5G技术在气象App中的应用探索

2022-02-08林孔杰许艺雯夏利娜汪春辉

技术与市场 2022年6期

林孔杰，许艺雯，夏利娜，汪春辉

(1.福建省气象服务中心，福建福州 350001；2.福建省预警信息发布中心，福建福州 350001)

0 引言

通信技术的变迁不断改变人们获取信息的方式，气象app作为由专业气象部门开发的气象类信息传播移动类应用程序，对移动气象服务提出了更高的要求。气象app不仅仅是将气象服务产品展示在移动手机端，还需要实现真正的智慧移动气象服务。5G技术的普及，将推进移动数据通信技术的发展热潮，拓展5G技术在气象app中的应用，提升移动气象服务水平，推动智慧气象服务。

1 5G技术概念

5G(第五代移动通信技术)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术。面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的用户体验。5G是基于数字蜂窝网络技术，与4G之间可以无缝兼容，在5G无法覆盖的地方，还可使用4G，为后续的5G全面铺设提供了基础。其特点如下:①峰值速率达到了10～20 Gbit/s，满足高清视频、虚拟现实等大数据传输。②空中接口时延低至1 ms，满足实时远程应用。③具备百万连接/平方公里的设备连接能力，满足物联网通信。④连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100 Mbit/s。

相对4G网络，传输速率提升10～100倍，端到端时延达到ms级，连接设备密度增加10～100倍，流量密度提升1 000倍，频谱效率提升5～10倍，能够在500 km/h的速度下保证用户体验。截止9月末，我国5G基站总数达115.9万个[1]，已建成全球最大规模光纤和移动通信网络。5G基站、终端连接数全球占比分别超过70%和80%。随着5G基站的不断建设，5G技术的普及将推动移动气象服务向智能化、个性化发展。

2 气象App概念

气象app作为天气查询软件，其主要服务于用户日常生活生产的需求，推送即时天气情况。其中由气象部门研发的气象app不仅为公众提供天气推送、预报预警等天气情况，还承担为有关部门提供方向性、决策性的气象指导服务。主要优势是气象部门拥有大量气象专业数据，如地面、卫星、雷达等观测数据，可分析制作各类气象服务产品，提供个性化、属地化、专业化气象服务。

以福建省气象局发布的知天气App为例，该app不仅涵盖天气实况、逐时、逐日天气预报等天气数据，还提供各类属地化气象服务、气象科普讲解、旅游交通等气象服务，随时随地为专业气象人员、航空人员、相关专业人员提供专业化气象服务。因此气象app能第一时间向用户发布气象信息，各有关部门能随时随地准确无误地接收到信息。但4G网络下的远程通信技术，无法支持高并发、多形式的气象数据快速集成可视在气象app上。因此5G技术的发展能够大幅度提升移动信息服务的质量和效率，而且推进了高新技术在气象app中的应用，促进气象app更智能化、个性化。

3 5G技术对气象App的影响

3.1 强化数据服务，增强信息化、实时化

随着气象数据指数级增长，终端无法按需实时提供针对性的服务，也无法在线实时处理大量数据。5G高带宽、低延迟的网络特点将促进移动终端的计算量成倍增长。大量的数据传输将成为服务常态。气象app整合了天气实况、决策服务产品，自动站监测、预警、台风、专项服务产品以及更多专业气象产品，从多维度展示精准、及时的气象服务。由于气象产品如雷达图等，各气象要素及时、定量的实时信息，是用户在使用app时的重点关注点[2]，而4G通信不能稳定地提供实时气象数据，5G低延时、高速率的特征将提升app数据传输及更新的频率，因而能够提高用户对于当前气象信息获取的便捷性和直观性。

