實景天氣觀測在氣象領域的應用綜述

周蒙蒙

(北京華風創新網絡技術有限公司，北京 100081)

實景觀測早期廣泛應用于安防、交通[1]等領域，隨著社會與相關技術的發展，公眾與部分行業對氣象服務的精細化、直觀化、時效性等方面的要求顯著提升，實景觀測被引入氣象服務領域用以嘗試解決上述需求，“實景天氣觀測”的概念被提出并逐漸被越來越多的人所熟知。實景天氣觀測的實現與發展，依托于現代移動通信技術、互聯網/移動互聯網技術、視頻編碼技術、視頻圖像處理、視頻數據存儲及云計算、大數據、人工智能等前沿技術的迅速發展。近些年，實景天氣觀測在氣象領域的應用場景越來越豐富，涵蓋了氣象設施環境監測、與天氣相關的特定要素機器判識、天氣預報輔助、氣象傳媒服務、防災減災輔助決策、科普與教學、行業服務等諸多領域。例如，陜西氣象部門在部分天氣指標站、雷達站、果園、渭河流域和人影炮點建立了實景監視系統為預報決策、農業氣象和人影指揮提供服務[2]。實景天氣觀測的采集裝備現多具備夜視功能，能夠保障24小時不間斷采集視頻或圖像，同時，可匹配自動判定時間、經緯度等信息，保障實景天氣觀測采集時間、地點的準確，結合不同的前沿科技如人工智能等，創新了服務產品與模式，對氣象服務現代化起到了積極的推動作用。

1 實景天氣觀測在氣象領域的應用類別

1.1 氣象設施環境監測中的應用

實景天氣觀測在氣象領域較為廣泛地應用于氣象設施環境監測。多地氣象部門在不同氣象設施處部署了實景天氣監控系統，如地面觀測站、天氣雷達站、高空探測站、人影彈藥庫、人影作業炮站等，規避氣象設施周邊植物生長、城市建設、人為損壞等因素對氣象設施、氣象探測準確性、氣象作業安全性等的影響。廣西氣象部門建設了廣西氣象探測環境實景監控系統，對氣象探測環境與設備進行跟蹤與動態管理，同時為氣象執法提供有力依據[3]。河北省承德市建設了網絡實景監控系統，實現了對人影彈藥庫及其周邊環境的實景采集與遠程監控，增強了人影工作的安全性，提高了管理效率[4]。貴州省將實景監控系統融入人工影響天氣作業信息化炮站建設，以加強安全監管能力，提升人工影響天氣炮站的作業指揮效率和業務管理水平[5]。四川省氣象部門建設了地面氣象觀測場實景監控系統，工作人員可輕松調閱各個觀測場的監控畫面，實現對探測環境變化的實時監控與及時跟蹤，成功阻止人為在觀測場周圍建房事件，提高了探測環境保護工作的效力[6]。

1.2 與天氣相關的特定要素機器判識中的應用

實景天氣觀測逐漸創新應用于與天氣相關的特定要素的機器判識中，例如用于測量白天能見度、云的類別、風浪要素等。廣州的宋日剛[7]，實現了基于天氣實景圖像的白天能見度測量，填補了現有器測能見度儀器站點不足的現狀。墨跡天氣APP中為廣大公眾提供了“觀云識天”功能，用戶通過拍攝云的實景，依托“觀云識天”功能，便可以獲知被采集圖像的云的種類，以及可能發生的天氣情況，這項應用有助于激發公眾對氣象的興趣，對于氣象科普工作具有積極作用。王堅紅等設計并實現了風浪要素數值實景監測，可依托該系統獲得合理的觀測時段的風浪要素統計特征值，對風浪實況進行監測與觀測，是目前各種風浪要素測量方法的一種補充[8]。

1.3 天氣預報輔助判斷中的應用

我國多地搭建了氣象實景監控平臺實現對天氣實況的監控，這對預報員判斷天氣，尤其是短臨天氣預報、天氣預警的判斷以及針對天氣實況判斷對公眾出行、生活的影響等，都起到積極的作用。寧夏氣象部門建設了實景監測系統，收集、處理天氣實況信息，輔助判斷天氣預報、預警，積極推進了預報手段、災害天氣決策服務能力的提升[9]。北京氣象部門建設了區縣局天氣實景系統和高山站天氣實景監控系統，為預報人員提供遠距離天氣情況技術觀測手段，同時利用市交管局布設于交通道路的監控攝像頭進行城區內道路天氣實況的監控，為預報員對重要交通道路天氣狀況的了解提供幫助[10]。上海市氣象局建設了天氣實景監測系統，方便預報員在值班室就能全面了解上海各地區的當時天氣狀況，將實景視頻監測點的視頻圖像實時傳輸到實景監測服務器中，同時將監測點處或鄰近處的自動站資料疊加到天氣實景圖上，可進一步提高氣象預報服務水平[11]。除此之外，據了解，我國其他地區有采用在實景采集端匹配微型氣象站的方式，實時采集實景處的真實氣象要素數據。阮蔚琳等[1]對江蘇實景監控資料在氣象上的應用進行研究，認為實景監控是傳統天氣實況監測手段的重要補充和驗證工具，在精細化方面有不可替代的作用，目前實景監控對遠程降雪、積雪深度、微量降水、大霧、閃電等的監測是唯一的手段，實景監控圖像可以直接作為災情調查的圖片資料。阮蔚琳等還通過列舉真實的應用案例進行論證說明，例如通過積雪、道路結冰等的實景監測掌握道路是否濕滑，向公眾發出針對性的服務短信，或采集到的新華書店的積水圖片可作為暴雨引發的城市內澇災情第一手圖片資料。

