“氣象+鐵塔”合作模式下鐵塔搭載數據在氣象服務中的應用研究

李玉華，褚 希，楊秋彥

我國的氣象災害占各類自然災害的70%以上，隨著經濟社會的發展，氣象在防災減災中的作用越來越大。近年來，通信技術和移動互聯網快速發展，社會智能化水平不斷進步，“互聯網+”背景下行業和公共服務領域的智慧氣象服務需求日益迫切，智慧服務已成為氣象服務發展的主流[1-3]。但氣象部門受觀測環境和觀測站點布局的諸多限制，自身的觀測數據已不能完全滿足智慧氣象服務的基礎數據需求，社會化氣象觀測已成為氣象部門獲取更多的服務數據，彌補常規氣象站觀測覆蓋不足的重要手段。因此，在“互聯網+”時代，以行業氣象需求為牽引，將氣象服務與行業進行深度融合，以氣象服務為核心,融合氣象服務行業數據資源,建立“氣象+”服務模式，開展預報精準、服務精細的智慧氣象服務是主要發展方向[4-6]。

中國鐵塔股份有限公司是大型通信設施綜合服務企業，塔類建設總量200萬座，新建鐵塔共享水平由最初的14%已提升到78%。中國鐵塔山東省分公司擁有占全國基站第三的13萬座鐵塔資源，鐵塔布局廣泛、密度大，鐵塔搭載數據海量且多元。因此，開展“氣象+鐵塔”合作模式研究，在深入開展鐵塔行業氣象服務合作的基礎上，對鐵塔搭載的多元數據進行相關挖掘，將鐵塔搭載數據與氣象服務數據進行深度融合，建立“氣象+”服務模式，利用跨領域、跨行業的多元數據補充氣象服務的基礎數據，可有效提升氣象服務精細化水平，提升氣象服務空間。

1 現有條件分析

1.1 政策條件分析

2019年9月，山東省氣象局與中國鐵塔山東省分公司就推進事企共同發展達成戰略合作協議，共同服務山東省經濟社會發展。2020年5月，山東省氣象服務中心聯合中國氣象局公共氣象服務中心、中國鐵塔山東省分公司，在建立氣象與鐵塔的合作機制，實現多方信息的共享，實現多元數據時空同步與深度挖掘，建立跨行業信息獲取、存儲、共享規范，探索氣象與行業合作方式等方面展開研究。

1.2 數據資源分析

中國鐵塔向社會提供多元化服務，目前已為國土、農林、應急管理、交通、石油、生態環保、衛星定位、邊緣計算等行業和領域提供諸多信息化解決方案，中國鐵塔公司在服務多行業多領域，有效提升社會信息化水平的同時，鐵塔塔站平臺也擁有豐富的社會化資源和數據[7-9]。中國鐵塔山東省分公司在水文監控、環境監測、地震預警、森林火災等方面，通過部署高點全景、熱成像監控設備，匹配傳感數據，聯動低點視頻等，實現了“立體監控一張圖”，還通過校企合作，推出了大氣自然凈化能力站、大氣容量站、邊界傳輸監測站，為大氣污染治理提供了有效的數據支撐。

2 “氣象+鐵塔”合作模式

在“互聯網+”不斷深入應用的信息時代，氣象部門不僅要深入各行業開展氣象服務，更要與行業用戶深度融合、相互支撐，協同發展，共同創新。“氣象+鐵塔”的合作模式，可充分考慮氣象部門、鐵塔公司以及鐵塔搭載應用的第三方行業和部門，利用各自業務與資源優勢，進行資源和信息的溝通、設施共建共享，共同開展氣象、鐵塔、鐵塔搭載第三方的相互合作，整合數據資源。