3.2 融媒体，丰富交互多样化

气象app作为气象媒体传播关键载体之一，5G时代气象信息服务的关键是在于加强手机app等气象信息传播平台建设，研发特色的专项服务产品[3]。5G时代的到来，破除了网速的制约，气象app将轻松地与新媒体接轨。有效运用5G技术，能有效发挥气象融媒体优势，将会说话的气象产品呈现给用户。通过气象app分享天气现状，用户参与实时气象播报，加强用户互动，提高用户黏性。用户参与气象预报，用户可将当前天气情况进行实时自由发布，不仅能采用图片形式，还能实时以视频或直播等方式传输现场画面[4]。5G技术为气象直播提供了便利，直播中大数据量传播、信号中断、画面卡顿等问题也将得到解决，从而提升用户对灾害性天气的实时关注度，提升气象服务质量。5G技术的普及，同样将打破VR等高新技术在气象方面的应用难关。依靠手机载体，通过VR的形式对气象服务产品进行虚拟增强，将天气情况呈现于用户，将提高气象科普的互动性，推动气象行业发展[5]。

3.3 气象服务智能化

5G通信技术未来的发展必然是智能化和自动化[6]，它能基于物联网、人工智能技术，满足不同用户的多样化及个性化需求。气象app也将进入智慧气象时代，能服务农业、工业、教育、交通等行业，气象app结合图像识别、深度学习等人工智能技术进行智慧气象服务设计。5G与大数据的结合，使每个用户终端都是无处不在的信息终端，可实时采集气象信息，感知并服务用户的气象需求，实现精准化、智慧化气象服务。大数据分析app与用户的交互过程，对用户行为习惯和关注点的把握，刻画用户画像。结合特定应用场景，提供专业化、定制化气象服务，提升用户的体验效果，提高为用户服务的效率，实现智能感知、精准泛在的智慧气象服务。

4 5G技术在气象App中的应用

4.1 5G定位

通过移动设备的定位服务，可以了解用户周围的环境。5G定位具有高速移动和超低时延的定位能力。5G的多基站共同协作能为用户实现高精度实时定位，实现基于用户需求的个性精准、高端定制的天气服务。气象app作为信息通信设备，结合物联网等技术，实现对用户当前环境的精准定位与分析达到智慧交通、智慧旅游等效果。为用户提供实时、精确的天气现象，有效规避恶劣天气所造成的危害。

4.2 远程监控

远程监控是解决人类处于高危环境作业的需求。远程监控的应用，使气象观测站无人值守已成为当今地面气象观测自动化发展的必然趋势。当前的4G网络已无法满足远程数据通信的应用需求，而5G通信可以弥补4G网络的不足，实现超远距离通信。通过5G网络实现对终端或无人机的超远程监控，向其发出各种操控指令，完成气象设备巡检、维护等业务。同时将采集到的信息反馈给移动终端进行数据传输。远程协助气象app实现移动智能远程监控，气象人员将能随时随地监控气象设备，保障气象观测设备安全生产。

4.3 D2D技术

D2D即Device-to-Device，也称为终端直通。D2D通信技术是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式。在D2D通信网路中，用户节点同时扮演伺服器和客户端的角色，用户能够意识到彼此的存在，自组织地构成一个虚拟或者实际的群体。D2D通信可以解决极端自然灾害引起的通信基础设施损坏而导致通信中断，不能进行气象数据实时传输的问题。利用D2D的发现功能，用户能寻找邻近区域的用户，将灾害天气分享给一定范围内的用户，场景可应用于景区、高速等圈定场所。还可及时告知附近用户情况，使用户及时发现异常天气情况，减少不必要的信息周转环节，及时预警，提升防灾减灾预警告警能力。

4.4 5G消息

5G消息是5G时代基于GSMA统一标准的基础通信业务。5G消息是5G时代升级版的“手机短信”，可实现文本、图片、视频等多种媒体类型的消息收发。随着网络通信的普及，气象短信渐渐被一些即时通信平台取代。气象app开发基于5G消息的气象短信定制功能不仅能丰富气象服务形式，还能为用户提供更加丰富便捷的气象服务。如气象部门使用5G消息发布气象预警，可以给群众推送文字、长图、短视频等“花式”天气预报，让预警信息更直观，预警效果比单纯的文字要强得多。相比短信，5G消息具有较强的社交功能和个性化服务，实现“信息即服务”[7]。还可以结合人工智能、云计算和大数据等，为用户提供高效的智能服务，满足用户丰富的信息沟通需求和多样化的服务需求。此外5G消息有运营商运营，气象app与运营商对接，接受国家相关部门监管，不仅能保证气象数据来源的可靠性，而且能使气象数据安全得到保障。