气象物联网在智慧城乡建设中的应用

吴信明 吴嘉伟 鲍磊磊

（南通市气象局，江苏 南通 226000）

随着传感、互联网、软件等技术的发展和广泛应用，结合人们对生产高效、生活美好的品质追求，技术与实践的相互促进，便产生了当今已经熟知的物联网技术，该技术使得物物可以相联、交互、感知、控制、友好互助。物联网的产生是人类社会进步的必然结果，目前该类技术的应用正逐步渗透到社会的方方面面，极大地改善着人们的生产和生活环境，使得人们可以更加方便、精细高效和动态的管理生产和生活，达到比较理想的、更符合人性思维的“智慧”状态。气象要素历来就是人类生存的第一环境要素，在物联网技术改善着人们生产、生活环境的进程中，自然离不开气象的参与，这就形成了物联网的一个重要子域，可称之为气象物联网。随着人们认识的不断深化，气象物联网在智慧城乡建设中得到了越来越广泛的应用。

1 物联网的概念

1.1 物联网的一般性认识

简单地讲，物联网就是物品与物品之间的联接。这种联接不是机械、生硬的，而是为了达到人们所期望的某种目的的一种有机联接。

物联网是在互联网基础上产生的一个新生事物。它一般是以互联网为媒介，使两个以上的具有关联性的物体相联接，实现感知相互存在，信息互通有无，按需相互控制，友好、互助、共同地完成一些复杂的、需要一定智慧才能完成的任务，由此让人们的生产、生活变得非常轻松。同时，也有利于人与自然的关系和谐，提升经济社会的生产力水平和资源利用效率。

至今为止，物联网没有一个统一的、完整的、确定不变的定义，从不同角度对其有着不一样的理解，能给出不同的定义。随着相关技术的不断发展，物联网应用的广泛深入，人们对其认知的不断加深，其定义也在不断得到补充和善。所以，物联网的定义是一个动态的、发展的概念。

1.2 物联网的基本构成要素

物联网的基本构成要素有：物品A及其环境、感知物品或其环境要素的传感器、读取传感器数据的采集器、传输数据的无线或有线通信组件、互联网或物理线路、数据服务器（云端节点）、连接各云端获取大数据的数据云处理服务器、连接云处理服务器的客户端物品B等。构成了物品A和物品B的物联网模型，通过物联，物品B能够按良好意愿影响着物品A，从而在这样的一个集合里体现出人的智慧。

2 气象物联网概念

2.1 气象物联网的特点

气象行业作为大数据的应用者，较早地接受了物联网的赋能。气象物联网属于物联网的一种，具有共性，更有特点。各地气象部门在不同的场合和环境下，布设有大量的带有多个气象要素传感器的自动气象站和为农服务小型气候站。以江苏为例，在城乡每个街道或乡镇至少布设有一个自动气象站，在规模化的家庭农场，大型室内农作物种植场所等地布设有小型气候站。这些站点符合国家标准，数据权威、可靠、及时、准确，为构建气象物联网提供了自然优势。

自动气象站进入云端节点的数据有实时空气温度和湿度、风向风速、气压、降水等，及其运算产品。为农服务小型气候站进入云端节点的数据有土壤温度、水分、pH值、电导率，以及太阳总辐射（日照）、紫外线强度、虫情等。在水产养殖场所的配备有水温、水溶氧、水pH酸碱度等传感器。

2.2 气象物联网的基本模型和原理

2.2.1 基本模型

气象物联网的基本模型如图1所示。

图1 气象物联网的基本模型图

2.2.2 基本原理

自动气象站或小型气候站布设于包含某类设施的环境中，其采集的数据通过专线或4G互联的方式首先进入数据服务器（云端节点），形成的原始分类数据通过网络进入连接有限云节点的数据云处理服务器，该服务器主要完成大数据处理和服务程序运行，推送服务信息和可用于控制物品A的控制数据。该信息和数据可通过互联网供近客户端设施的使用（如大屏幕显示、对物品A进行近程控制等）；或通过移动4G互联供远客户端的设施使用（如屏幕显示、手机终端、对物品A进行远程控制等）。

远客户端设施（物品B，如手机等网络设备）获取服务信息的同时，可根据需要对物品A（环境或设施状态）进行手动控制或自动控制，应用自如。

自动气象站或小型气候站采集的数据也可直接送到近客户端设施，对物品A进行控制，这种模式是传统的自动控制方式。正是物联网的引入和应用，使得传统的自动控制产生了质的飞跃，做到远程物物相联，并且这种联系更合理、更人性、更智能、更智慧。

3 气象物联网应用实例

基于气象因素是人和自然最重要环境因素的原因，物联网一经出现，气象就融入其中。事实上，物联网发展至今，气象物联网应用已经非常广泛，遍布城乡，并随着传感、互联、软件等相关技术的不断进步，其应用水平不断得到提升，在智慧城乡建设中发挥出越来越重要的作用。

3.1 气象物联网在智慧农业上的典型应用

气象物联网在智慧农业方面的一种典型应用如图2所示。

图2 智慧农业农作物温室大棚物联网结构简图

客户根据温室大棚环境实况，通过物联网，在远程用手机（APP应用）手动或自动控制其环境设施的运行管理。相关服务信息可在近、远端电子显示屏上自动显示出来。

3.2 气象物联网智慧城市中的典型应用

气象物联网在智慧城市中的一种典型应用如图3所示。

图3 智慧城市气象物联网结构简图

遍布城乡的气象自动站感应到的环境气象要素，通过物联网服务到市民手机、公交站台、公共室内外电子屏、厂矿企事业单位的客户终端。各种类型的终端无论是移动的还是固定位置的，都可以依据GPS/北斗定位信息，自动寻找到距离自己最近的自动气象站，获取到环境气象的即时、真实、权威数据，这些数据将会随着终端位置的变化而自动变化。除自动对应方式外，终端也可预选设置国内数千个自动气象站中任何站点，获取其环境气象数据。

气象物联网融入城市，使得生活在城市中的人们更随心所欲地沐浴着雨露滋润，享受着阳光照耀，感受到智慧城市的魅力和快乐。

4 气象物联网的应用展望

气象物联网在智慧城乡建设中的应用实例很多，基本原理与以上两例类似，不再列举，以下对气象物联网今后的应用方向作一概括性展望。

目前，气象物联网的应用虽然较广泛，但由于在开发深度和多技术结合应用等方面尚存差距，使得这种应用未能发挥极致，尚有广阔发展空间。今后主要应当在这几方面作深入研究和开发。一是提升气象大数据处理和云计算的能力，充分发挥气象大数据的潜能，将历史数据、即时数据、预报数据的应用结合起来，使得人们感受环境气象的同时，有比较和预期。二是应用开发要贴近人们的自然思维需求和想象，做人们所想，在满足人们美好生活需要方面发挥更大的作用。三是要紧跟相关技术的最新发展，将最先进的传感技术、互联技术、网络安全技术、卫星定位技术应用到气象物联网应用开发中，做到与时俱进。相信通过这些方面持续不懈地努力，在智慧城乡建设中，一定会给气象物联网带来更广阔的应用天地。

5 结语

气象要素是人类生存的第一环境要素，气象物联网在智慧城乡建设中的应用有其必然性。确立气象物联网应用模型，了解技术原理，结合已成功开发的应用实例，才能发现差距，明确深度开发方向，为今后更好地开展气象物联网在智慧城乡建设中的应用产生重要的作用。