2.1 合作建設鐵塔氣象站

氣象觀測數據是氣象預報預測的來源，也是氣象服務的基礎。氣象臺站按照氣象探測環境的技術規定建設，對探測環境有明確的、嚴格的要求。氣象探測站網的臺站點包括：大氣本底觀測站、國家基準氣象觀測站、基本氣象觀測站、一般氣象觀測站、區域自動氣象觀測站、高空氣象探測站、天氣雷達站、氣象衛星地面接收站、酸雨觀測站、土壤水分觀測站等[10-12]。受建設標準、觀測環境等因素的影響，氣象臺站不能隨著氣象服務需求的增加而實時的建設新站點，新的氣象臺站的建設不僅僅是觀測設備的部署和運行，更是一項涉及場地規劃、周邊環境、配套設施、行政審批等諸多方面的復雜工程。因此，在有具體場景的氣象服務需求，而沒有氣象站點的情況下，氣象服務基礎數據的獲取，可借助廣泛分布且基礎設施完善的鐵塔基站，進行氣象觀測設備的搭載，鐵塔氣象站可操作性強，并可有效開展觀測。

鐵塔部門具有先進的掛載設備和智能數據平臺，借助鐵塔部門的鐵塔、站址和電力保障優勢，氣象部門可利用其通信塔站資源和電力、機房等配套設施，推進氣象監測、氣象信息發布等氣象設施建設。在開展氣象服務急需現場實況資料，但現有氣象站網布局不能滿足需要的情況下，結合山東省鐵塔基站分布，可考慮選取附近的鐵塔基站，進行鐵塔氣象站的建設、安裝、測試和應用。基于鐵塔建設小型自動氣象站，進行溫度、濕度、氣壓、風速、風向、降水量、總輻射、地溫、土壤濕度、能見度、路面狀況（積水、積雪、覆冰厚度）等要素的觀測，彌補常規氣象觀測站的不足。特別是針對特殊地形、地貌的局地小氣候，如大風風口、雷暴易發點、大霧易發點，可以探索充分利用鐵塔公司基站實現“鐵塔基站+自動氣象站”新模式，布設站點，獲取氣象服務觀測數據。

2.2 “氣象+鐵塔”的臺站代維和設施建設支持

氣象臺站代維。目前氣象臺站的維護占用相當一部分人員資源，氣象部門的維護成本較高，山東鐵塔以鐵塔基站建設和維護的豐富經驗為載體，建立了集鐵塔、機房、電力保障和專業化維護為一體的綜合服務，具備專業化維護能力和智能監控系統，與鐵塔部門合作進行氣象臺站的代維，借助山東鐵塔專業化的維護隊伍，以及可到達全省的鄉鎮、村莊的網格化維護能力，為全省氣象自動觀測站點提供日常巡檢、供電保障、故障處理等維護服務保障。山東鐵塔作為移動通信基礎設施綜合服務商，利用5G、物聯網、大數據、云計算等新技術手段，可協助氣象部門進行“智慧”氣象觀測設備的優化智能升級和服務。

氣象設施建設。氣象部門利用現有的氣象觀測站址資源，按照國家和部門有關規定，在確保探測環境和觀測設備正常運行的基礎上，可嘗試開放氣象設施資源進行移動通信基礎設施建設，提高移動通信信號覆蓋廣度與深度，節約鐵塔設施建設的選址成本，推進氣象觀測站址資源的高效利用。此外，氣象部門具有專業的雷電檢測與防護能力，可為鐵塔通信基站等設施提供防雷檢測和專業防護。氣象部門的手機客戶端、專業氣象服務網、氣象短信、微信平臺等可為鐵塔部門在重大活動和應急保障等方面提供專業的氣象服務支持。

2.3 氣象、鐵塔、社會化第三方的大數據共享與合作

實現智慧氣象服務，僅依靠氣象部門的基礎數據，無法滿足行業深層次、精細化的服務需求，只有將氣象服務數據與行業需求進行深度融合，加大氣象與行業的共同合作，才能提供更加專業化、精細化的氣象服務產品。

鐵塔基站擁有智能數據平臺，先進的掛載設備，支持多行業、多設備、多應用的接入，為社會化第三方提供信息和數據傳輸服務，鐵塔基站利用高點視頻監控平臺進行設備監控，通過對數據進行分析研判推送預警信息，實現部門間的聯動和數據信息共享。因此，基于鐵塔搭載數據，建立多源資料融合的氣象服務大數據集，利用社會化第三方在鐵塔平臺上搭載的數據，可對多行業、多領域的多元數據進行采集，加強氣象、鐵塔、社會化第三方間的大數據共享，形成由氣象部門、鐵塔公司、社會化第三方等共同參與的高效氣象大數據信息網，利用跨領域、跨行業的多元數據補充氣象服務的基礎數據開展“氣象+行業”服務模式，可有效拓展氣象服務領域。

