實(shí)景天氣觀測(cè)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用綜述

周蒙蒙

(北京華風(fēng)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京 100081)

實(shí)景觀測(cè)早期廣泛應(yīng)用于安防、交通[1]等領(lǐng)域，隨著社會(huì)與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，公眾與部分行業(yè)對(duì)氣象服務(wù)的精細(xì)化、直觀化、時(shí)效性等方面的要求顯著提升，實(shí)景觀測(cè)被引入氣象服務(wù)領(lǐng)域用以嘗試解決上述需求，“實(shí)景天氣觀測(cè)”的概念被提出并逐漸被越來(lái)越多的人所熟知。實(shí)景天氣觀測(cè)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展，依托于現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、視頻編碼技術(shù)、視頻圖像處理、視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)的迅速發(fā)展。近些年，實(shí)景天氣觀測(cè)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越豐富，涵蓋了氣象設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)、與天氣相關(guān)的特定要素機(jī)器判識(shí)、天氣預(yù)報(bào)輔助、氣象傳媒服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)輔助決策、科普與教學(xué)、行業(yè)服務(wù)等諸多領(lǐng)域。例如，陜西氣象部門在部分天氣指標(biāo)站、雷達(dá)站、果園、渭河流域和人影炮點(diǎn)建立了實(shí)景監(jiān)視系統(tǒng)為預(yù)報(bào)決策、農(nóng)業(yè)氣象和人影指揮提供服務(wù)[2]。實(shí)景天氣觀測(cè)的采集裝備現(xiàn)多具備夜視功能，能夠保障24小時(shí)不間斷采集視頻或圖像，同時(shí)，可匹配自動(dòng)判定時(shí)間、經(jīng)緯度等信息，保障實(shí)景天氣觀測(cè)采集時(shí)間、地點(diǎn)的準(zhǔn)確，結(jié)合不同的前沿科技如人工智能等，創(chuàng)新了服務(wù)產(chǎn)品與模式，對(duì)氣象服務(wù)現(xiàn)代化起到了積極的推動(dòng)作用。

1 實(shí)景天氣觀測(cè)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用類別

1.1 氣象設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

實(shí)景天氣觀測(cè)在氣象領(lǐng)域較為廣泛地應(yīng)用于氣象設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)。多地氣象部門在不同氣象設(shè)施處部署了實(shí)景天氣監(jiān)控系統(tǒng)，如地面觀測(cè)站、天氣雷達(dá)站、高空探測(cè)站、人影彈藥庫(kù)、人影作業(yè)炮站等，規(guī)避氣象設(shè)施周邊植物生長(zhǎng)、城市建設(shè)、人為損壞等因素對(duì)氣象設(shè)施、氣象探測(cè)準(zhǔn)確性、氣象作業(yè)安全性等的影響。廣西氣象部門建設(shè)了廣西氣象探測(cè)環(huán)境實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)氣象探測(cè)環(huán)境與設(shè)備進(jìn)行跟蹤與動(dòng)態(tài)管理，同時(shí)為氣象執(zhí)法提供有力依據(jù)[3]。河北省承德市建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人影彈藥庫(kù)及其周邊環(huán)境的實(shí)景采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控，增強(qiáng)了人影工作的安全性，提高了管理效率[4]。貴州省將實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)融入人工影響天氣作業(yè)信息化炮站建設(shè)，以加強(qiáng)安全監(jiān)管能力，提升人工影響天氣炮站的作業(yè)指揮效率和業(yè)務(wù)管理水平[5]。四川省氣象部門建設(shè)了地面氣象觀測(cè)場(chǎng)實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員可輕松調(diào)閱各個(gè)觀測(cè)場(chǎng)的監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)環(huán)境變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控與及時(shí)跟蹤，成功阻止人為在觀測(cè)場(chǎng)周圍建房事件，提高了探測(cè)環(huán)境保護(hù)工作的效力[6]。

1.2 與天氣相關(guān)的特定要素機(jī)器判識(shí)中的應(yīng)用

實(shí)景天氣觀測(cè)逐漸創(chuàng)新應(yīng)用于與天氣相關(guān)的特定要素的機(jī)器判識(shí)中，例如用于測(cè)量白天能見度、云的類別、風(fēng)浪要素等。廣州的宋日剛[7]，實(shí)現(xiàn)了基于天氣實(shí)景圖像的白天能見度測(cè)量，填補(bǔ)了現(xiàn)有器測(cè)能見度儀器站點(diǎn)不足的現(xiàn)狀。墨跡天氣APP中為廣大公眾提供了“觀云識(shí)天”功能，用戶通過(guò)拍攝云的實(shí)景，依托“觀云識(shí)天”功能，便可以獲知被采集圖像的云的種類，以及可能發(fā)生的天氣情況，這項(xiàng)應(yīng)用有助于激發(fā)公眾對(duì)氣象的興趣，對(duì)于氣象科普工作具有積極作用。王堅(jiān)紅等設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了風(fēng)浪要素?cái)?shù)值實(shí)景監(jiān)測(cè)，可依托該系統(tǒng)獲得合理的觀測(cè)時(shí)段的風(fēng)浪要素統(tǒng)計(jì)特征值，對(duì)風(fēng)浪實(shí)況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與觀測(cè)，是目前各種風(fēng)浪要素測(cè)量方法的一種補(bǔ)充[8]。

