氣象物聯網在智慧城鄉建設中的應用

吳信明 吳嘉偉 鮑磊磊

（南通市氣象局，江蘇 南通 226000）

隨著傳感、互聯網、軟件等技術的發展和廣泛應用，結合人們對生產高效、生活美好的品質追求，技術與實踐的相互促進，便產生了當今已經熟知的物聯網技術，該技術使得物物可以相聯、交互、感知、控制、友好互助。物聯網的產生是人類社會進步的必然結果，目前該類技術的應用正逐步滲透到社會的方方面面，極大地改善著人們的生產和生活環境，使得人們可以更加方便、精細高效和動態的管理生產和生活，達到比較理想的、更符合人性思維的“智慧”狀態。氣象要素歷來就是人類生存的第一環境要素，在物聯網技術改善著人們生產、生活環境的進程中，自然離不開氣象的參與，這就形成了物聯網的一個重要子域，可稱之為氣象物聯網。隨著人們認識的不斷深化，氣象物聯網在智慧城鄉建設中得到了越來越廣泛的應用。

1 物聯網的概念

1.1 物聯網的一般性認識

簡單地講，物聯網就是物品與物品之間的聯接。這種聯接不是機械、生硬的，而是為了達到人們所期望的某種目的的一種有機聯接。

物聯網是在互聯網基礎上產生的一個新生事物。它一般是以互聯網為媒介，使兩個以上的具有關聯性的物體相聯接，實現感知相互存在，信息互通有無，按需相互控制，友好、互助、共同地完成一些復雜的、需要一定智慧才能完成的任務，由此讓人們的生產、生活變得非常輕松。同時，也有利于人與自然的關系和諧，提升經濟社會的生產力水平和資源利用效率。

至今為止，物聯網沒有一個統一的、完整的、確定不變的定義，從不同角度對其有著不一樣的理解，能給出不同的定義。隨著相關技術的不斷發展，物聯網應用的廣泛深入，人們對其認知的不斷加深，其定義也在不斷得到補充和善。所以，物聯網的定義是一個動態的、發展的概念。

1.2 物聯網的基本構成要素

物聯網的基本構成要素有：物品A及其環境、感知物品或其環境要素的傳感器、讀取傳感器數據的采集器、傳輸數據的無線或有線通信組件、互聯網或物理線路、數據服務器（云端節點）、連接各云端獲取大數據的數據云處理服務器、連接云處理服務器的客戶端物品B等。構成了物品A和物品B的物聯網模型，通過物聯，物品B能夠按良好意愿影響著物品A，從而在這樣的一個集合里體現出人的智慧。

2 氣象物聯網概念

2.1 氣象物聯網的特點

氣象行業作為大數據的應用者，較早地接受了物聯網的賦能。氣象物聯網屬于物聯網的一種，具有共性，更有特點。各地氣象部門在不同的場合和環境下，布設有大量的帶有多個氣象要素傳感器的自動氣象站和為農服務小型氣候站。以江蘇為例，在城鄉每個街道或鄉鎮至少布設有一個自動氣象站，在規模化的家庭農場，大型室內農作物種植場所等地布設有小型氣候站。這些站點符合國家標準，數據權威、可靠、及時、準確，為構建氣象物聯網提供了自然優勢。

自動氣象站進入云端節點的數據有實時空氣溫度和濕度、風向風速、氣壓、降水等，及其運算產品。為農服務小型氣候站進入云端節點的數據有土壤溫度、水分、pH值、電導率，以及太陽總輻射（日照）、紫外線強度、蟲情等。在水產養殖場所的配備有水溫、水溶氧、水pH酸堿度等傳感器。

2.2 氣象物聯網的基本模型和原理

2.2.1 基本模型

氣象物聯網的基本模型如圖1所示。

圖1 氣象物聯網的基本模型圖

2.2.2 基本原理

自動氣象站或小型氣候站布設于包含某類設施的環境中，其采集的數據通過專線或4G互聯的方式首先進入數據服務器（云端節點），形成的原始分類數據通過網絡進入連接有限云節點的數據云處理服務器，該服務器主要完成大數據處理和服務程序運行，推送服務信息和可用于控制物品A的控制數據。該信息和數據可通過互聯網供近客戶端設施的使用（如大屏幕顯示、對物品A進行近程控制等）；或通過移動4G互聯供遠客戶端的設施使用（如屏幕顯示、手機終端、對物品A進行遠程控制等）。

