氣象觀測社會化多模式驅動研究

陳德生 林勇

摘 要：本文通過提出進行氣象業務大數據挖掘、制定社會化數據準入標準、建立行業數據共享機制等氣象觀測社會化實踐探索活動，形成更大維度的觀測數據集，分析了氣象數據資源釋放所形成的大數據集，并通過制定具體的實踐政策，探索利用社會化觀測數據的模式方法，提出對氣象觀測社會化多模式驅動進行探索和研究的建議。

關鍵詞：氣象觀測;數據挖掘;創新平臺;社會化

中圖分類號：P415.12 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）10-0150-03

Absrtact： This paper proposed a larger dimension of observation dataset by proposing to conduct meteorological business big data mining， formulating social data access standards， and establishing industry data sharing mechanisms and other social activities for meteorological observations， analyzed the large data sets formed by the release of meteorological data resources， and through the formulation of specific practical policies， explored the use of socialized observation data model methods， and proposed to explore and study the multi-mode driving of meteorological observation socialization.

Keywords： meteorological observation; data mining; innovation platform; socialization

隨著社會民眾生活水平不斷提高，大眾對氣象信息服務提出了均等、普惠、個性的新需求。從滿足社會需求上看，氣象部門雖然已經建成電視、電臺、報紙、手機、網站、氣象聲訊和電子顯示屏等氣象信息服務系統，但是這些服務手段呈碎片化狀態，與實現無所不在的互聯和隨時隨地隨身的智能融合服務還相差甚遠。國內各行各業在依靠移動互聯網、物聯網、大數據、云計算方式進行積極創新，突破自我，重塑產業生態鏈，拉開新產業革命的序幕。智能家居已經實現了家庭部分氣象要素采集，并結合具體指標進行自動服務功能。大數據進程給人們帶來了啟示，要推動以大數據為基礎的高附加值的創造性服務，發展基于行業數據平臺的專業服務，發展基于統計數據挖掘的分析服務，通過挖掘實時天氣信息，提高安全防范能力和應急處理能力[1]。

1 研究背景

隨著物聯網技術的發展和應用，氣象觀測將進入“氣象要素全面感知”時代。氣象要素感知將由氣象部門的“一統天下”，向以氣象部門觀測為主、行業觀測和社會觀測為輔轉變。隨著信息技術的發展，移動互聯、智能終端普及應用，社會公眾逐漸產生了“隨時隨地”獲取氣象實況信息的強烈需求。可穿戴設備、“家庭氣象觀測”等新事物的出現已屢見不鮮，這些數據依托互聯網、移動互聯網傳輸、應用，氣象部門面對諸如此類的新生事物該如何自處，還需要盡快研究。

2011年10月，美國國家氣象局（NWS）宣布，在全國2 000量客運大巴上安裝傳感器。隨著巴士移動，可以收集沿途所有地點的溫度、濕度等數據，并實時傳回國家氣象局的數據中心。這些高密度（時、空）的數據意味著氣象業務不僅僅是“預”報，將逐漸走向“實”報、“精”報。

墨跡風云作為墨跡天氣APP的開發商，在2014年5月11日正式發布首款智能硬件產品“空氣果”。這是一款智能空氣檢測設備，支持溫度、濕度、二氧化碳、PM2.5等數據檢測和提醒。

目前，英國氣象局（Met Office）已經利用物聯網技術建立天氣觀測網站（Weather Observation Website，WOW），開放基于物聯協議的API接口，面向全球收集各類氣象觀測資料，包括常規要素、天氣現象、水位、照片等各類元素。法國氣象局使用現代物聯網技術，在家用小汽車上安裝傳感器來探測道路氣象信息，然后把這些車輛采集的氣象數據匯集起來實時發送到氣象局。美國氣象局開展氣象志愿者計劃，每位志愿者自費購買雨量筒，在美國颶風頻發的東南部地區和群島海域加密收集降水量。英國氣象局宣布其內部已達成共識，不再建設造價高昂的氣象探測設備，而要把經費用于通過智能設備和物聯網技術，以收集更多的氣象數據。

2019年，我國中央一號文件、國務院文件、中國氣象局文件等對氣象信息化提出了總體指導和要求，明確指出大力發展智慧氣象。發展智慧氣象的重要抓手是氣象信息化，建立一體化氣象感知管理系統。