1.4 氣象傳媒服務中的應用

目前，不論是電視等傳統媒體，還是智能手機等新興媒體終端，氣象傳媒服務的開展都開始嘗試實景天氣觀測內容的傳播。抖音、微信、微博、今日頭條等諸多新興媒體，為氣象傳媒服務提供了更為便捷、開放的平臺，實景天氣觀測內容通過“微視頻”等方式迅捷地將天氣預報、天氣實況、災情實況等內容傳達到公眾手中，極大縮短了公眾獲知相關信息的時間差[12-13]。中國氣象局華風集團推出“中國天氣”官方抖音號，“廣東天氣”微信公眾號開展實景上傳“拍天氣”“天氣直播”活動[13]，CGTN、中國天氣網手機版、實景天氣APP等平臺播出多個國內熱點景區的實景視頻，風云即拍APP提供用戶拍傳、展示實景天氣視頻功能，墨跡天氣APP提供了時景功能，用戶可以拍傳、展示實景圖片?？梢钥闯?，實景天氣觀測在氣象傳媒服務中的應用，不僅是傳播氣象服務，同時承擔了部分風景宣傳、增強媒體節目效果和新媒體社交的功能。

1.5 防災減災輔助決策中的應用

氣象災害及其衍生災害種類較多，對公眾生活影響明顯，實景天氣觀測被越來越多地運用于防災減災監測與輔助決策中。內蒙古氣象部門建設了黃河凌汛實景監測系統平臺，實現遠程實時監測水情、流凌以及災情全過程，可為氣象、防汛、水利等部門做好防災減災工作和預測自然災害提供第一手實時視頻及圖像資料,遠程視頻監控系統可避免傳統人工觀測方式的費時、費力問題，大力提升了內蒙古黃河凌汛監測、預警業務能力，為防災減災工作發揮了重要作用[14-16]。胡利軍等闡述了寧波市建設的雨雪冰凍監測系統的設計和應用，雨雪冰凍氣象災害會嚴重影響交通、電力等各行各業，將實景觀測融入監測系統，及時準確反映雨雪冰凍情況，為氣象工作者或決策部門提供直觀、準確的氣象信息，為氣象防災減災提供有效的技術手段，提高氣象服務水平[17]。風云即拍會商版APP支持災害現場與決策方及時連線，第一時間將災害現場的實景展示給決策方，輔助災情科學決策。

1.6 農業氣象中的應用

我國多地建設農業實景觀測站網，覆蓋大田、設施農業等，用于開展農業氣象科學研究、監管農作物生長提高種植效益等。石俊峰闡述了利用農田實景監控系統獲取葉面積指數監測圖像的方法，實現農作物實景照片動態獲取，為葉面積指數的自動獲取提供連續的觀測數據，用戶通過WEB方式查詢數據發布系統即可獲取相關影像數據，進一步提高氣象為農服務的科技支撐能力[18]。河北氣象部門建設了設施農業基地實景觀測站，用以實時獲取現場高清視頻圖像資料，監視農作物的生長情況，掌握農作物生長環境，對預防病蟲害、提高農作物品質、增加種植效益，提高設施農業氣象服務水平等方面具有重要意義[19]。梁正文等闡述了長順興農氣象手機客戶端模塊設計與實現，其中實景監控是該客戶端重要的模塊之一，通過調用 “實景圖片”子模塊的數據，實時顯示實景監測站圖片信息，主要監測園區中的作物圖片信息，實現對農作物的物候觀測，每種作物有三張圖片，分為對農作物遠景、近景和特寫，每日自動更新一次，實景檢測為遠程診斷等“直通式”氣象為農服務提供了更為直觀的診斷依據，創新了氣象為農服務形式，提高了農業防災減災能力[20]。

2 結語

實景天氣觀測除了在氣象設施環境監測、與天氣相關的特定要素機器判識、天氣預報輔助判斷、氣象傳媒服務、防災減災輔助決策、農業氣象等氣象領域的應用外，還應用于諸多其他場景，例如氣象科普與教學、氣象全媒體服務平臺等。目前實景天氣觀測的應用對電力和網絡有較高要求，受到設備安裝點位選擇的局限，同時也受到采集設備低溫耐受程度、實景天氣觀測系統遠程操控便捷程度等一些現狀的局限。相信隨著諸多前沿技術的發展，實景天氣觀測能夠克服這些局限性問題，開拓出更加豐富的應用場景，諸如實現特殊地區的設備布設與正常運行、遠程全景多角度視頻采集、精細化多距離調節視頻采集等，推動更全面、精準的遠程氣象科學研究觀測或氣象與其他學科的結合研究等工作，進一步提升氣象服務效益。