氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中的應(yīng)用

吳信明 吳嘉偉 鮑磊磊

（南通市氣象局，江蘇 南通 226000）

隨著傳感、互聯(lián)網(wǎng)、軟件等技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，結(jié)合人們對(duì)生產(chǎn)高效、生活美好的品質(zhì)追求，技術(shù)與實(shí)踐的相互促進(jìn)，便產(chǎn)生了當(dāng)今已經(jīng)熟知的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)使得物物可以相聯(lián)、交互、感知、控制、友好互助。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的必然結(jié)果，目前該類(lèi)技術(shù)的應(yīng)用正逐步滲透到社會(huì)的方方面面，極大地改善著人們的生產(chǎn)和生活環(huán)境，使得人們可以更加方便、精細(xì)高效和動(dòng)態(tài)的管理生產(chǎn)和生活，達(dá)到比較理想的、更符合人性思維的“智慧”狀態(tài)。氣象要素歷來(lái)就是人類(lèi)生存的第一環(huán)境要素，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改善著人們生產(chǎn)、生活環(huán)境的進(jìn)程中，自然離不開(kāi)氣象的參與，這就形成了物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要子域，可稱(chēng)之為氣象物聯(lián)網(wǎng)。隨著人們認(rèn)識(shí)的不斷深化，氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的一般性認(rèn)識(shí)

簡(jiǎn)單地講，物聯(lián)網(wǎng)就是物品與物品之間的聯(lián)接。這種聯(lián)接不是機(jī)械、生硬的，而是為了達(dá)到人們所期望的某種目的的一種有機(jī)聯(lián)接。

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一個(gè)新生事物。它一般是以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，使兩個(gè)以上的具有關(guān)聯(lián)性的物體相聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)感知相互存在，信息互通有無(wú)，按需相互控制，友好、互助、共同地完成一些復(fù)雜的、需要一定智慧才能完成的任務(wù)，由此讓人們的生產(chǎn)、生活變得非常輕松。同時(shí)，也有利于人與自然的關(guān)系和諧，提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)的生產(chǎn)力水平和資源利用效率。

至今為止，物聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的、完整的、確定不變的定義，從不同角度對(duì)其有著不一樣的理解，能給出不同的定義。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣泛深入，人們對(duì)其認(rèn)知的不斷加深，其定義也在不斷得到補(bǔ)充和善。所以，物聯(lián)網(wǎng)的定義是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、發(fā)展的概念。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成要素

物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成要素有：物品A及其環(huán)境、感知物品或其環(huán)境要素的傳感器、讀取傳感器數(shù)據(jù)的采集器、傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)通信組件、互聯(lián)網(wǎng)或物理線(xiàn)路、數(shù)據(jù)服務(wù)器（云端節(jié)點(diǎn)）、連接各云端獲取大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)云處理服務(wù)器、連接云處理服務(wù)器的客戶(hù)端物品B等。構(gòu)成了物品A和物品B的物聯(lián)網(wǎng)模型，通過(guò)物聯(lián)，物品B能夠按良好意愿影響著物品A，從而在這樣的一個(gè)集合里體現(xiàn)出人的智慧。

2 氣象物聯(lián)網(wǎng)概念

2.1 氣象物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

氣象行業(yè)作為大數(shù)據(jù)的應(yīng)用者，較早地接受了物聯(lián)網(wǎng)的賦能。氣象物聯(lián)網(wǎng)屬于物聯(lián)網(wǎng)的一種，具有共性，更有特點(diǎn)。各地氣象部門(mén)在不同的場(chǎng)合和環(huán)境下，布設(shè)有大量的帶有多個(gè)氣象要素傳感器的自動(dòng)氣象站和為農(nóng)服務(wù)小型氣候站。以江蘇為例，在城鄉(xiāng)每個(gè)街道或鄉(xiāng)鎮(zhèn)至少布設(shè)有一個(gè)自動(dòng)氣象站，在規(guī)?；募彝マr(nóng)場(chǎng)，大型室內(nèi)農(nóng)作物種植場(chǎng)所等地布設(shè)有小型氣候站。這些站點(diǎn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)權(quán)威、可靠、及時(shí)、準(zhǔn)確，為構(gòu)建氣象物聯(lián)網(wǎng)提供了自然優(yōu)勢(shì)。

自動(dòng)氣象站進(jìn)入云端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)有實(shí)時(shí)空氣溫度和濕度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、降水等，及其運(yùn)算產(chǎn)品。為農(nóng)服務(wù)小型氣候站進(jìn)入云端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)有土壤溫度、水分、pH值、電導(dǎo)率，以及太陽(yáng)總輻射（日照）、紫外線(xiàn)強(qiáng)度、蟲(chóng)情等。在水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)所的配備有水溫、水溶氧、水pH酸堿度等傳感器。

2.2 氣象物聯(lián)網(wǎng)的基本模型和原理

2.2.1 基本模型

氣象物聯(lián)網(wǎng)的基本模型如圖1所示。

圖1 氣象物聯(lián)網(wǎng)的基本模型圖

2.2.2 基本原理

自動(dòng)氣象站或小型氣候站布設(shè)于包含某類(lèi)設(shè)施的環(huán)境中，其采集的數(shù)據(jù)通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)或4G互聯(lián)的方式首先進(jìn)入數(shù)據(jù)服務(wù)器（云端節(jié)點(diǎn)），形成的原始分類(lèi)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入連接有限云節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)云處理服務(wù)器，該服務(wù)器主要完成大數(shù)據(jù)處理和服務(wù)程序運(yùn)行，推送服務(wù)信息和可用于控制物品A的控制數(shù)據(jù)。該信息和數(shù)據(jù)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)供近客戶(hù)端設(shè)施的使用（如大屏幕顯示、對(duì)物品A進(jìn)行近程控制等）；或通過(guò)移動(dòng)4G互聯(lián)供遠(yuǎn)客戶(hù)端的設(shè)施使用（如屏幕顯示、手機(jī)終端、對(duì)物品A進(jìn)行遠(yuǎn)程控制等）。