3 多元數據在氣象服務中的應用

3.1 多元化數據的融合分析

搭建數據應用底層的數據庫系統是探索氣象與行業數據融合分析的基礎。基于鐵塔搭載的多行業大數據，在氣象與鐵塔、行業間相互合作的基礎上，實現多方信息的共享，實現多元數據時空同步，需建立跨行業信息獲取、存儲、共享規范，依托氣象全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）數據環境[13]，建立跨行業數據共享交換平臺，收集、整理、融合跨行業大數據應用所需的各類數據、組件和接口。目前部門間在數據統一規范方面還沒有形成標準，行業數據與氣象數據的融合過程中，存在一定的“數據壁壘”，利用行業數據進行融合深度分析要充分考慮進行多源數據資料的融合問題，因此，要開展大數據處理、大數據挖掘、大數據分析等技術研究，利用大數據技術加強氣象大數據與行業大數據融合應用，進行跨行業大數據在災害影響預報、天氣預警、精準氣象服務等方面的融合，推進“氣象+鐵塔”智慧服務與應用。

3.2 多元化數據的氣象服務信息挖掘

針對多元化融合數據，提取氣象服務有關的信息，進行多元數據的深度挖掘，可利用人工智能識別、數據挖掘技術，從海量行業數據中提取對氣象服務潛在有用的信息和數據，數據挖掘的過程包括數據庫技術、統計學、機器學習、模式識別、神經網絡、信息檢索和空間數據分析等技術的運用[14]。在數據庫中進行信息發現，通過綜合、匯總、歸納和對比分析數據特征，針對氣象服務相關數據進行特征提取、匯總并形成目標類數據，獲取對氣象服務有用的相關信息[15]。

此外，可充分利用圖形圖像處理和識別技術進行鐵塔搭載行業視頻數據的處理，提取有價值的信息和數據，開展森林火險、水位觀測、大霧氣象要素相關分析，挖掘鐵塔搭載跨行業數據在氣象服務領域的應用價值，基于鐵塔搭載數據挖掘出的有效氣象服務信息可以用于服務決策、行業生產控制、氣象因素影響分析等。

3.3 鐵塔搭載數據的氣象服務應用前景

基于鐵塔搭載數據的“氣象+鐵塔”服務，將行業大數據技術與氣象數據融合，在交通、旅游、電力、水利等行業，有著廣闊的應用前景。

針對交通行業，利用鐵塔搭載的大霧、降水等天氣實景監測數據，可作為氣象站能見度和降水監測的有力補充，對于定點、定時的大霧、降水量實況預報有較大意義，更加精準的大霧、降水等預報預警服務，助力交通部門的指揮調度；針對旅游行業，基于鐵塔搭載的旅游景區的視頻數據，可獲取當地的實時天氣狀況、景區全景畫面、客流量密度等，可輔助氣象部門開展旅游景區天氣預報、特色賞花賞景氣象預報等；針對電力行業，基于鐵塔搭載的配電設施數據，對電力設備的運行狀態、對負荷狀態進行數據提取，結合實時氣象因素數據，建立融合外部氣象因素的電力設備運轉狀態評估模型，為電力設備的維護提供支持；針對水利部門，鐵塔搭載設備的降水量數據可作為氣象站降水量要素的重要補充，將當前水位和汛限水位結合降水量數據可用來預測水庫增水情況，可在水庫泄洪、汛情報告等決策服務中發揮重大作用。

4 結論

開展“氣象+鐵塔”合作，是氣象服務模式的新探索，加強氣象部門、鐵塔公司及鐵塔搭載數據第三方行業的深入合作，以鐵塔搭載數據為依托，積極引入社會化觀測數據和資源，探索多行業數據資料和氣象數據融合方法，挖掘氣象服務相關的行業服務數據，可有效彌補常規氣象觀測數據的不足，實現跨行業大數據在氣象服務中的應用。開展“氣象+鐵塔”合作模式下鐵塔搭載數據在氣象服務中的應用研究，有助于突破現有行業氣象服務瓶頸，拓展氣象服務領域，提升智慧氣象服務能力，具有廣闊的應用前景。