物联网技术在人工影响天气业务中的应用

（1 中国气象局应急减灾与公共服务司人工影响天气处，北京 100081；2 中国气象科学研究院人工影响天气中心，北京 100081）

0 引言

自1999年美国麻省理工学院（MIT）提出物联网（Internet of Things，IoT）概念以来，物联网内涵逐渐完善、技术快速发展[1-2]。目前，物联网技术已广泛应用于物流[3]、公共交通[4]、公共安全[5]、现代农业[6]、教育[7]等诸多行业和领域。2000年以来，物联网技术开始应用于气象行业，包括气象监测[8-9]、气象预警[10-11]和气象服务[12-13]各方面。

近年来，随着我国人工影响天气（以下简称人影）工作的快速发展，人影作业规模越来越大，装备和弹药使用量逐年增多。目前我国有30个省（区、市）开展人影作业，涉及飞机、高炮、火箭增雨防雹等业务，从业人员达到4.6万人[14]，中国气象局上海物资管理处每年验收人影炮弹80万余发，火箭弹约10万枚[15]，我国人影作业规模已位居世界首位[16]。随着全国人影作业规模不断增大，人影装备弹药的管理难度也不断增加，通过纸质表格、登记造册等传统方式对人影装备弹药出入库、使用情况进行管理，存在时效性不强，准确度不高的问题，无法对人影装备弹药流转各环节进行动态追踪管理，人影装备弹药安全管理存在较大的安全隐患。此外，传统的人影作业信息采集基本依靠人工记录，时效性差，信息量少，难以满足业务发展需求。因此，将物联网技术应用到人影装备弹药和作业信息管理中不仅十分必要，而且越发迫切。

1 物联网技术在人影业务中的应用

经过多年探索，物联网技术在我国人影业务中的应用步伐不断加快。目前，我国人影业务中已初步实现了装备弹药的全程跟踪管理和作业信息的自动采集传输。本文首先对物联网技术在省级人影业务中的探索进行了总结，并以中国气象局推动建设的人影物联网系统为例，对物联网技术在全国人影业务中的应用及成效进行简要论述，提出了物联网技术在我国人影业务应用中存在问题及发展建议。

1.1 物联网技术在省级人影业务中的探索应用

在气象信息化建设过程中，北京、陕西、贵州、安徽等省级气象部门联合装备弹药生产厂家先后开展了人影装备弹药智能管理的探索工作。2011年，安徽人影办公室联合陕西中天火箭技术股份有限公司研发了安徽省级人影物联网管理系统，实现了对人员、装备、弹药等信息的采集、传输和信息化管理，以及对作业流程的全程监控、互动和干预提醒等功能，人影作业安全监管能力得到了显著提高[16]。贵州省、北京市人影办公室也与人影弹药生产厂家共同研发了基于RFID电子标签应用的人影物联网智能管理系统，实现了火箭作业装备、弹药、人员信息的实时监管，提高人影安全监管水平[17-18]。这些物联网系统的探索与应用，为提高各省级人影业务信息化、自动化水平发挥出了积极作用，但是，这些人影装备弹药管理系统主要立足于省级人影业务需求，存在硬件架构和输出信息格式不一致、装备弹药和作业信息的编码规则不规范、不统一等问题；对人影弹药生产、验收和销毁等业务环节的考虑还不充分，没有实现人影装备弹药的全程监控和闭环管理，还不能满足全国人影作业装备弹药的统一监管要求。

1.2 物联网技术在全国人影业务中的推广应用

为解决全国范围内人影作业装备和弹药全程监控和统一监管问题，2015年，中国气象局以气象小型业务项目的形式，启动了“人工影响天气作业装备弹药全程监控应用示范”，项目由中国气象局人影中心牵头，参加单位包括中国气象局上海物资管理处和北京、河南、陕西[19-20]、贵州等四个示范省（市）。在总结前期省级试点基础上，利用条码识别技术、声电光自动感应技术、移动互联技术等，建设了人影物联网系统，实现了对人影装备弹药的全过程、规范化、自动化和实时监控管理，有效提高了全国人影装备弹药安全管理的科技水平和现代化程度。项目总结提炼了人影装备弹药标识编码技术规范、省级及以下人影装备弹药监控管理系统建设指南，以及人影装备弹药监控管理系统业务运行规定，为人影物联网技术在全国范围内推广应用奠定了基础。

为进一步扩大物联网技术在人影业务中的应用，2017年中国气象局批复了气象小型业务项目“东北区域四省（区）人工影响天气装备弹药物联网能力建设”，支持黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古四省（区）建设省级人影物联网系统，部署专用软件系统及服务器等设备，配置物联网手持移动终端等。目前，东北区域内该项目整体建设工作已基本完成。此外，全国人影发展规划和正在建设推进的各区域人影能力建设项目中也充分考虑了人影物联网系统相关建设内容。

1.2.1 人影物联网系统建设内容

中国气象局气象小型业务项目“人工影响天气作业装备弹药全程监控应用示范”支持建设的人影物联网系统建设内容主要包括人影作业装备弹药全程监控模块、人影作业信息实时采集模块和相关技术标准与规范三部分，各部分主要内容见表1。

表1 人影物联网系统主要建设内容Table 1 The contents of the weather modification system based on the IoT technology

1.2.2 人影物联网系统总体流程

人影物联网系统涉及的主要环节包括：生产、验收、转运（运输）、仓储、发射（作业）和报废（销毁）等，总体流程见图1。其中，中国气象局人影中心主要负责人影物联网标准制定、技术支持，中国气象局上海物资管理处主要负责人影弹药验收环节的管理，及时将验收合格产品信息通过物联网系统告知各省（区、市）气象局，各省（区、市）气象局采购、使用通过验收的合格产品，同时通过物联网系统将转运、仓储、使用、报废等环节的信息自动上传至系统。

