5G通訊在氣象業務中的應用場景

文/徐海明

隨著5G 技術的日益成熟，商業應用也逐漸的鋪開，從目前的資料判斷其應用場景廣闊。5G 網絡作為第五代移動通信網絡，其峰值理論傳輸速度可達每秒數10Gb，比4G 網絡的傳輸速度快數百倍。這為大量的圖像和視頻數據傳輸提供了有效的帶寬通道。也能保證目前氣象的業務終端設備可以全天候實時在線。在目前省級氣象網絡系統中，省級網絡中心起到了承上啟下的作用。隨著移動業務的日益發展，氣象業務的小型化、微型化發展勢必對網絡的移動性提出了更高的要求，從3G、4G 到現在即將展開的5G，帶寬的日益增加為需要龐大交換數據的氣象業務的移動功能得到豐富的延申。隨著氣象移動終端的日益豐富，原來的以有線網絡為主的局域網氣象業務綜合系統慢慢想有線無線并行的廣域網業務系統發展，并始終朝著無線化方向發展。

1 應用場景

1.1 氣象自動站

自動氣象站是由氣象人工觀測站發展而來，通過系統綁定不同的傳感器對多個天氣對象進行檢測，常見的有五要素、六要素、多要素等自動觀測站，對風速、風向、雨量、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度、蒸發量、大氣壓力等十幾個氣象要素進行全天候現場監測。而針對不同要素的觀測可以分為土壤墑情監測站、自動雨量站、自動水位監測站、雨水情監測站、多要素自動氣象站。按照監測方式分為：手持式氣象站、車載式氣象站、無線遙測氣象站、有線遙測氣象站、便攜式氣象站。但不管怎么分類，自動氣象站的基本結構是類同的：它由傳感系統、采集系統、供電系統、通訊系統、存儲系統和顯示系統組成。早期在無線發展之前，是通過有線電纜來進行數據傳輸，限于場地和設備的條件，大大限制了自動氣象站的分布，而移動2G、3G、4G 的出現為自動氣象站解開了手腳，自動氣象站的發展有了一個極大的飛躍，支撐了整個氣象業務觀測體系。但由于帶寬的限制、網絡的穩定性導致整個氣象自動站觀測系統不能全實時的進行數據傳輸，也僅僅是上傳而無法下控，在自動站故障時也無法看到現場情況，需要人工干預。而5G 實現后，我們可以增加一個視頻通道實時觀測設備的運行狀況，數據傳輸可以實現雙向實時。

圖1：氣象自動站監控系統

圖2：移動探測和指揮通訊系統

圖3：原來的會商通訊系統

圖4：構想中的會商框架圖

圖5：現有的骨干網絡框架圖

目前單個自動氣象站的數據量在1k 左右，高清視頻的上傳帶寬為4Mbps，而5G 實際運行中能保證個人用戶下行帶寬為100Mbps，上行帶寬50Mbps。可以保證自動氣象站業務數據的實時運行，并且改變了整個觀測網的運行方式，減少設備的硬件結構。減少自動站的存儲和運算部分，把采集到的傳感器數據直接上傳到系統進行數據統計和分析，減少數據在設備中的滯留時間，增加了實時性。如圖1所示。

1.2 移動指揮系統

應急指揮系統由若干部氣象移動應急指揮車和若干部X 波段移動多普勒天氣雷達組成。氣象移動應急指揮車配備有衛星通信網絡和移動通訊網絡，能夠實現快速組網，可實現災害現場常規氣象要素采集、儲存、顯示功能，氣象信息接收、瀏覽功能，現場實景采集、傳輸功能，現場天氣預報產品制作發布等功能。具有較高的機動性、可靠性、穩定性、可維護性及全天候的連續工作能力，可為局地災害性天氣（強降水、冰雹等強對流天氣）預報、預測提供有效幫助，在人工影響天氣（人工增雨、防雹）作業指揮有較好效果。在氣象業務系統中，經常會碰到天氣突發情況和天氣極端情況帶來的次生災害，如臺風、局部強對流、洪水、泥石流等，需要業務領導和專業氣象工作人員到一線協同其他部門一起執行減災防災工作；又會在重大天氣保障情況下，如重大的會議、慶典、節日等，都需要出動移動指揮車，協調保障現場的氣象條件，如人工增降雨或實時預警天氣情況，這些離不開現場指揮系統和后方中心的數據交換、語音視頻的交流，在環境惡劣的條件下往往有線和衛星滿足不了所有的情況，大容量高寬帶的5G 網絡可以給我們提供新的通路，并且可以在移動中不中斷地進行協商、指揮，充分發揮氣象業務在減災防災中地作用。

