智慧气象平台实现技术初探——以重庆市渝北区气象局为例

王钧立

（重庆市渝北区气象局，重庆 401120）

1 智慧气象平台建设的背景

1.1 智慧气象平台建设时代背景

21 世纪提出的“智慧地球”理念为全球各行各业的智慧化发展奠定了基础[1]。“智慧地球”实施的目的，是为了赋予交通、能源、医疗、城市管理等行业智慧化运作的功能，让科技信息和现实生活有机结合，促进世界可持续地智慧发展[2]。在智慧体系建设思潮的指引下，以先进科技为支撑的气象行业，也在为拓宽气象服务探寻一条智慧化发展的道路。从气象的观测、预警、预报、服务、社会管理基本业务，到气象现代化建设，再到智慧气象等，都是不断发现、深入钻研、持续创造的过程。大数据、物联网、云计算、人工智能等新技术的使用逐渐让观测更加智能、预报更加精准、服务更加敏捷，实现气象行业的多元化与开放性[3]。

重庆市渝北区气象局（简称：渝北局）为提高城市气象服务水平，提高城市防灾减灾救灾能力，提高早中期预警能力及预警信息发布能力，建立灾害风险预警机制，遵循以人为本、因地制宜、可持续发展的原则，建成结构合理、技术先进、组织有力、机制完善的城市气象防灾减灾救灾和公共气象服务体系。根据渝北局业务情况调研发现，在工作流程中存在一些问题，对天气预报、气象灾害资料、设施设备监控、数据传输、气象预警以及移动办公等工作产生了直接的影响，未能达到便捷、高效、协同、及时的效果。针对这些问题，建议利用气象大数据作为基础，云计算作为核心，“互联网+”技术为支撑，建立智慧气象平台，达到提高防灾减灾救灾能力，提升渝北局工作效率的目的。

1.2 智慧气象平台产品概述

渝北智慧气象平台模型是一款专为渝北局打造，集辖区内多测点综合观测、预报预警、公共气象服务、移动协同办公于一体的智慧化业务平台。它的主要内容：以列表、地图等方式显示各类观测站的实时数据；对各类历史数据进行组合查询，并支持导出和打印功能；对所有观测站的设备运行状态进行监控，当发生设备故障、观测数据超过设定的阈值、观测数据出现异常时，自动报警和向指定的人员发送短信提醒，并对异常数据提供校正、补缺方案和指导；快速浏览产品概览，确保产品信息正确；强大的查询统计功能，并提供数据对比功能，为领导的决策提供数据依据和建议；同时，平台还包括强大的移动办公功能，使领导可以通过手机APP 及时了解各类数据以及气象产品，并且可以通过手机进行远程会商，实时指导工作。

1.3 智慧气象平台产品特色

本平台按照每次10 min标准，采集渝北局46个观测站所有数据，达到气象数据实时查询，使各类气象产品更及时、更精准。存储过往历史气象数据，建立渝北局自有气象数据库，便于随时提取相关数据、文档及气象产品，为气象预报、防灾、减灾提供可靠、有效数据来源。建立关联预警计算模型，通过单一阈值达标，自动计算其关联项数据，达到从点到面的气象全方位预警机制。防灾减灾救灾相关单位可以通过平台实时观测相关气象数据，在出现突发、重大气象灾害时，平台会第一时间在显示屏全屏闪烁警示。

2 智慧气象平台的实现条件

2.1 科技条件

现阶段，随着气象科技的发展，在对大数据、物联网、云计算、人工智能等科技的综合运用下，让气象业务平台逐渐升级为能够提前感知、研判、分析、决策、处理、自我优化和深度学习的智慧系统，从而实现了业务、服务、流程全面的智慧化[4-5]。

2.2 与智慧城市体系融合

智慧城市利用数据分析和信息技术来感知、预测、融合城市发展核心系统的各项关键信息，对生产建设、环境保护、城市管理、民生安全、公共事业等行业的需求进行智慧化分析并做出响应，创建一个宜居、畅通、绿色、平安、健康的新型城市。本文所探讨的智慧气象平台及其提供的服务，就是智慧城市体系中重要的组成部分。

2.3 内在要求

气象工作的核心，从本质上讲，就是对气象数据的收集、处理、分析、发布，需要科技的引领和支撑。互联网（移动互联网）、大数据、云计算、物联网的迅猛发展为气象工作迈上新台阶提供了坚实的科技基础。推动互联网、人工智能、大数据、云计算、物联网等信息技术与气象相结合，从而在气象领域创造一种新生态——智慧气象。

3 智慧气象平台的功能架构

3.1 物理构架

互联网：通过互联网连接自动气象站、中心平台、信息发布端。一是构建气象数据收集网络，利用互联网、WIFI、4G/5G，连接自动气象站与中心平台，实时传送原始气象数据。二是利用互联网、WIFI、4G/5G 发布气象预报到各个终端，比如：电视电台、网络运营商、短信微信等。三是向国家、省市、区县三级气象局传输、交换气象数据。

