)費用于通過智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以收集更多的氣象數(shù)據(jù)。

2019年，我國中央一號文件、國務(wù)院文件、中國氣象局文件等對氣象信息化提出了總體指導(dǎo)和要求，明確指出大力發(fā)展智慧氣象。發(fā)展智慧氣象的重要抓手是氣象信息化，建立一體化氣象感知管理系統(tǒng)。

2 氣象觀測社會化模式探索

2.1 拓展社會志愿氣象觀測

我國氣象局應(yīng)加強與南京信息工程大學(xué)等高校、科研院所以及部分中小學(xué)的合作，建設(shè)兼具科普和數(shù)據(jù)采集功能的社會氣象觀測站。研發(fā)手機應(yīng)用APP，利用短時降水預(yù)報產(chǎn)品，引導(dǎo)用戶主動拍照上傳實景圖像及實況信息。探索“眾包”式災(zāi)害事件信息采集渠道，推出“發(fā)現(xiàn)身邊的風(fēng)險”天氣圖片采集活動。建立氣象志愿者觀測隊伍，建立人工氣象數(shù)據(jù)北斗應(yīng)急傳輸系統(tǒng)，志愿者人工觀測降雨量并手動將數(shù)據(jù)通過北斗系統(tǒng)傳輸?shù)綒庀蟛块T。與高速交警總隊建立人工移動智能觀測新模式，以河南省為例，全省近2 000名高速交警成為“移動氣象觀測員”[2]。

2.2 拓展生態(tài)環(huán)境氣象觀測

我國氣象局應(yīng)緊緊圍繞氣候安全、環(huán)境、農(nóng)林、水、生態(tài)監(jiān)測評估、人為因素對天氣的影響、鄉(xiāng)村振興和軍民融合等領(lǐng)域，與環(huán)保、高校、科研院所等在全國各省所劃分的生態(tài)區(qū)聯(lián)合開展生態(tài)環(huán)境氣象觀測站網(wǎng)建設(shè)。其中，較多省份已經(jīng)打通各省環(huán)保廳實時向省氣象局共享全省環(huán)境監(jiān)測站點數(shù)據(jù)通道，快速提升了邊界層垂直探測能力，能夠有效支撐生態(tài)修復(fù)、滿足環(huán)境改善服務(wù)需求。

2.3 部門間數(shù)據(jù)共享模式，拓展專業(yè)專項氣象觀測

水利、民航、林業(yè)、漁業(yè)、環(huán)保、交通、農(nóng)業(yè)和黃委會等部門基于自身行業(yè)特性和業(yè)務(wù)需求，也建立了大量的氣象觀測站。隨著國家推動，部門信息共享的力度越來越大、速度越來越快，這些部門外的氣象觀測資料在氣象部門也得到應(yīng)用。以河北省為例，該省氣象局與具有代表性的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體共建農(nóng)業(yè)小氣候觀測站，支撐全省11個農(nóng)業(yè)氣象分中心建設(shè);與省水利廳實時共享5 240個雨量站降水?dāng)?shù)據(jù)，有效支撐氣象預(yù)報預(yù)警和政府決策;由省交通廳投資建設(shè)了147個高速公路交通氣象觀測站，神華公司投資在朔黃鐵路沿線建設(shè)完成40個交通氣象觀測站，冀云公司依托中國鐵塔公司基站，在全省4A級以上景區(qū)內(nèi)建設(shè)了100套旅游氣象觀測站。

2.4 社會大數(shù)據(jù)挖掘模式

我國氣象局利用系統(tǒng)內(nèi)建立的部門微信、微博平臺進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)挖掘，獲得相關(guān)天氣數(shù)據(jù)，如通過圖片信息分析得到實時天氣現(xiàn)象，依托建設(shè)項目推出自主研發(fā)的產(chǎn)品，并進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)試用，這是社會化氣象數(shù)據(jù)采集的重要嘗試，能夠?qū)崿F(xiàn)氣象數(shù)據(jù)資源合理適度向系統(tǒng)內(nèi)部開放，帶動系統(tǒng)開展氣象大數(shù)據(jù)增值性、公益性開發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用，讓每位氣象職工都能享受到精細(xì)化、專業(yè)化、個性化的普惠氣象服務(wù)，真正感受到“以人為本、無微不至、無所不在”的氣象服務(wù)理念，并在生產(chǎn)生活中獲得巨大的經(jīng)濟、社會價值和最佳體驗。通過研究和實踐，總結(jié)出完善的利用社會化觀測數(shù)據(jù)的模式方法，為向社會全面推廣提供有利的數(shù)據(jù)支撐。