遠客戶端設施（物品B，如手機等網絡設備）獲取服務信息的同時，可根據需要對物品A（環境或設施狀態）進行手動控制或自動控制，應用自如。

自動氣象站或小型氣候站采集的數據也可直接送到近客戶端設施，對物品A進行控制，這種模式是傳統的自動控制方式。正是物聯網的引入和應用，使得傳統的自動控制產生了質的飛躍，做到遠程物物相聯，并且這種聯系更合理、更人性、更智能、更智慧。

3 氣象物聯網應用實例

基于氣象因素是人和自然最重要環境因素的原因，物聯網一經出現，氣象就融入其中。事實上，物聯網發展至今，氣象物聯網應用已經非常廣泛，遍布城鄉，并隨著傳感、互聯、軟件等相關技術的不斷進步，其應用水平不斷得到提升，在智慧城鄉建設中發揮出越來越重要的作用。

3.1 氣象物聯網在智慧農業上的典型應用

氣象物聯網在智慧農業方面的一種典型應用如圖2所示。

圖2 智慧農業農作物溫室大棚物聯網結構簡圖

客戶根據溫室大棚環境實況，通過物聯網，在遠程用手機（APP應用）手動或自動控制其環境設施的運行管理。相關服務信息可在近、遠端電子顯示屏上自動顯示出來。

3.2 氣象物聯網智慧城市中的典型應用

氣象物聯網在智慧城市中的一種典型應用如圖3所示。

圖3 智慧城市氣象物聯網結構簡圖

遍布城鄉的氣象自動站感應到的環境氣象要素，通過物聯網服務到市民手機、公交站臺、公共室內外電子屏、廠礦企事業單位的客戶終端。各種類型的終端無論是移動的還是固定位置的，都可以依據GPS/北斗定位信息，自動尋找到距離自己最近的自動氣象站，獲取到環境氣象的即時、真實、權威數據，這些數據將會隨著終端位置的變化而自動變化。除自動對應方式外，終端也可預選設置國內數千個自動氣象站中任何站點，獲取其環境氣象數據。

氣象物聯網融入城市，使得生活在城市中的人們更隨心所欲地沐浴著雨露滋潤，享受著陽光照耀，感受到智慧城市的魅力和快樂。

4 氣象物聯網的應用展望

氣象物聯網在智慧城鄉建設中的應用實例很多，基本原理與以上兩例類似，不再列舉，以下對氣象物聯網今后的應用方向作一概括性展望。

目前，氣象物聯網的應用雖然較廣泛，但由于在開發深度和多技術結合應用等方面尚存差距，使得這種應用未能發揮極致，尚有廣闊發展空間。今后主要應當在這幾方面作深入研究和開發。一是提升氣象大數據處理和云計算的能力，充分發揮氣象大數據的潛能，將歷史數據、即時數據、預報數據的應用結合起來，使得人們感受環境氣象的同時，有比較和預期。二是應用開發要貼近人們的自然思維需求和想象，做人們所想，在滿足人們美好生活需要方面發揮更大的作用。三是要緊跟相關技術的最新發展，將最先進的傳感技術、互聯技術、網絡安全技術、衛星定位技術應用到氣象物聯網應用開發中，做到與時俱進。相信通過這些方面持續不懈地努力，在智慧城鄉建設中，一定會給氣象物聯網帶來更廣闊的應用天地。

5 結語

氣象要素是人類生存的第一環境要素，氣象物聯網在智慧城鄉建設中的應用有其必然性。確立氣象物聯網應用模型，了解技術原理，結合已成功開發的應用實例，才能發現差距，明確深度開發方向，為今后更好地開展氣象物聯網在智慧城鄉建設中的應用產生重要的作用。