視頻云系統(tǒng)在氣象信息化建設(shè)的應(yīng)用

孫 強(qiáng) 蔣英姿

1.鹽城市氣象局 江蘇省 鹽城市 224000

2.鹽都區(qū)圖書館 江蘇省 鹽城市 224000

引 言

近年來，信息化是技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。氣象行業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)是氣象信息數(shù)據(jù)采集、信息處理、應(yīng)用并發(fā)布信息，為各級政府提供氣象決策服務(wù)，向社會公眾提供氣象信息服務(wù)，屬于典型的信息業(yè)務(wù)部門。當(dāng)前，我國氣象信息建設(shè)還停留在“自成體系”、“自建自用”的階段，氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)上層級多，使用的信息應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)量龐大，仍舊使用傳統(tǒng)方式進(jìn)行分級分散的切塊模式，難以適應(yīng)當(dāng)前氣象信息匯聚程度越來越高，高效協(xié)作要求越來越高等現(xiàn)代業(yè)務(wù)的需求。鹽城市氣象局積極響應(yīng)黨中央號召，大力推進(jìn)氣象信息化建設(shè)，形成業(yè)務(wù)一體化、功能集約化、崗位多責(zé)化的氣象業(yè)務(wù)，全面推進(jìn)氣象工作現(xiàn)代化建設(shè)。經(jīng)過深入研究分析，視頻云系統(tǒng)因其柔性擴(kuò)展、調(diào)度靈活，應(yīng)用多樣等優(yōu)勢在氣象信息化建設(shè)中具有較高的應(yīng)用價值。

1 氣象信息化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 音視頻處理能力不足

面對氣象系統(tǒng)要求的信息匯聚程度越來越高，高效協(xié)作要求越來越高，以及天氣會商、突發(fā)應(yīng)急指揮，氣象監(jiān)測等對指揮調(diào)度的需求，與鹽城市氣象局目前所具備的音視處理能力之間的矛盾還是存在的。要緩解這種矛盾，需要全網(wǎng)絡(luò)化、可視化、處理融合，資源池化等先進(jìn)的技術(shù)元素加入到氣象信息化建設(shè)中來。但目前鹽城市氣象局這種比較粗放的系統(tǒng)集成模式，會導(dǎo)致系統(tǒng)擴(kuò)展難、數(shù)據(jù)對接難、信息嵌入難、業(yè)務(wù)融合難，整體制約著音視頻調(diào)度能力進(jìn)一步提升。

1.2 數(shù)量眾多且流程復(fù)雜

氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)繁多，業(yè)務(wù)系統(tǒng)彼此之間存在上下游關(guān)系。本級系統(tǒng)接收上游數(shù)據(jù)，同時向下游傳輸本級系統(tǒng)數(shù)據(jù)，因此在眾多系統(tǒng)間存在極其復(fù)雜的數(shù)據(jù)流程網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)變更難度大。此外，隨著數(shù)據(jù)種類不斷增加，新的數(shù)據(jù)格式不斷涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)量呈幾何形式增長，并且存儲方式各不相同，這就導(dǎo)致經(jīng)常遇到數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換問題。由于沒有制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)平臺的聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，在格式轉(zhuǎn)換過程中導(dǎo)致大量的信息丟失，給信息共享帶來不少障礙。

1.3 遠(yuǎn)程通信薄弱

現(xiàn)有氣象系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信大多采用視頻會議的方式。除了滿足基本的遠(yuǎn)程會議要求，視頻會議在遠(yuǎn)程可視氣象會商中也應(yīng)用得越來越多。在高清視頻天氣會商中，多點(diǎn)間或點(diǎn)對點(diǎn)實(shí)時的聲音、圖像，圖形文檔和程序共享等功能讓預(yù)報(bào)員可以自由地進(jìn)行討論，如分析天氣形勢等。但由于天氣預(yù)報(bào)高清視頻會議系統(tǒng)使用頻率很高，使用過程中有多種原因會導(dǎo)致會議中斷、設(shè)備掉線等影響會議正常進(jìn)行的情況，同時視頻會議每點(diǎn)只能傳輸1-2 路視頻，不能達(dá)到目前氣象系統(tǒng)在氣象會商、預(yù)測預(yù)警等過程中要求的信息傳輸數(shù)量。

1.4 系統(tǒng)信息孤島遍布

氣象系統(tǒng)一般都按照不同的獨(dú)立應(yīng)用系統(tǒng)完成各部門的規(guī)劃建設(shè)以及項(xiàng)目業(yè)務(wù)化的工作。由于項(xiàng)目的獨(dú)立性，每個項(xiàng)目建設(shè)通過各自獨(dú)立的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行音視頻數(shù)據(jù)的調(diào)取應(yīng)用，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)獨(dú)立，導(dǎo)致形成“一業(yè)務(wù)一系統(tǒng)、多環(huán)節(jié)多操作”的局面，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間無法實(shí)現(xiàn)資源的共享。系統(tǒng)之間互聯(lián)性、互操作性、互換性差，造成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源的重復(fù)甚至浪費(fèi)的狀況。