3 氣象觀測社會化多模式驅(qū)動研究路線

3.1 建立氣象觀測社會化大數(shù)據(jù)收集機制，形成氣象大數(shù)據(jù)體系

信息化的本質(zhì)是創(chuàng)新與變革，創(chuàng)新帶來生產(chǎn)力提升，變革則使新的業(yè)務(wù)模式被重建。在大數(shù)據(jù)時代，氣象數(shù)據(jù)來源更加豐富，不再局限于氣象部門內(nèi)部，更多的信息可能來自外部世界;氣象數(shù)據(jù)類型更加復(fù)雜，除了直接的數(shù)字觀測量值、預(yù)報預(yù)測結(jié)論外，還有更多的圖像、聲音、視頻等非結(jié)構(gòu)化信息;氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求更加廣泛，與其他數(shù)據(jù)相結(jié)合應(yīng)用更加緊密，氣象數(shù)據(jù)收集、存儲、分析、應(yīng)用業(yè)務(wù)模式發(fā)生深刻變革[3]。

信息化使傳統(tǒng)的部門分割和業(yè)務(wù)壟斷被打破，“跨界融合”成為網(wǎng)絡(luò)流行語：蘋果公司跨界進(jìn)入手機行業(yè)，顛覆了諾基亞;微信跨界進(jìn)入通信領(lǐng)域，顛覆了運營商語音和短信業(yè)務(wù);互聯(lián)網(wǎng)金融顛覆了傳統(tǒng)銀行等，行業(yè)橫向整合和縱向重塑如火如荼。延續(xù)了數(shù)十年的人工氣象觀測正逐漸被自動觀測取代，氣象觀測的門檻大大降低，社會參與已是不爭的事實。農(nóng)、林、水、漁、民航等行業(yè)基于自身的業(yè)務(wù)需求，大面積布設(shè)了包括氣象要素的自動觀測站;社會公眾“隨時隨地”獲取氣象實況信息變成可能，物聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的發(fā)展，也使基于“觀測即應(yīng)用”理念的可穿戴設(shè)備、個人（家庭）氣象觀測等新事物的出現(xiàn)屢見不鮮。隨著氣象數(shù)據(jù)的進(jìn)一步開放，社會組織甚至個人也可以制作天氣預(yù)報，氣象部門專職預(yù)報員的地位受到挑戰(zhàn)。社會力量已滲透到氣象業(yè)務(wù)的多個領(lǐng)域，目前，自成體系的氣象業(yè)務(wù)格局有可能會被打破，需要有關(guān)部門從組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)體系、運行機制、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等方面思考應(yīng)對。

建立社會數(shù)據(jù)、行業(yè)數(shù)據(jù)的共享機制，建立氣象觀測社會化數(shù)據(jù)、災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集機制，具備氣象服務(wù)市場主體和用戶相關(guān)數(shù)據(jù)收集功能，為連接氣象服務(wù)市場和用戶行為特征提供入口，形成更大維度的觀測數(shù)據(jù)，豐富氣象大數(shù)據(jù)的內(nèi)容。使氣象觀測由室外深入室內(nèi)，在不同建筑結(jié)構(gòu)、不同高度的室內(nèi)，甚至是不同種類建筑墻面之外;還可以有草坪、樹林等更多場景;使氣象觀測深入社區(qū)，構(gòu)建更密集的觀測網(wǎng)，形成氣象大數(shù)據(jù)體系。

3.2 制定氣象觀測社會化數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐能力

氣象觀測工作的重點是堅持氣象要素感知以氣象部門觀測為主，行業(yè)觀測和社會觀測為輔的原則。在完善綜合觀測網(wǎng)的同時，加快制定各類觀測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn);觀測設(shè)備電氣、協(xié)議、接口、尺寸、材質(zhì)等標(biāo)準(zhǔn);強化氣象觀測的社會管理;優(yōu)化部門觀測數(shù)據(jù)的傳輸流程;保障數(shù)據(jù)中心中觀測資料入口、出口的唯一性，確保觀測數(shù)據(jù)的權(quán)威性;完善觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系。