1.3 移動探測站

移動探測站是指在需要的場合臨時安放的但要素、多要素氣象探測站和地面移動自動觀測系統，還包括一些雷達、土壤和水分等一些專用的氣象要素監測系統，在一些災害發生點，如地震現場、泥石流現場等，需要密切關注當地天氣狀況，有如在大型的體育比賽場地，需要安裝多要素地氣象自動探測系統保障體育比賽地進行，有如在極端天氣地發生地，需要加密觀測，在原有固定站點監測的情況下，臨時增加站點密度，為氣象預報業務提供更精密的依據。移動探測站也往往和移動指揮系統匹配，為移動指揮車提供實時的氣象數據。由于它的臨時性、移動性和便攜性，移動通訊成了數據傳輸地首選依據，而5G 通訊的覆蓋性、不間斷性和高速性，可以作為主通道，為移動探測系統提供技術支撐。

如圖2所示。

1.4 氣象會商系統

氣象會商系統是氣象業務和氣象預報中極其重要的支撐系統，它是一個全國性的高清視頻會議系統，溝通中央、省級、地市和縣級的預報業務，預報員可以通過該系統進行面對面的協商和交流天氣預報情況，在帶寬上必須達到20M 以上，而受3G、4G 帶寬限制，使得會商系統以固定會場為主，移動終端為輔。在網絡構建中以光纖寬帶為主，無線通訊為輔，由于移動帶寬的限制，一直來制約了移動終端切入會商系統的應用。但現在移動終端的廣泛應用，特別是手機視頻會議的開始使用，迫切需要更大寬帶的移動通訊系統。5G 的50-100M 帶寬恰恰能滿足目前的業務需求。通過5G 系統，我們可以把移動指揮系統、本地有線會商系統、手持無線終端結合在一起，突破地域限制，為決策機構實時提供動態的圖像系統和商討過程，加強決策的科學性。這是目前現有的會商系統（圖3、圖4）。

1.5 骨干數據備份通道

在現代氣象業務中，網絡通訊起到了至關重要的作用，通過幾十年的發展，目前的氣象業務網絡大都采用了成熟的有線網絡，特別上上下級不同地域之間采用了光纖為主的寬帶網絡，但對于一個完整的網絡系統來說，線路備份是必不可缺的，采用雙路有線備份，不僅成本高，而且也做不到線路的區分，而移動寬帶作為備份解決了不同通道互為備份的功能，但由于氣象數據的龐大性，原先3G、4G 時代只能局部關鍵數據進行備份，而5G 的50M 帶寬完全足夠成為氣象骨干網絡的備份通道，在啟用備份鏈路后完全可以替代有線網絡的作用，為網絡系統可以提供強有力的保障。如圖5所示。

1.6 移動云數據

隨著大數據時代的來臨，氣象部門數據業務也進入了云時代，前后建立了不同的私有云、阿里云等，面向不同用戶的數據需求，而在移動互聯網蓬勃發展的今天，5G 通訊在氣象云數據平臺中是必須存在的一環，通過5G 網關，打通有線和無線的鏈路，為廣大移動終端用戶提供更為豐富的預報數據和氣象要素數據。也可以通過云平臺和5G 通訊，把目前在氣象部門中廣泛使用的探測設備、數以千計的要素自動站、各種氣象雷達設備等納入云系統中，形成一個龐大和功能更加強大的氣象云網絡。

2 結語

總之，隨著5G 時代的來臨，我們原先的網絡系統又面臨一次升級的機遇。我們可以利用5G 通訊系統完善老系統和開發新的氣象業務應用系統，上面所提的應用場景也僅僅是目前氣象業務中已經用到的模式，我們還可以利用移動互聯網的優勢，繼續開發出新的符合氣象業務和面向公眾氣象需求的業務系統，在防災減災、社會生活需要和其他生產的方方面面提供更符合時代需求的產品。利用5G 為我們的氣象業務提供更好的技術支撐。