2 氣象觀測社會化模式探索

2.1 拓展社會志愿氣象觀測

我國氣象局應加強與南京信息工程大學等高校、科研院所以及部分中小學的合作，建設兼具科普和數據采集功能的社會氣象觀測站。研發手機應用APP，利用短時降水預報產品，引導用戶主動拍照上傳實景圖像及實況信息。探索“眾包”式災害事件信息采集渠道，推出“發現身邊的風險”天氣圖片采集活動。建立氣象志愿者觀測隊伍，建立人工氣象數據北斗應急傳輸系統，志愿者人工觀測降雨量并手動將數據通過北斗系統傳輸到氣象部門。與高速交警總隊建立人工移動智能觀測新模式，以河南省為例，全省近2 000名高速交警成為“移動氣象觀測員”[2]。

2.2 拓展生態環境氣象觀測

我國氣象局應緊緊圍繞氣候安全、環境、農林、水、生態監測評估、人為因素對天氣的影響、鄉村振興和軍民融合等領域，與環保、高校、科研院所等在全國各省所劃分的生態區聯合開展生態環境氣象觀測站網建設。其中，較多省份已經打通各省環保廳實時向省氣象局共享全省環境監測站點數據通道，快速提升了邊界層垂直探測能力，能夠有效支撐生態修復、滿足環境改善服務需求。

2.3 部門間數據共享模式，拓展專業專項氣象觀測

水利、民航、林業、漁業、環保、交通、農業和黃委會等部門基于自身行業特性和業務需求，也建立了大量的氣象觀測站。隨著國家推動，部門信息共享的力度越來越大、速度越來越快，這些部門外的氣象觀測資料在氣象部門也得到應用。以河北省為例，該省氣象局與具有代表性的新型農業經營主體共建農業小氣候觀測站，支撐全省11個農業氣象分中心建設;與省水利廳實時共享5 240個雨量站降水數據，有效支撐氣象預報預警和政府決策;由省交通廳投資建設了147個高速公路交通氣象觀測站，神華公司投資在朔黃鐵路沿線建設完成40個交通氣象觀測站，冀云公司依托中國鐵塔公司基站，在全省4A級以上景區內建設了100套旅游氣象觀測站。

2.4 社會大數據挖掘模式

我國氣象局利用系統內建立的部門微信、微博平臺進行多媒體數據挖掘，獲得相關天氣數據，如通過圖片信息分析得到實時天氣現象，依托建設項目推出自主研發的產品，并進行系統內試用，這是社會化氣象數據采集的重要嘗試，能夠實現氣象數據資源合理適度向系統內部開放，帶動系統開展氣象大數據增值性、公益性開發和創新應用，讓每位氣象職工都能享受到精細化、專業化、個性化的普惠氣象服務，真正感受到“以人為本、無微不至、無所不在”的氣象服務理念，并在生產生活中獲得巨大的經濟、社會價值和最佳體驗。通過研究和實踐，總結出完善的利用社會化觀測數據的模式方法，為向社會全面推廣提供有利的數據支撐。

3 氣象觀測社會化多模式驅動研究路線

3.1 建立氣象觀測社會化大數據收集機制，形成氣象大數據體系

信息化的本質是創新與變革，創新帶來生產力提升，變革則使新的業務模式被重建。在大數據時代，氣象數據來源更加豐富，不再局限于氣象部門內部，更多的信息可能來自外部世界;氣象數據類型更加復雜，除了直接的數字觀測量值、預報預測結論外，還有更多的圖像、聲音、視頻等非結構化信息;氣象數據的應用需求更加廣泛，與其他數據相結合應用更加緊密，氣象數據收集、存儲、分析、應用業務模式發生深刻變革[3]。

信息化使傳統的部門分割和業務壟斷被打破，“跨界融合”成為網絡流行語：蘋果公司跨界進入手機行業，顛覆了諾基亞;微信跨界進入通信領域，顛覆了運營商語音和短信業務;互聯網金融顛覆了傳統銀行等，行業橫向整合和縱向重塑如火如荼。延續了數十年的人工氣象觀測正逐漸被自動觀測取代，氣象觀測的門檻大大降低，社會參與已是不爭的事實。農、林、水、漁、民航等行業基于自身的業務需求，大面積布設了包括氣象要素的自動觀測站;社會公眾“隨時隨地”獲取氣象實況信息變成可能，物聯網、移動網絡等信息技術的發展，也使基于“觀測即應用”理念的可穿戴設備、個人（家庭）氣象觀測等新事物的出現屢見不鮮。隨著氣象數據的進一步開放，社會組織甚至個人也可以制作天氣預報，氣象部門專職預報員的地位受到挑戰。社會力量已滲透到氣象業務的多個領域，目前，自成體系的氣象業務格局有可能會被打破，需要有關部門從組織結構、業務體系、運行機制、法規標準等方面思考應對。

