视频云系统在气象信息化建设的应用

孙 强 蒋英姿

1.盐城市气象局 江苏省 盐城市 224000

2.盐都区图书馆 江苏省 盐城市 224000

引 言

近年来，信息化是技术发展的主要趋势。气象行业的业务特点是气象信息数据采集、信息处理、应用并发布信息，为各级政府提供气象决策服务，向社会公众提供气象信息服务，属于典型的信息业务部门。当前，我国气象信息建设还停留在“自成体系”、“自建自用”的阶段，气象业务系统上层级多，使用的信息应用系统数量庞大，仍旧使用传统方式进行分级分散的切块模式，难以适应当前气象信息汇聚程度越来越高，高效协作要求越来越高等现代业务的需求。盐城市气象局积极响应党中央号召，大力推进气象信息化建设，形成业务一体化、功能集约化、岗位多责化的气象业务，全面推进气象工作现代化建设。经过深入研究分析，视频云系统因其柔性扩展、调度灵活，应用多样等优势在气象信息化建设中具有较高的应用价值。

1 气象信息化系统应用现状

1.1 音视频处理能力不足

面对气象系统要求的信息汇聚程度越来越高，高效协作要求越来越高，以及天气会商、突发应急指挥，气象监测等对指挥调度的需求，与盐城市气象局目前所具备的音视处理能力之间的矛盾还是存在的。要缓解这种矛盾，需要全网络化、可视化、处理融合，资源池化等先进的技术元素加入到气象信息化建设中来。但目前盐城市气象局这种比较粗放的系统集成模式，会导致系统扩展难、数据对接难、信息嵌入难、业务融合难，整体制约着音视频调度能力进一步提升。

1.2 数量众多且流程复杂

气象业务系统繁多，业务系统彼此之间存在上下游关系。本级系统接收上游数据，同时向下游传输本级系统数据，因此在众多系统间存在极其复杂的数据流程网络，业务变更难度大。此外，随着数据种类不断增加，新的数据格式不断涌现，数据量呈几何形式增长，并且存储方式各不相同，这就导致经常遇到数据格式转换问题。由于没有制定统一的数据标准，缺乏统一的信息网络平台的联网环境，在格式转换过程中导致大量的信息丢失，给信息共享带来不少障碍。

1.3 远程通信薄弱

现有气象系统的远程通信大多采用视频会议的方式。除了满足基本的远程会议要求，视频会议在远程可视气象会商中也应用得越来越多。在高清视频天气会商中，多点间或点对点实时的声音、图像，图形文档和程序共享等功能让预报员可以自由地进行讨论，如分析天气形势等。但由于天气预报高清视频会议系统使用频率很高，使用过程中有多种原因会导致会议中断、设备掉线等影响会议正常进行的情况，同时视频会议每点只能传输1-2 路视频，不能达到目前气象系统在气象会商、预测预警等过程中要求的信息传输数量。

1.4 系统信息孤岛遍布

气象系统一般都按照不同的独立应用系统完成各部门的规划建设以及项目业务化的工作。由于项目的独立性，每个项目建设通过各自独立的操作系统、数据库等进行音视频数据的调取应用，各业务系统之间数据独立，导致形成“一业务一系统、多环节多操作”的局面，各业务系统之间无法实现资源的共享。系统之间互联性、互操作性、互换性差，造成业务数据资源的重复甚至浪费的状况。

2 视频云系统的概念和优势

针对现有建设气象信息化系统中存在的几大问题，中国气象局出台的《气象信息化发展规划（2018-2022年）》中明确指出要统筹推进气象信息化建设，形成国家—省—市—县四级网络、四级数据存储，国省两级统一数据库以及大量气象业务应用系统组成的气象信息化综合体系。而视频云系统是一种新理念的调度管理控制平台，以网络音视频传输为核心，以平台高清录制直播为辅助。可以根据需求，对任意地点的音视频信号进行采集编码，通过网络传输到指定地点后解码输出至显示设备，同时可以将重要的会商、系统采集数据进行保存。相对于现有的气象信息系统，视频云系统在气象信息化建设中具备以下优势。

2.1 打破空间和距离限制

视频云系统采用全网络化架构，分布式部署，信号的采集不受地点的影响，可对不同格式、不同分辨率和不同协议的音视频信号实现轻松转换并统一编码接入。此外，音视频信号采用视频云系统通过网络传输，系统支持多级平台结构，具备平台间视频源的共享转发并保证远距离音视频信号传输质量良好不失真的功能，可以支持点对点、点对多点且可实现跨省-市-县进行资源的共享调度。