物联网：气象数据的收集是气象工作的重要基础。能否更多更快更准地收集原始数据，是做好气象预报业务的重要前提。利用物联网技术，对自动气象站、气象雷达等探测设备进行技术改造和升级，以达到如下要求：一是自动化，能自动收集相关气象数据；二是网络化，能通过4G/5G、WIFI、GPS/北斗连接中心平台及时上传数据；三是多功能化，能收集温度、湿度、风力风向、降雨量、辐射、图像等；四是模块化，根据不同的任务相应地增减模块。

大数据：大数据是气象服务不断创新和完善的重要支撑。气象大数据平台是一款集辖区内多测点综合观测、预报预警、公共气象服务、移动办公于一体的智能化业务平台（图1）。

人工智能：建立分析处理气象大数据的相关数学模型。

图1 智慧气象大数据平台构架Fig.1 Framework of intelligent platform for meteorological big data

3.2 网络布局

根据我国气象单位以行政区划设置的实际，渝北局为全国三级气象网络的第三层级，即端口，负责将传辖区内各自动气象站、观测场（站）的气象数据收集、上传到作为节点的第二层级（省、市、州气象局）和作为中心的第一层级（国家气象局）。渝北局气象智慧平台建设将围绕“所司其职、所负其责”进行布局，避免超标建设、重复建设、厉行节约、提升效率。

3.3 平台功能

图2描述渝北智慧气象平台的主要功能，功能区位于一级菜单标记处（图2 红色虚线框内），其中包括：气象产品、气象监测、站点信息、预警功能、在线会商、智慧农业、大数据和综合管理等功能。当点击对应的功能按钮，将在页面上出现对应的内容。除此之外，在图2左下角和右上角处，还能分别在卫星地图和2D 平面图之间进行切换（本文均以卫星地图作为背景展示），以及在地图上进行区域间的放大或缩小。

图2 智慧气象大数据平台功能Fig.2 Functions of intelligent platform for meteorological big data

3.4 预警系统

预警系统，是智慧气象平台的重要组成部分。针对目前不能对临近灾害性天气及时实施预警的情况，在智慧气象平台上，建立一套能综合天气模型和一些阈值判断模型，基于预报员经验、客观降水物理条件等因素，对相关数据进行同步分析和计算，自动生成并发布预警产品的预警系统（图3）。

图3 预警系统Fig.3 Early warning system

在预警系统里，通过对阈值进行设定，可以自行启动预警信号“预启动”。系统自动推送预警信号的流程是：先将信号推送至值班员手机，初审后，到达台长手机；台长二审后，到达带班局领导手机；局领导三审后，以APP推送、短信等方式发送到各负责人或相关单位，提高防灾减灾能力和效率。例如区域内出现暴雨、雷电、大雾等灾害性天气时，就能及时生成并发布预警信号（图4）。

图4 预警信号Fig.4 Early warning signal

3.5 UPS实时监控

UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，即：不间断电源），是一种蓄电池，在停电之后，用于给业务电脑和服务器设备提供备用电力。针对UPS 运行不及时，因而影响预警信息发布的情况，实时监控UPS（图5），及时获取其供电情况，在电量不足能及时报警。

图5 UPS实时监控Fig.5 UPS real-time monitoring

3.6 气象数据库

在评估灾害发生的因素时，难以及时、完整地查找该天气过程的相关数据，影响了预警信号的发布时效。因此，建立气象数据库，可以随时查看和抓取实时、历史气象数据，如：风向、风速、降水量、气温、湿度、气压等内容（图6）。同时，还可以在Micaps（Meteorological Information-Combine Analysis and Process System，即：现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）、雷达等平台之间进行快速切换，同步分析气象资料，制作预警信号，达到了一个平台多种数据共享、共使用的目的。

图6 数据查询Fig.6 Data query

3.7 移动OA办公

建立移动办公系统方案，渝北局领导及工作人员可以通过手机APP在户外随时查询各类数据、制作气象产品、领导审核并发布。

同时，在智慧气象平台上还建立了一套气象应急会商系统，实现能够与全区所有气象灾害联防单位的视频会商，并同步分享相关资料和传达信息。手机APP 软件直接连接会商系统，能有效地解决工作人员不在单位时的加密会商。

4 结语

渝北局智慧气象平台模型的出现，是气象行业的一项创新工程，它以气象大数据为基础，云计算为核心，物联网为支撑，“互联网+”技术为履带，提高了气象业务的自动化、智能化程度，提升了气象预警预报的及时性和精准率，加强了全区防灾减灾救灾的能力。智慧气象平台的不断建设，将继续推动气象观测、预警预报、公众服务、应急管理等深度融合，让社会、科技与生活，相互交织在一张巨大的智慧网上，为进一步扩大气象行业的影响力和社会地位做出贡献[6-7]。