由于社會化觀測采集的數(shù)據(jù)會受多種因素的影響，不符合現(xiàn)有氣象觀測標(biāo)準(zhǔn)，因此，我國氣象局應(yīng)通過設(shè)計數(shù)據(jù)接入規(guī)則、氣象服務(wù)市場準(zhǔn)入規(guī)則，使數(shù)據(jù)可以通過與標(biāo)準(zhǔn)觀測站對比、訂正而變?yōu)楹虾跻蟮臄?shù)據(jù)，并用于臨近預(yù)報。

3.3 做好云計算和數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，為數(shù)據(jù)挖掘奠定基礎(chǔ)

氣象局應(yīng)做好云計算和數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃。數(shù)據(jù)是平臺的核心資產(chǎn)，是保證用戶黏性的一個重要內(nèi)容，同時還是開展數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。

3.4 做好數(shù)據(jù)模型搭建與智能分析，豐富氣象服務(wù)種類與層次

氣象局應(yīng)建立數(shù)據(jù)模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，了解分析小氣候，結(jié)合實踐數(shù)據(jù)分析建筑、草地、樹林等對小氣候的影響，結(jié)合格點預(yù)報、鄰近觀測點等信息，通過大數(shù)據(jù)挖掘，生成各類服務(wù)產(chǎn)品、預(yù)警信息，實現(xiàn)報警功能。創(chuàng)新更多業(yè)務(wù)應(yīng)用、預(yù)報產(chǎn)品和服務(wù)模式，進(jìn)一步豐富氣象服務(wù)種類和層次，將被轉(zhuǎn)移或隱藏起來的氣象數(shù)據(jù)資源價值釋放出來[4]。

3.5 建設(shè)氣象創(chuàng)新平臺，推動氣象科技創(chuàng)新的積極性和主動性

氣象局應(yīng)建設(shè)氣象創(chuàng)新平臺，連接氣象科技創(chuàng)新主體和應(yīng)用主體，認(rèn)真貫徹落實國家有關(guān)科技成果轉(zhuǎn)化政策文件，設(shè)計好成果交易規(guī)則、成果評價規(guī)則等，推動氣象科技創(chuàng)新的積極性和主動性;并開發(fā)適應(yīng)于氣象特色、行業(yè)數(shù)據(jù)互融的觀測智能感知終端。

4 結(jié)語

本文提出對氣象業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)挖掘、開展社會化氣象觀測理論分析及具體實踐的探索活動，形成氣象智能觀測社會化多模式驅(qū)動的多維可視化發(fā)展模型，規(guī)范、統(tǒng)一多領(lǐng)域氣象觀測數(shù)據(jù)格式，構(gòu)建多模式觀測規(guī)范，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)，建立行業(yè)數(shù)據(jù)共享機制，分析氣象數(shù)據(jù)資源釋放所形成的大數(shù)據(jù)集等，在智能觀測、臨近預(yù)報、聰慧服務(wù)、精準(zhǔn)決策、專業(yè)減災(zāi)和人才創(chuàng)新等氣象業(yè)務(wù)方面起到積極的驅(qū)動作用。深入推進(jìn)氣象觀測社會化，使氣象觀測深入社區(qū)，構(gòu)建更密集的觀測網(wǎng)，釋放被轉(zhuǎn)移或隱藏起來的氣象數(shù)據(jù)資源價值，創(chuàng)新更多業(yè)務(wù)應(yīng)用、預(yù)報產(chǎn)品和服務(wù)模式，進(jìn)一步豐富氣象服務(wù)種類和層次，使服務(wù)產(chǎn)品變得逐漸聰慧，政府決策更加精準(zhǔn)，防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)手段得到延伸。氣象觀測社會化能夠強化生態(tài)文明氣象保障服務(wù)能力，探索林、田、湖、草等多領(lǐng)域的生態(tài)感知體系。

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