物聯網技術在人工影響天氣業務中的應用

（1 中國氣象局應急減災與公共服務司人工影響天氣處，北京 100081；2 中國氣象科學研究院人工影響天氣中心，北京 100081）

0 引言

自1999年美國麻省理工學院（MIT）提出物聯網（Internet of Things，IoT）概念以來，物聯網內涵逐漸完善、技術快速發展[1-2]。目前，物聯網技術已廣泛應用于物流[3]、公共交通[4]、公共安全[5]、現代農業[6]、教育[7]等諸多行業和領域。2000年以來，物聯網技術開始應用于氣象行業，包括氣象監測[8-9]、氣象預警[10-11]和氣象服務[12-13]各方面。

近年來，隨著我國人工影響天氣（以下簡稱人影）工作的快速發展，人影作業規模越來越大，裝備和彈藥使用量逐年增多。目前我國有30個省（區、市）開展人影作業，涉及飛機、高炮、火箭增雨防雹等業務，從業人員達到4.6萬人[14]，中國氣象局上海物資管理處每年驗收人影炮彈80萬余發，火箭彈約10萬枚[15]，我國人影作業規模已位居世界首位[16]。隨著全國人影作業規模不斷增大，人影裝備彈藥的管理難度也不斷增加，通過紙質表格、登記造冊等傳統方式對人影裝備彈藥出入庫、使用情況進行管理，存在時效性不強，準確度不高的問題，無法對人影裝備彈藥流轉各環節進行動態追蹤管理，人影裝備彈藥安全管理存在較大的安全隱患。此外，傳統的人影作業信息采集基本依靠人工記錄，時效性差，信息量少，難以滿足業務發展需求。因此，將物聯網技術應用到人影裝備彈藥和作業信息管理中不僅十分必要，而且越發迫切。

1 物聯網技術在人影業務中的應用

經過多年探索，物聯網技術在我國人影業務中的應用步伐不斷加快。目前，我國人影業務中已初步實現了裝備彈藥的全程跟蹤管理和作業信息的自動采集傳輸。本文首先對物聯網技術在省級人影業務中的探索進行了總結，并以中國氣象局推動建設的人影物聯網系統為例，對物聯網技術在全國人影業務中的應用及成效進行簡要論述，提出了物聯網技術在我國人影業務應用中存在問題及發展建議。

1.1 物聯網技術在省級人影業務中的探索應用

在氣象信息化建設過程中，北京、陜西、貴州、安徽等省級氣象部門聯合裝備彈藥生產廠家先后開展了人影裝備彈藥智能管理的探索工作。2011年，安徽人影辦公室聯合陜西中天火箭技術股份有限公司研發了安徽省級人影物聯網管理系統，實現了對人員、裝備、彈藥等信息的采集、傳輸和信息化管理，以及對作業流程的全程監控、互動和干預提醒等功能，人影作業安全監管能力得到了顯著提高[16]。貴州省、北京市人影辦公室也與人影彈藥生產廠家共同研發了基于RFID電子標簽應用的人影物聯網智能管理系統，實現了火箭作業裝備、彈藥、人員信息的實時監管，提高人影安全監管水平[17-18]。這些物聯網系統的探索與應用，為提高各省級人影業務信息化、自動化水平發揮出了積極作用，但是，這些人影裝備彈藥管理系統主要立足于省級人影業務需求，存在硬件架構和輸出信息格式不一致、裝備彈藥和作業信息的編碼規則不規范、不統一等問題；對人影彈藥生產、驗收和銷毀等業務環節的考慮還不充分，沒有實現人影裝備彈藥的全程監控和閉環管理，還不能滿足全國人影作業裝備彈藥的統一監管要求。