建立社會數據、行業數據的共享機制，建立氣象觀測社會化數據、災害監測數據的收集機制，具備氣象服務市場主體和用戶相關數據收集功能，為連接氣象服務市場和用戶行為特征提供入口，形成更大維度的觀測數據，豐富氣象大數據的內容。使氣象觀測由室外深入室內，在不同建筑結構、不同高度的室內，甚至是不同種類建筑墻面之外;還可以有草坪、樹林等更多場景;使氣象觀測深入社區，構建更密集的觀測網，形成氣象大數據體系。

3.2 制定氣象觀測社會化數據接入標準，提升數據應用支撐能力

氣象觀測工作的重點是堅持氣象要素感知以氣象部門觀測為主，行業觀測和社會觀測為輔的原則。在完善綜合觀測網的同時，加快制定各類觀測數據標準;觀測設備電氣、協議、接口、尺寸、材質等標準;強化氣象觀測的社會管理;優化部門觀測數據的傳輸流程;保障數據中心中觀測資料入口、出口的唯一性，確保觀測數據的權威性;完善觀測數據質量評估體系。

由于社會化觀測采集的數據會受多種因素的影響，不符合現有氣象觀測標準，因此，我國氣象局應通過設計數據接入規則、氣象服務市場準入規則，使數據可以通過與標準觀測站對比、訂正而變為合乎要求的數據，并用于臨近預報。

3.3 做好云計算和數據中心等基礎設施規劃，為數據挖掘奠定基礎

氣象局應做好云計算和數據中心等基礎設施規劃。數據是平臺的核心資產，是保證用戶黏性的一個重要內容，同時還是開展數據挖掘的基礎。

3.4 做好數據模型搭建與智能分析，豐富氣象服務種類與層次

氣象局應建立數據模型，對數據進行智能分析，了解分析小氣候，結合實踐數據分析建筑、草地、樹林等對小氣候的影響，結合格點預報、鄰近觀測點等信息，通過大數據挖掘，生成各類服務產品、預警信息，實現報警功能。創新更多業務應用、預報產品和服務模式，進一步豐富氣象服務種類和層次，將被轉移或隱藏起來的氣象數據資源價值釋放出來[4]。

3.5 建設氣象創新平臺，推動氣象科技創新的積極性和主動性

氣象局應建設氣象創新平臺，連接氣象科技創新主體和應用主體，認真貫徹落實國家有關科技成果轉化政策文件，設計好成果交易規則、成果評價規則等，推動氣象科技創新的積極性和主動性;并開發適應于氣象特色、行業數據互融的觀測智能感知終端。

4 結語

本文提出對氣象業務大數據挖掘、開展社會化氣象觀測理論分析及具體實踐的探索活動，形成氣象智能觀測社會化多模式驅動的多維可視化發展模型，規范、統一多領域氣象觀測數據格式，構建多模式觀測規范，統一數據接入標準，建立行業數據共享機制，分析氣象數據資源釋放所形成的大數據集等，在智能觀測、臨近預報、聰慧服務、精準決策、專業減災和人才創新等氣象業務方面起到積極的驅動作用。深入推進氣象觀測社會化，使氣象觀測深入社區，構建更密集的觀測網，釋放被轉移或隱藏起來的氣象數據資源價值，創新更多業務應用、預報產品和服務模式，進一步豐富氣象服務種類和層次，使服務產品變得逐漸聰慧，政府決策更加精準，防災減災服務手段得到延伸。氣象觀測社會化能夠強化生態文明氣象保障服務能力，探索林、田、湖、草等多領域的生態感知體系。

參考文獻：

[1]郭樹軍，張洪廣，周勇.關于智慧氣象未來愿景的探究與思考[J].氣象軟科學，2017（2）：79-80.

[2]于新文.智慧氣象：全面推進氣象現代化的新境界[N].中國氣象報，2015-10-26（3）.

[3]周勇，胡愛軍，楊詩芳，等.智慧氣象的內涵與特征研究[J].中國信息化，2016（3）：83-88.

[4]中國氣象局.社會氣象觀測發展指導意見[S].2018.