1.2.3 人影物联网系统的主要功能

图1 人影物联网系统总体流程Fig. 1 Flow chart of the weather modification system based on the IoT technology

人影物联网系统主要实现了对人影装备弹药的全流程管理功能和对作业信息的自动化采集功能。人影装备弹药全流程管理功能包括对人影装备弹药生产、验收、仓储、转运、发射、报废与销毁6个环节的全程监控管理（包括溯源、跟踪、定位等），以及对装备弹药的有效期检验、质量跟踪管理等功能，各环节主要功能设计见表2。作业信息自动化采集功能包括对飞机和地面作业信息自动化采集和处理。通过对高炮和火箭信息化改造[21]，并升级作业飞机使用的北斗系统、人影物联网系统实现了对人影飞机和地面作业信息的自动采集传输和综合展示，各环节主要功能设计见表3。

表2 人影物联网系统弹药管理6个环节的功能Table 2 The ammunition management function of the weather modification system based on the IoT technology

2 人影物联网技术应用成效

通过省级人影物联网试点建设和国家级整体推动，目前全国已有27个省（区、市）实现了人影物联网系统的省级部署，29个省（区、市）开展了市、县级物联网管理部署的示范建设，初步实现了人影作业装备弹药和作业信息的自动化、信息化动态管理功能。物联网技术在人影业务应用中取得的主要成效如下：

表3人影物联网系统作业信息管理功能Table 3 The cloud seeding information function of the weather modification system based on the IoT technology

1）确定了人影物联网建设技术路线。在人影物联网系统建设过程中，确定了主要基于二维码标识的炮弹、火箭弹和弹药箱管理技术路径[19]，首次实现了对人影装备弹药的统一编码和唯一身份标识。对炮弹采取激光刻印二维码标识的方式，将物联网信息刻在弹体上，对火箭弹采取粘贴二维码标识的方式，将物联网信息标记在弹体上。对人影弹药和弹药箱信息的采集主要利用基于光学扫描技术的手持式扫描终端，该终端同时内置全球定位系统GPS模块，通过弹药运输车辆和人员携带可实时定位监控装备弹药转运信息。各业务环节采集得到的管理信息，利用有线、无线等通讯网络实时传输到人影物联网系统。

2）配套制定了人影物联网技术规范和标准。在人影物联网系统建设中，根据业务环节与信息流转要求编制了人影装备弹药监控管理系统应用接口规范，对系统对外接口进行定义，为国家级、省级人影物联网管理系统和人影其他业务系统数据交互提供了依据。编制了人影作业装备弹药与作业信息管理等配套的行业技术标准，主要包括：人影作业站点、装备弹药的统一编码规范，飞机、地面作业信息采集传输规范等。此外，还制定了《人工影响天气装备弹药监控管理系统业务试运行规定》，进一步明确了国家、省级、市县级、作业站点各业务层级的职责任务与各级系统软硬件运维及信息安全管理，保障国家级、省级物联网管理系统一体化运行和各项数据信息能够及时有效地收集、传输与上报，发挥系统整体建设效益。

3）实现了人影装备弹药和作业实施的信息化管理。通过物联网技术在人影业务中的应用，基本实现了对炮弹、火箭弹从生产、验收、运输、存储、使用和报废全寿命周期的自动化跟踪管理，初步实现对作业弹药的精细化和智能化管理。通过条码和电子标签扫描及感应技术自动采集人影弹药信息，通过数字震动与光学采集技术的智能采集传感器自动采集人影作业基本信息，结合地理信息系统、全球定位系统和移动互联技术，自动传输、分析、处理并实时显示人影作业信息，提高了人影业务信息化水平。

3 小结

总体而言，物联网技术在我国的应用还处于推广应用阶段，目前还存在以下三个问题：一是部分人影作业站点位置偏僻，缺少物联网改造基本条件，人影物联网技术在基层的覆盖比例还不高；二是基层人影作业队伍结构复杂，作业人员年龄偏大、文化素质普遍不高，不利于人影物联网技术的应用和普及；三是人影物联网系统业务化程度还不高，与人影安全管理和信息采集处理系统还存在相对独立运行的情况。

针对上述存在的问题，建议物联网技术在我国人影中的应用可从以下几个方面改进：一是继续在国家层面大力推广人影物联网试点建设成果，通过国家工程项目、地方投资持续推进，为物联网技术向基层延伸创造有利条件，提高物联网技术在基层人影工作中的应用率。二是继续推进“政府主导、社会化服务、民兵预备役”相结合的基层作业人员管理模式，不断提升基层作业人员整体素质，加强人影物联网相关技术培训工作，促进物联网技术更好应用于基层人影业务之中。三是制定人影物联网系统业务及考核规范，不断提高人影物联网系统业务化程度，促进人影安全管理、信息采集系统和人影物联网系统融合发展。

物联网技术在人影中的应用，实现了对弹药的全过程跟踪管理，实现了作业和管理信息的自动化采集和传输分析，大大提高了我国人影业务现代化水平，也促进了人影安全管理能力的提升。目前，物联网技术在我国人影业务中的应用整体还处在推广应用阶段，随着物联网技术在人影业务中覆盖度不断扩大和物联网技术的不断提升，物联网技术在我国人影业务中的应用将会越来越广泛，必将为人影科学作业、精准作业和安全作业提供有效的技术支撑。