1.2 物聯網技術在全國人影業務中的推廣應用

為解決全國范圍內人影作業裝備和彈藥全程監控和統一監管問題，2015年，中國氣象局以氣象小型業務項目的形式，啟動了“人工影響天氣作業裝備彈藥全程監控應用示范”，項目由中國氣象局人影中心牽頭，參加單位包括中國氣象局上海物資管理處和北京、河南、陜西[19-20]、貴州等四個示范省（市）。在總結前期省級試點基礎上，利用條碼識別技術、聲電光自動感應技術、移動互聯技術等，建設了人影物聯網系統，實現了對人影裝備彈藥的全過程、規范化、自動化和實時監控管理，有效提高了全國人影裝備彈藥安全管理的科技水平和現代化程度。項目總結提煉了人影裝備彈藥標識編碼技術規范、省級及以下人影裝備彈藥監控管理系統建設指南，以及人影裝備彈藥監控管理系統業務運行規定，為人影物聯網技術在全國范圍內推廣應用奠定了基礎。

為進一步擴大物聯網技術在人影業務中的應用，2017年中國氣象局批復了氣象小型業務項目“東北區域四省（區）人工影響天氣裝備彈藥物聯網能力建設”，支持黑龍江、吉林、遼寧和內蒙古四省（區）建設省級人影物聯網系統，部署專用軟件系統及服務器等設備，配置物聯網手持移動終端等。目前，東北區域內該項目整體建設工作已基本完成。此外，全國人影發展規劃和正在建設推進的各區域人影能力建設項目中也充分考慮了人影物聯網系統相關建設內容。

1.2.1 人影物聯網系統建設內容

中國氣象局氣象小型業務項目“人工影響天氣作業裝備彈藥全程監控應用示范”支持建設的人影物聯網系統建設內容主要包括人影作業裝備彈藥全程監控模塊、人影作業信息實時采集模塊和相關技術標準與規范三部分，各部分主要內容見表1。

表1 人影物聯網系統主要建設內容Table 1 The contents of the weather modification system based on the IoT technology

1.2.2 人影物聯網系統總體流程

人影物聯網系統涉及的主要環節包括：生產、驗收、轉運（運輸）、倉儲、發射（作業）和報廢（銷毀）等，總體流程見圖1。其中，中國氣象局人影中心主要負責人影物聯網標準制定、技術支持，中國氣象局上海物資管理處主要負責人影彈藥驗收環節的管理，及時將驗收合格產品信息通過物聯網系統告知各省（區、市）氣象局，各省（區、市）氣象局采購、使用通過驗收的合格產品，同時通過物聯網系統將轉運、倉儲、使用、報廢等環節的信息自動上傳至系統。

1.2.3 人影物聯網系統的主要功能

圖1 人影物聯網系統總體流程Fig. 1 Flow chart of the weather modification system based on the IoT technology

人影物聯網系統主要實現了對人影裝備彈藥的全流程管理功能和對作業信息的自動化采集功能。人影裝備彈藥全流程管理功能包括對人影裝備彈藥生產、驗收、倉儲、轉運、發射、報廢與銷毀6個環節的全程監控管理（包括溯源、跟蹤、定位等），以及對裝備彈藥的有效期檢驗、質量跟蹤管理等功能，各環節主要功能設計見表2。作業信息自動化采集功能包括對飛機和地面作業信息自動化采集和處理。通過對高炮和火箭信息化改造[21]，并升級作業飛機使用的北斗系統、人影物聯網系統實現了對人影飛機和地面作業信息的自動采集傳輸和綜合展示，各環節主要功能設計見表3。

表2 人影物聯網系統彈藥管理6個環節的功能Table 2 The ammunition management function of the weather modification system based on the IoT technology

2 人影物聯網技術應用成效

通過省級人影物聯網試點建設和國家級整體推動，目前全國已有27個省（區、市）實現了人影物聯網系統的省級部署，29個省（區、市）開展了市、縣級物聯網管理部署的示范建設，初步實現了人影作業裝備彈藥和作業信息的自動化、信息化動態管理功能。物聯網技術在人影業務應用中取得的主要成效如下：

表3人影物聯網系統作業信息管理功能Table 3 The cloud seeding information function of the weather modification system based on the IoT technology