1.3 天氣預(yù)報(bào)輔助判斷中的應(yīng)用

我國(guó)多地搭建了氣象實(shí)景監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣實(shí)況的監(jiān)控，這對(duì)預(yù)報(bào)員判斷天氣，尤其是短臨天氣預(yù)報(bào)、天氣預(yù)警的判斷以及針對(duì)天氣實(shí)況判斷對(duì)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(shè)了實(shí)景監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，收集、處理天氣實(shí)況信息，輔助判斷天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警，積極推進(jìn)了預(yù)報(bào)手段、災(zāi)害天氣決策服務(wù)能力的提升[9]。北京氣象部門建設(shè)了區(qū)縣局天氣實(shí)景系統(tǒng)和高山站天氣實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)，為預(yù)報(bào)人員提供遠(yuǎn)距離天氣情況技術(shù)觀測(cè)手段，同時(shí)利用市交管局布設(shè)于交通道路的監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行城區(qū)內(nèi)道路天氣實(shí)況的監(jiān)控，為預(yù)報(bào)員對(duì)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(shè)了天氣實(shí)景監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，方便預(yù)報(bào)員在值班室就能全面了解上海各地區(qū)的當(dāng)時(shí)天氣狀況，將實(shí)景視頻監(jiān)測(cè)點(diǎn)的視頻圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)綄?shí)景監(jiān)測(cè)服務(wù)器中，同時(shí)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)處或鄰近處的自動(dòng)站資料疊加到天氣實(shí)景圖上，可進(jìn)一步提高氣象預(yù)報(bào)服務(wù)水平[11]。除此之外，據(jù)了解，我國(guó)其他地區(qū)有采用在實(shí)景采集端匹配微型氣象站的方式，實(shí)時(shí)采集實(shí)景處的真實(shí)氣象要素?cái)?shù)據(jù)。阮蔚琳等[1]對(duì)江蘇實(shí)景監(jiān)控資料在氣象上的應(yīng)用進(jìn)行研究，認(rèn)為實(shí)景監(jiān)控是傳統(tǒng)天氣實(shí)況監(jiān)測(cè)手段的重要補(bǔ)充和驗(yàn)證工具，在精細(xì)化方面有不可替代的作用，目前實(shí)景監(jiān)控對(duì)遠(yuǎn)程降雪、積雪深度、微量降水、大霧、閃電等的監(jiān)測(cè)是唯一的手段，實(shí)景監(jiān)控圖像可以直接作為災(zāi)情調(diào)查的圖片資料。阮蔚琳等還通過(guò)列舉真實(shí)的應(yīng)用案例進(jìn)行論證說(shuō)明，例如通過(guò)積雪、道路結(jié)冰等的實(shí)景監(jiān)測(cè)掌握道路是否濕滑，向公眾發(fā)出針對(duì)性的服務(wù)短信，或采集到的新華書店的積水圖片可作為暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇災(zāi)情第一手圖片資料。

1.4 氣象傳媒服務(wù)中的應(yīng)用

目前，不論是電視等傳統(tǒng)媒體，還是智能手機(jī)等新興媒體終端，氣象傳媒服務(wù)的開展都開始嘗試實(shí)景天氣觀測(cè)內(nèi)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(wù)提供了更為便捷、開放的平臺(tái)，實(shí)景天氣觀測(cè)內(nèi)容通過(guò)“微視頻”等方式迅捷地將天氣預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況、災(zāi)情實(shí)況等內(nèi)容傳達(dá)到公眾手中，極大縮短了公眾獲知相關(guān)信息的時(shí)間差[12-13]。中國(guó)氣象局華風(fēng)集團(tuán)推出“中國(guó)天氣”官方抖音號(hào)，“廣東天氣”微信公眾號(hào)開展實(shí)景上傳“拍天氣”“天氣直播”活動(dòng)[13]，CGTN、中國(guó)天氣網(wǎng)手機(jī)版、實(shí)景天氣APP等平臺(tái)播出多個(gè)國(guó)內(nèi)熱點(diǎn)景區(qū)的實(shí)景視頻，風(fēng)云即拍APP提供用戶拍傳、展示實(shí)景天氣視頻功能，墨跡天氣APP提供了時(shí)景功能，用戶可以拍傳、展示實(shí)景圖片?？梢钥闯?，實(shí)景天氣觀測(cè)在氣象傳媒服務(wù)中的應(yīng)用，不僅是傳播氣象服務(wù)，同時(shí)承擔(dān)了部分風(fēng)景宣傳、增強(qiáng)媒體節(jié)目效果和新媒體社交的功能。

