空中灾情收集及城市气象应急保障系统的构建

天津市滨海新区气象局 姚巍

空中灾情收集及城市气象应急保障系统的构建

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

天津市滨海新区气象局 姚巍

随着全球气候变暖，极端气象灾害事件出现的频率和强度明显上升。日常生活中，异常天气也日渐增多。在社会经济快速发展的今天，气象与经济、社会发展和人民群众生活的关系密不可分，气象灾害给生态、环境、社会、经济等方面都带来诸多影响，造成的人员伤亡和财产损失也日趋严重。因此，如何应对气象灾害的发生，如何做好突发公共事件的应急气象服务，最大限度地减少灾害造成的影响，是各级气象部门、广大气象工作者一直在思考和力图解决的难题。

天津市滨海新区气象部门设计构建的空中灾情收集及城市气象应急保障系统，对强化气象灾害灾情的收集能力、提升突发公共事件的现场气象应急保障能力和重大活动的气象保障能力有较好的推动作用。

系统构建思路

滨海新区气象局空中灾情收集及城市气象应急保障系统的构建旨在应对气象灾害和城市突发公共事件，做好应急气象服务和灾情收集工作，在城市内涝、危化品泄漏、重污染天气等突发事件，以及大型活动中发挥气象保障作用。设计系统时，在实现灾情收集、现场观测和服务等多功能的基础上，充分考虑了低成本、易操作。系统设计原则如下：

先进性原则

气象应急保障系统的建设是一项需要长远规划、持续推进的工程，因此，在设计时必须保持先进性、具备前瞻性，既要充分考虑当前应用，又要为未来发展打好基础。突出气象观测、气象预报和气象服务优势，真正做好民用无人驾驶航空器（也称遥控驾驶航空器，以下简称无人机）和移动互联网领域的技术复用。

标准性原则

为保证气象服务的精确性，以及未来与其他省市气象部门应急联动的可行性，系统构建严格遵循了气象行业地面观测、信息行业移动互联网的相关标准和技术指标。

安全性原则

鉴于气象应急保障任务的特殊性，现场服务需要气象部门内网大量的实时数据支持，因此，需要为系统搭建安全可靠的信息传输通道，以保证气象数据的保密性和安全性。

系统组成

滨海新区气象局空中灾情收集及城市气象应急保障系统由数据采集、现场服务和信息传输三部分组成。

图1 系统结构图

数据采集

数据采集部分是空中灾情收集及城市气象应急保障系统的基础，负责提供应急现场气象实况数据和视频信息。数据采集由地面气象数据采集子系统和空中视频数据采集子系统组成。

地面气象数据采集子系统可由移动式自动气象站或多部便携式单兵自动气象站组成，观测要素包括温度、湿度、气压、风向、风速、雨量等，最小观测时间密度为1分钟。其中，单兵自动气象站采用模块化设计，能够集成多种高精度气象传感器，采用蓄电池供电，支持GPRS无线数据传输方式，配备自立支架。实时观测数据可通过笔记本电脑实现单站点对点接收，也可利用无线通讯方式组网汇集至中心站。根据设备存储空间的不同，采集器中还可保存3～6个月的分钟/整点观测数据。在实际应用中，便携式单兵自动气象站不仅可以满足准确稳定的气象测量要求，还具有微功耗、重量轻、体积小巧、安装快速简便等特性，非常适合车载携带和快速现场布网观测应用。

空中视频数据采集子系统采用了多旋翼微型无人机，机上搭载高清摄像机，可实现空中摄像和照相，能够快速进行灾情收集。近年来，无人机已经广泛应用于航拍、农业植保、测绘等民用领域。按照《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》（AC-61-FS-2013-20），在视距内（航空器处于驾驶员或观测员目视视距内半径500米，相对高度低于120米的区域内）运行的微型无人机（空机质量小于等于7千克的无人机），无人机系统驾驶员自行负责，无须证照管理。滨海新区气象局空中灾情收集及城市气象应急保障系统配备的微型无人机拥有四旋翼，能够快速起飞，从安装启动到起飞悬停所用时间仅需几分钟。微型无人机配备了高清摄像机，在飞行过程支持数据实时传输功能，将遥控器手柄接入监视器就可以随时查看无人机传回的高清视频。

现场服务

现场服务部分是空中灾情收集和城市气象应急保障系统的核心，由气象部门开展预报预警和服务，由各类专用软件、便携式计算机和便携式打印机等硬件组成。

在实际的应急气象保障服务中，现场应急人员在便携式计算机上通过滨海新区气象局研发的“云业务系统”调取局域网内的各类气象资料，调用各类气象应用软件，根据服务需求制作出精细化的现场气象服务保障产品，并利用计算机的蓝牙无线通讯功能与便携式打印机连接输出产品，提供给应急现场指挥部或相关部门。另外，为进一步提高现场气象预报的精确性和可靠性，系统支持视频会议，可随时与滨海新区气象台开展应急服务专项会商。

信息传输

信息传输部分将整个系统有效地连接起来，是空中灾情收集及城市气象应急保障系统的关键。气象数据大多基于气象业务内网，外网用户无法访问和获取，考虑到气象行业业务结构的这种特殊性，系统对信息传输部分进行了虚拟专用网络的设计，既实现了现场服务的可用性和便利性，又保证了气象观测数据的安全性。

在对系统信息传输部分的设计中，增加了VPN接入设备，并为便携式计算机配备了4G网卡。在气象灾害应急或大型活动现场，现场应急人员通过4G网络连接VPN设备后，即可登陆至气象局的内网业务系统中，实现各类数据的交互传输。

系统运行成效与展望

该系统有效整合了地面气象探测设备和空中视频采集设备，增强了数据采集能力；采用4G网络通讯取代了卫星通讯，提高了信息传输的便捷性和及时性；由于系统对应急保障车辆的配置和改造要求不高，大大降低了气象应急保障系统的建设成本。建设完成的系统开展了多次应急演练，在危化品泄露等突发事件的应急处置和大型活动的现场保障中成功应用，特别是在8·12天津港瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事件现场气象保障工作中，发挥了极其重要的作用，积累了丰富经验。滨海新区气象局空中气象灾情收集与应急保障系统的建设大大提升了滨海新区气象局灾情收集、气象灾害应急保障、大型活动气象保障的能力，更有效地为政府和相关部门应对突发事件提供优质高效的气象保障。

对于后期应用，滨海新区气象局将尝试在无人机上搭载气象传感器，实现真正意义上空中视频采集和气象观测“一体机”概念，进一步优化系统结构、降低成本。在未来几年的发展中，气象灾情收集与应急保障系统的建设应充分利用成熟的民用无人机技术及先进的移动通讯技术，来支撑气象灾情收集、应急气象服务等防灾减灾工作。随着科技的不断进步和发展，民用无人机技术和移动通讯技术将在气象灾情收集、应急气象保障等方面得到推广和应用，进而全面提升突发事件或大型活动现场应急气象服务的能力和水平。