物联网技术在气象行业中的应用研究浅析

刘巍巍 范秋丹/中国气象局公共气象服务中心

物联网技术在气象行业中的应用研究浅析

刘巍巍 范秋丹/中国气象局公共气象服务中心

物联网是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第3次浪潮。目前，美国、日本、韩国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网，我国政府也高度重视物联网的发展与应用。物联网在气象行业也已得到了广泛的应用。本研究的重点是从物联网的定义及发展历程为出发点，对气象物联网的基本内涵、发展过程、物联网技术在气象中的应用现状和发展前景等方面进行全面、深入的归纳、总结和浅析。

物联网；物联网发展；气象

1.物联网概述

物联网[1]被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第3次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，另一方面可以大大节约成本。目前，美国、日本、韩国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网，我国政府也高度重视物联网的发展与应用。

1.1 物联网定义

物联网就是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它的核心和基础仍然是互联网，其本质特征就是“物物相连的互联网”,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。应用物联网，人类可以更加精细和动态的管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然的关系。

1.2 物联网的发展过程

物联网的理念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书。1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。此后在2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2004年，物联网因其能实现人与物、物与物之间的即时交流，被美国《商业周刊》评为全球十大热门技术。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，正式提出了物联网概念。同时也拉开了物联网在当今社会快速发展的序幕。而2008年席卷全球的金融危机后，世界各国正在试图通过发展与“物联网”概念相关的新技术作为应对国际金融危机，振兴经济的重点领域，让其成为推动经济走出危机的重大力量，将本国的经济发展从泥沼中拉回到正轨。2009年6月,欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案。目前，国际上对物联网的研发、应用主要集中在美、欧、日、韩等少数国家，相应启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“物联网行动计划”、“U-Japan”、“U-Korea”等国家性区域战略规划[2]。

我国早在上世纪90年代就已经开始了无线传感领域的研究。1999年，中国科学院就启动了传感网研究，组成了2000多人的团队，投入数亿元，已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。2004年开始在军民两个领域展开标准化研究工作，2009年以来开始积极推进产业化。

据新华社发布的《2009－2010中国物联网年度发展报告》[3]显示，2009年我国物联网产业市场规模1700多亿元，物联网产业遍布公众业务、平安家居、电力安全、公共安全、健康监测、智能交通、重要区域防入侵、环保等诸多行业和领域，市场规模均超百亿元。据中国物联网研究发展中心、中国科学院物联网研究中心、江苏中科物联网科技发展有限公司联合出版的《中国物联网产业发展年度蓝皮书（2010）》显示，2010年我国物联网行业应用中，安防、电力、交通3大行业位居前列。安防行业的应用更是遥遥领先，占据了43％的市场份额，规模接近900亿元，电力行业和交通行业分别占据15％和9％的市场份额，市场规模分别约为300亿元和190亿元。物流、医疗、手机支付等行业发展也较为迅速，并正日渐渗透到其他各行业和经济领域。

2.气象物联网研究

2.1 气象物联网基本内涵

什么是气象物联网？简而言之，就是物联网技术在气象中的应用，是专业物联网的一种。具体地说，就是基于物联网技术架构，应用物联网传感技术、网络技术、计算机技术、控制技术、智能技术，把气象观测、气象预报、气象预警信息传播、气象服务产品发布等多个系统与互联网连接起来，对各种气象信息和相关非气象信息进行智能收集、识别、处理、存储、交互与分发，以实现大范围、大容量数据集中统一管理，提供数据质量控制和信息服务的一种网络。其核心和基础是气象信息通信网，涵盖气象信息感知采集系统、通信网络传输系统、高性能计算机系统、数据处理与管理系统、信息存储与信息共享服务系统。