1）確定了人影物聯網建設技術路線。在人影物聯網系統建設過程中，確定了主要基于二維碼標識的炮彈、火箭彈和彈藥箱管理技術路徑[19]，首次實現了對人影裝備彈藥的統一編碼和唯一身份標識。對炮彈采取激光刻印二維碼標識的方式，將物聯網信息刻在彈體上，對火箭彈采取粘貼二維碼標識的方式，將物聯網信息標記在彈體上。對人影彈藥和彈藥箱信息的采集主要利用基于光學掃描技術的手持式掃描終端，該終端同時內置全球定位系統GPS模塊，通過彈藥運輸車輛和人員攜帶可實時定位監控裝備彈藥轉運信息。各業務環節采集得到的管理信息，利用有線、無線等通訊網絡實時傳輸到人影物聯網系統。

2）配套制定了人影物聯網技術規范和標準。在人影物聯網系統建設中，根據業務環節與信息流轉要求編制了人影裝備彈藥監控管理系統應用接口規范，對系統對外接口進行定義，為國家級、省級人影物聯網管理系統和人影其他業務系統數據交互提供了依據。編制了人影作業裝備彈藥與作業信息管理等配套的行業技術標準，主要包括：人影作業站點、裝備彈藥的統一編碼規范，飛機、地面作業信息采集傳輸規范等。此外，還制定了《人工影響天氣裝備彈藥監控管理系統業務試運行規定》，進一步明確了國家、省級、市縣級、作業站點各業務層級的職責任務與各級系統軟硬件運維及信息安全管理，保障國家級、省級物聯網管理系統一體化運行和各項數據信息能夠及時有效地收集、傳輸與上報，發揮系統整體建設效益。

3）實現了人影裝備彈藥和作業實施的信息化管理。通過物聯網技術在人影業務中的應用，基本實現了對炮彈、火箭彈從生產、驗收、運輸、存儲、使用和報廢全壽命周期的自動化跟蹤管理，初步實現對作業彈藥的精細化和智能化管理。通過條碼和電子標簽掃描及感應技術自動采集人影彈藥信息，通過數字震動與光學采集技術的智能采集傳感器自動采集人影作業基本信息，結合地理信息系統、全球定位系統和移動互聯技術，自動傳輸、分析、處理并實時顯示人影作業信息，提高了人影業務信息化水平。

3 小結

總體而言，物聯網技術在我國的應用還處于推廣應用階段，目前還存在以下三個問題：一是部分人影作業站點位置偏僻，缺少物聯網改造基本條件，人影物聯網技術在基層的覆蓋比例還不高；二是基層人影作業隊伍結構復雜，作業人員年齡偏大、文化素質普遍不高，不利于人影物聯網技術的應用和普及；三是人影物聯網系統業務化程度還不高，與人影安全管理和信息采集處理系統還存在相對獨立運行的情況。

針對上述存在的問題，建議物聯網技術在我國人影中的應用可從以下幾個方面改進：一是繼續在國家層面大力推廣人影物聯網試點建設成果，通過國家工程項目、地方投資持續推進，為物聯網技術向基層延伸創造有利條件，提高物聯網技術在基層人影工作中的應用率。二是繼續推進“政府主導、社會化服務、民兵預備役”相結合的基層作業人員管理模式，不斷提升基層作業人員整體素質，加強人影物聯網相關技術培訓工作，促進物聯網技術更好應用于基層人影業務之中。三是制定人影物聯網系統業務及考核規范，不斷提高人影物聯網系統業務化程度，促進人影安全管理、信息采集系統和人影物聯網系統融合發展。

物聯網技術在人影中的應用，實現了對彈藥的全過程跟蹤管理，實現了作業和管理信息的自動化采集和傳輸分析，大大提高了我國人影業務現代化水平，也促進了人影安全管理能力的提升。目前，物聯網技術在我國人影業務中的應用整體還處在推廣應用階段，隨著物聯網技術在人影業務中覆蓋度不斷擴大和物聯網技術的不斷提升，物聯網技術在我國人影業務中的應用將會越來越廣泛，必將為人影科學作業、精準作業和安全作業提供有效的技術支撐。