1.5 防災(zāi)減災(zāi)輔助決策中的應(yīng)用

氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害種類較多，對(duì)公眾生活影響明顯，實(shí)景天氣觀測(cè)被越來(lái)越多地運(yùn)用于防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)測(cè)與輔助決策中。內(nèi)蒙古氣象部門建設(shè)了黃河凌汛實(shí)景監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水情、流凌以及災(zāi)情全過(guò)程，可為氣象、防汛、水利等部門做好防災(zāi)減災(zāi)工作和預(yù)測(cè)自然災(zāi)害提供第一手實(shí)時(shí)視頻及圖像資料,遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)可避免傳統(tǒng)人工觀測(cè)方式的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力問(wèn)題，大力提升了內(nèi)蒙古黃河凌汛監(jiān)測(cè)、預(yù)警業(yè)務(wù)能力，為防災(zāi)減災(zāi)工作發(fā)揮了重要作用[14-16]。胡利軍等闡述了寧波市建設(shè)的雨雪冰凍監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，雨雪冰凍氣象災(zāi)害會(huì)嚴(yán)重影響交通、電力等各行各業(yè)，將實(shí)景觀測(cè)融入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)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(zhǔn)確的氣象信息，為氣象防災(zāi)減災(zāi)提供有效的技術(shù)手段，提高氣象服務(wù)水平[17]。風(fēng)云即拍會(huì)商版APP支持災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)與決策方及時(shí)連線，第一時(shí)間將災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)景展示給決策方，輔助災(zāi)情科學(xué)決策。

1.6 農(nóng)業(yè)氣象中的應(yīng)用

我國(guó)多地建設(shè)農(nóng)業(yè)實(shí)景觀測(cè)站網(wǎng)，覆蓋大田、設(shè)施農(nóng)業(yè)等，用于開展農(nóng)業(yè)氣象科學(xué)研究、監(jiān)管農(nóng)作物生長(zhǎng)提高種植效益等。石俊峰闡述了利用農(nóng)田實(shí)景監(jiān)控系統(tǒng)獲取葉面積指數(shù)監(jiān)測(cè)圖像的方法，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物實(shí)景照片動(dòng)態(tài)獲取，為葉面積指數(shù)的自動(dòng)獲取提供連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，用戶通過(guò)WEB方式查詢數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)即可獲取相關(guān)影像數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高氣象為農(nóng)服務(wù)的科技支撐能力[18]。河北氣象部門建設(shè)了設(shè)施農(nóng)業(yè)基地實(shí)景觀測(cè)站，用以實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)高清視頻圖像資料，監(jiān)視農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，掌握農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)預(yù)防病蟲害、提高農(nóng)作物品質(zhì)、增加種植效益，提高設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)水平等方面具有重要意義[19]。梁正文等闡述了長(zhǎng)順興農(nóng)氣象手機(jī)客戶端模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其中實(shí)景監(jiān)控是該客戶端重要的模塊之一，通過(guò)調(diào)用 “實(shí)景圖片”子模塊的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示實(shí)景監(jiān)測(cè)站圖片信息，主要監(jiān)測(cè)園區(qū)中的作物圖片信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的物候觀測(cè)，每種作物有三張圖片，分為對(duì)農(nóng)作物遠(yuǎn)景、近景和特寫，每日自動(dòng)更新一次，實(shí)景檢測(cè)為遠(yuǎn)程診斷等“直通式”氣象為農(nóng)服務(wù)提供了更為直觀的診斷依據(jù)，創(chuàng)新了氣象為農(nóng)服務(wù)形式，提高了農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)能力[20]。

2 結(jié)語(yǔ)

實(shí)景天氣觀測(cè)除了在氣象設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)、與天氣相關(guān)的特定要素機(jī)器判識(shí)、天氣預(yù)報(bào)輔助判斷、氣象傳媒服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)輔助決策、農(nóng)業(yè)氣象等氣象領(lǐng)域的應(yīng)用外，還應(yīng)用于諸多其他場(chǎng)景，例如氣象科普與教學(xué)、氣象全媒體服務(wù)平臺(tái)等。目前實(shí)景天氣觀測(cè)的應(yīng)用對(duì)電力和網(wǎng)絡(luò)有較高要求，受到設(shè)備安裝點(diǎn)位選擇的局限，同時(shí)也受到采集設(shè)備低溫耐受程度、實(shí)景天氣觀測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控便捷程度等一些現(xiàn)狀的局限。相信隨著諸多前沿技術(shù)的發(fā)展，實(shí)景天氣觀測(cè)能夠克服這些局限性問(wèn)題，開拓出更加豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，諸如實(shí)現(xiàn)特殊地區(qū)的設(shè)備布設(shè)與正常運(yùn)行、遠(yuǎn)程全景多角度視頻采集、精細(xì)化多距離調(diào)節(jié)視頻采集等，推動(dòng)更全面、精準(zhǔn)的遠(yuǎn)程氣象科學(xué)研究觀測(cè)或氣象與其他學(xué)科的結(jié)合研究等工作，進(jìn)一步提升氣象服務(wù)效益。