遠(yuǎn)客戶(hù)端設(shè)施（物品B，如手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）獲取服務(wù)信息的同時(shí)，可根據(jù)需要對(duì)物品A（環(huán)境或設(shè)施狀態(tài)）進(jìn)行手動(dòng)控制或自動(dòng)控制，應(yīng)用自如。

自動(dòng)氣象站或小型氣候站采集的數(shù)據(jù)也可直接送到近客戶(hù)端設(shè)施，對(duì)物品A進(jìn)行控制，這種模式是傳統(tǒng)的自動(dòng)控制方式。正是物聯(lián)網(wǎng)的引入和應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的自動(dòng)控制產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，做到遠(yuǎn)程物物相聯(lián)，并且這種聯(lián)系更合理、更人性、更智能、更智慧。

3 氣象物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例

基于氣象因素是人和自然最重要環(huán)境因素的原因，物聯(lián)網(wǎng)一經(jīng)出現(xiàn)，氣象就融入其中。事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至今，氣象物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，遍布城鄉(xiāng)，并隨著傳感、互聯(lián)、軟件等相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其應(yīng)用水平不斷得到提升，在智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。

3.1 氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)上的典型應(yīng)用

氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)方面的一種典型應(yīng)用如圖2所示。

圖2 智慧農(nóng)業(yè)農(nóng)作物溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

客戶(hù)根據(jù)溫室大棚環(huán)境實(shí)況，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，在遠(yuǎn)程用手機(jī)（APP應(yīng)用）手動(dòng)或自動(dòng)控制其環(huán)境設(shè)施的運(yùn)行管理。相關(guān)服務(wù)信息可在近、遠(yuǎn)端電子顯示屏上自動(dòng)顯示出來(lái)。

3.2 氣象物聯(lián)網(wǎng)智慧城市中的典型應(yīng)用

氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市中的一種典型應(yīng)用如圖3所示。

圖3 智慧城市氣象物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

遍布城鄉(xiāng)的氣象自動(dòng)站感應(yīng)到的環(huán)境氣象要素，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)到市民手機(jī)、公交站臺(tái)、公共室內(nèi)外電子屏、廠礦企事業(yè)單位的客戶(hù)終端。各種類(lèi)型的終端無(wú)論是移動(dòng)的還是固定位置的，都可以依據(jù)GPS/北斗定位信息，自動(dòng)尋找到距離自己最近的自動(dòng)氣象站，獲取到環(huán)境氣象的即時(shí)、真實(shí)、權(quán)威數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會(huì)隨著終端位置的變化而自動(dòng)變化。除自動(dòng)對(duì)應(yīng)方式外，終端也可預(yù)選設(shè)置國(guó)內(nèi)數(shù)千個(gè)自動(dòng)氣象站中任何站點(diǎn)，獲取其環(huán)境氣象數(shù)據(jù)。

氣象物聯(lián)網(wǎng)融入城市，使得生活在城市中的人們更隨心所欲地沐浴著雨露滋潤(rùn)，享受著陽(yáng)光照耀，感受到智慧城市的魅力和快樂(lè)。

4 氣象物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用展望

氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)例很多，基本原理與以上兩例類(lèi)似，不再列舉，以下對(duì)氣象物聯(lián)網(wǎng)今后的應(yīng)用方向作一概括性展望。

目前，氣象物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用雖然較廣泛，但由于在開(kāi)發(fā)深度和多技術(shù)結(jié)合應(yīng)用等方面尚存差距，使得這種應(yīng)用未能發(fā)揮極致，尚有廣闊發(fā)展空間。今后主要應(yīng)當(dāng)在這幾方面作深入研究和開(kāi)發(fā)。一是提升氣象大數(shù)據(jù)處理和云計(jì)算的能力，充分發(fā)揮氣象大數(shù)據(jù)的潛能，將歷史數(shù)據(jù)、即時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，使得人們感受環(huán)境氣象的同時(shí)，有比較和預(yù)期。二是應(yīng)用開(kāi)發(fā)要貼近人們的自然思維需求和想象，做人們所想，在滿(mǎn)足人們美好生活需要方面發(fā)揮更大的作用。三是要緊跟相關(guān)技術(shù)的最新發(fā)展，將最先進(jìn)的傳感技術(shù)、互聯(lián)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用到氣象物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，做到與時(shí)俱進(jìn)。相信通過(guò)這些方面持續(xù)不懈地努力，在智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中，一定會(huì)給氣象物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)更廣闊的應(yīng)用天地。

5 結(jié)語(yǔ)

氣象要素是人類(lèi)生存的第一環(huán)境要素，氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中的應(yīng)用有其必然性。確立氣象物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型，了解技術(shù)原理，結(jié)合已成功開(kāi)發(fā)的應(yīng)用實(shí)例，才能發(fā)現(xiàn)差距，明確深度開(kāi)發(fā)方向，為今后更好地開(kāi)展氣象物聯(lián)網(wǎng)在智慧城鄉(xiāng)建設(shè)中的應(yīng)用產(chǎn)生重要的作用。