2.2 气象物联网发展历程

早在20世纪70年代中期，随着国家气象局开发的计算机自动通信、自动填图软件和气象公报库、报告库、要素库和数值预报场库的建立，气象信息感知、传输、存储、应用实现了自动化，这也标志着物联网技术在气象中已经开始进行了初步的应用。随后历时8年，发展的“气象卫星综合应用业务系统”（代号“9210”工程），建成了卫星广域网、话音网、数据广播网、接收网、计算机局域网、CHINAPAC地面迂回备份网和气象信息综合分析处理系统，创建了由一个国家级主站、6个区域级站、25个省级站、300多个地市级站、2000多个县级站组成，以空中与地面相结合，专网与公网相结合，以卫星通信为主，地面通信为辅，以专网为主，公网为辅，覆盖全国，集中控制，分级管理的五级气象信息网络系统。实现了气象信息领域和部分气象服务领域的自动传感、网络传输、智能处理，气象物联网的应用也得到了明显的发展。

进入21世纪以来，随着我国地面气象通信宽带网络系统、地市级以上气象部门新一代卫星气象数据广播系统（DVB-S）、全国天气预报电视会商与电话会议系统的先后建成，我国气象通信步入了气象卫星、雷达网和光纤、通讯卫星互相配合的时代，特别是区域自动站的研发并广泛投入使用，使气象信息感知、传输和应用实现了的全面的自动化和部分的智能化，将气象物联网的应用推向了快速发展的通道，并取得了部分领域的应用成果。

截止目前，全国每个气象单位都实现了任意点到点的直接通信和数据共享，并实现了在中国气象频道音、视频天气预报节目的实时广播，基本实现了天气预报无时不有、无处不有，全天候跟随式贴心服务。由此可见，物联网技术在气象行业中的应用早于其它行业，并伴随着气象通信技术的发展，得到了较快的发展，发展速度和水平明显超前于其它行业。

3.国内气象物联网发展现状及前景分析

3.1 国内气象物联网发展现状

现阶段，我国气象物联网已广泛覆盖到气象信息监测、信息发布、气象灾害防御、气象科学管理等方方面面。截止目前，我国拥有的2419个地面气象观测站、34427个区域自动气象站、172部新一代天气雷达、6颗极轨气象卫星、5颗静止气象卫星组成的集天基、空基、地基相结合的综合气象观测系统构成的立体监测网，广泛应用气象物联网智能感知、网络传输和智能处理技术，实现气象信息的监测、传输和处理整个流程的自动化、智能化。

发展气象物联网，与通信运营商合作，通过 GPRS、GSM、3G 等形式把气象信息发送到用户手机、小区电子显示屏等信息接收终端，扩大气象信息发布人群覆盖面、增强灾害预警能力，在我国气象防灾减灾中得到了初步的应用。随之物联网传感器技术、移动通信技术和其他M2M相关技术快速发展，也加速了我国气象物联网的发展进程，显著提升了信息监测、智能控制能力。

3.2 气象物联网前景分析

随着气象物联网的不断发展，实现基本气象要素的全面感知、观测点实景信息的全面感知、农业气象要素的全面感知、交通气象要素的全面感知、旅游气象要素的全面感知、气象装备信息的全面感知，将形成成熟的气象物联网感知体系。

根据中国气象局《气象信息网络发展规划（2011-2015）》，到2015年我国将建成结构合理、集约高效、技术先进、功能完备、稳定可靠的气象信息网络系统，总体达到同期国际先进水平。这无疑将是气象物联网发展的一个关键性突破，依托先进的气象信息网络系统，将显著提高气象信息数据收集、传输、分析及各种气象产品分发效率，气象物联网整体性能将更加优化，实现气象信息收发的及时高效、气象服务的及时高效。

随着气象物联网感知层全面覆盖，网络层效率不断提升，远程控制技术不断进步，必将带动气象物联网应用层的飞速发展，使气象服务在智慧城市、智能城市建设中的不断深入，实现气象装备管理智能化、气象观测设备管理维护智能化、气象观测内容管理智能化、专业观测设备管理智能化、预警设备发布终端管理智能化、公共气象服务智能化、人工影响天气作业智能化、专业气象服务智能化、农业气象服务智能化、城市气象服务智能化、交通气象服务智能化。

[1] 物联网:概念、架构与关键技术研究综述 北京邮电大学学报Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications Jun. 2010 Vol. 33 No. 3.

[2] 物联网——开启全新生活的智能时代.张福生.山西人民出版社.

[3]《2009-2010中国物联网年度发展报告》.新华社.

[4] 物联网应用周刊.2010年1月.第八期.北京溪谷信息咨询有限公司.