2.2 规模灵活扩展

以往的音视频调度系统在后期扩容上一直是个难题。如果新的音视频业务系统要接入已建好的调度系统，必须更换设备进行大规模的系统改造，系统停运难以避免，系统的扩容性能较差。而视频云系统各节点采用物理分隔的方式，只需通过增加输入输出节点，即可实现系统音视频型号接入的弹性扩展，在理论上扩容不受限制。

2.3 全局性事故为零

视频云系统采用先进的分布式神经元系统结构，各节点之间通过分布式协议规则进行关联，实现去中心化的管理布局，单一节点故障不会影响全局业务，保障业务系统7*24小时无间断全天候运行。结合双网备份、双电备份、双节点备份等技术手段，使得系统整体安全可靠，做到每个输入、输出节点在不断电的情况下可以进行维修更换。

2.4 高还原度录制回放

以往气象系统在重要天气会商、预测预报预警，决策应急指挥等场合时无法实现全高清视频画面的采集录制，一些重要的数据、会商过程无法进行录制保存。通过视频云系统，可以将重要的会商、系统采集数据等重要业务信号实时存储和回放，方便相关人员进行回看学习。另外，经过审核的视频通过流媒体在电视台、微信，微博甚至APP 等平台进行发布，同时也可支持视频直播业务，向社会公众提供气象信息。

3 视频云系统的应用方式研究

根据视频云系统的构建，气象部门可以逐步建立起跨部门、跨区域，跨省市的音视频资源池，实现各类音视频信号的一键可视化调用，所有接入的信号可以完成大屏的任意漫游、任意缩放、跨屏拼接、多视窗显示以及多预案切换，提高系统的指挥调度性能。

3.1 构建气象局音视频资源池

通过构建气象局音视频资源池，实现气象监测预报中心、科普学术报告厅、突发应急指挥中心、生态气象服务中心，人工影响指挥中心等部门各类音视频信号资源的整合，实现各部门间的远程信号在本地进行任意调用显示，提高气象系统的指挥效率。在建设过程中，需要解决好以下问题。一是建立起互联互通的高带宽传输网络。网络的分布式视频云系统是一种网络技术，需要建立在互联互通的网络基础之上，气象局部门间要统一部署规范的互联互通网络建设。二是解决好网络安全的问题。在气象信息化建设中，信息流能的安全传输、有效到达，高质量交换尤为重要。信息流的传输安全与质量保障系统可通过网格化监测和大数据技术的结合，实现气象系统内核心业务设备运行管理以及视音频质量管理，加强气象大数据的网络安全防护，切实保障气象信息系统健康稳定运行。三是加强视频云系统在建设过程中的分级分组权限管理机制。可根据音视频信号的来源、涉密性以及操作人员的职务与级别，对操作人员进行分级分组预配置，授权可操作的音视频资源信号的范围。

3.2 构建跨部门的信息汇聚中心

按照以智慧气象为重要标志的气象现代化“四大体系”的总体要求，气象业务需要接入卫星、雷达，云图等监测数据以及视频会议、监控、GPS，通讯系统等多种音视频数据，融合应用视频数据与音频数据，建设让天气演变过程可视化、预报产品信息化、决策应急标准化，综合预报预警时效一体化的高效信息汇聚中心。目前盐城市气象局各部门都已建立各自传统的AV 系统，但由于系统之间兼容性差，无法进行各部门间音视频资源整合。这就要通过以下方式处理。一是进行各部门之间音视频信号统一接入，通过采用分布式的物理输入输出节点对音视频信号进行采集编码来实现。二是采用IP视频分发服务器为中继对视音频信号直接拉流，同时也可进行平台间的调度，实现多信源的接入与管理控制。

3.3 构建综合集成的管理调度系统

全国气象发展“十三五”规划提出现代气象业务的特征就是发展“观测智能、预报精准、服务开放、管理科学和持续创新”的智慧气象，综合集成已成为气象信息化建设的主要目标。以分布式的视频云系统进行音视频调度为基础，结合计算机控制、网络传输，融合通信等多种技术，建立起流程集约的监测预警、智能化网格预报、灾害性天气预报、环境气象预报、技术研发、会商，应急指挥为一体的现代化气象指挥调度系统。一是实现气象系统内所有音视频信号的融合。通过构建分布式的视频云系统，实现各类音视频信号的统一编码、一网传输以及一体化调用。二是实现各类资源的高度整合。整合视频云系统、综合观测、预警预报，公共气象以及信息网络等系统信息，实现气象系统内数据格式的统一性，方便数据的高效流通和应用。三是构建起可视化的调度系统。将系统内所有的音视频都转化为数字信号，把音频、视频，控制和物联网管理等真正意义上结合在一个平台上管理，实现对气象系统内各类资源的可视化、一键式调度应用，有效提高指挥调度效能。