2 視頻云系統(tǒng)的概念和優(yōu)勢

針對現(xiàn)有建設(shè)氣象信息化系統(tǒng)中存在的幾大問題，中國氣象局出臺的《氣象信息化發(fā)展規(guī)劃（2018-2022年）》中明確指出要統(tǒng)籌推進(jìn)氣象信息化建設(shè)，形成國家—省—市—縣四級網(wǎng)絡(luò)、四級數(shù)據(jù)存儲，國省兩級統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫以及大量氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)組成的氣象信息化綜合體系。而視頻云系統(tǒng)是一種新理念的調(diào)度管理控制平臺，以網(wǎng)絡(luò)音視頻傳輸為核心，以平臺高清錄制直播為輔助。可以根據(jù)需求，對任意地點(diǎn)的音視頻信號進(jìn)行采集編碼，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)后解碼輸出至顯示設(shè)備，同時可以將重要的會商、系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。相對于現(xiàn)有的氣象信息系統(tǒng)，視頻云系統(tǒng)在氣象信息化建設(shè)中具備以下優(yōu)勢。

2.1 打破空間和距離限制

視頻云系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)，分布式部署，信號的采集不受地點(diǎn)的影響，可對不同格式、不同分辨率和不同協(xié)議的音視頻信號實(shí)現(xiàn)輕松轉(zhuǎn)換并統(tǒng)一編碼接入。此外，音視頻信號采用視頻云系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，系統(tǒng)支持多級平臺結(jié)構(gòu)，具備平臺間視頻源的共享轉(zhuǎn)發(fā)并保證遠(yuǎn)距離音視頻信號傳輸質(zhì)量良好不失真的功能，可以支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)且可實(shí)現(xiàn)跨省-市-縣進(jìn)行資源的共享調(diào)度。

2.2 規(guī)模靈活擴(kuò)展

以往的音視頻調(diào)度系統(tǒng)在后期擴(kuò)容上一直是個難題。如果新的音視頻業(yè)務(wù)系統(tǒng)要接入已建好的調(diào)度系統(tǒng)，必須更換設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模的系統(tǒng)改造，系統(tǒng)停運(yùn)難以避免，系統(tǒng)的擴(kuò)容性能較差。而視頻云系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)采用物理分隔的方式，只需通過增加輸入輸出節(jié)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)音視頻型號接入的彈性擴(kuò)展，在理論上擴(kuò)容不受限制。

2.3 全局性事故為零

視頻云系統(tǒng)采用先進(jìn)的分布式神經(jīng)元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)之間通過分布式協(xié)議規(guī)則進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)去中心化的管理布局，單一節(jié)點(diǎn)故障不會影響全局業(yè)務(wù)，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)7*24小時無間斷全天候運(yùn)行。結(jié)合雙網(wǎng)備份、雙電備份、雙節(jié)點(diǎn)備份等技術(shù)手段，使得系統(tǒng)整體安全可靠，做到每個輸入、輸出節(jié)點(diǎn)在不斷電的情況下可以進(jìn)行維修更換。

2.4 高還原度錄制回放

以往氣象系統(tǒng)在重要天氣會商、預(yù)測預(yù)報(bào)預(yù)警，決策應(yīng)急指揮等場合時無法實(shí)現(xiàn)全高清視頻畫面的采集錄制，一些重要的數(shù)據(jù)、會商過程無法進(jìn)行錄制保存。通過視頻云系統(tǒng)，可以將重要的會商、系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)等重要業(yè)務(wù)信號實(shí)時存儲和回放，方便相關(guān)人員進(jìn)行回看學(xué)習(xí)。另外，經(jīng)過審核的視頻通過流媒體在電視臺、微信，微博甚至APP 等平臺進(jìn)行發(fā)布，同時也可支持視頻直播業(yè)務(wù)，向社會公眾提供氣象信息。

3 視頻云系統(tǒng)的應(yīng)用方式研究

根據(jù)視頻云系統(tǒng)的構(gòu)建，氣象部門可以逐步建立起跨部門、跨區(qū)域，跨省市的音視頻資源池，實(shí)現(xiàn)各類音視頻信號的一鍵可視化調(diào)用，所有接入的信號可以完成大屏的任意漫游、任意縮放、跨屏拼接、多視窗顯示以及多預(yù)案切換，提高系統(tǒng)的指揮調(diào)度性能。

3.1 構(gòu)建氣象局音視頻資源池

通過構(gòu)建氣象局音視頻資源池，實(shí)現(xiàn)氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)中心、科普學(xué)術(shù)報(bào)告廳、突發(fā)應(yīng)急指揮中心、生態(tài)氣象服務(wù)中心，人工影響指揮中心等部門各類音視頻信號資源的整合，實(shí)現(xiàn)各部門間的遠(yuǎn)程信號在本地進(jìn)行任意調(diào)用顯示，提高氣象系統(tǒng)的指揮效率。在建設(shè)過程中，需要解決好以下問題。一是建立起互聯(lián)互通的高帶寬傳輸網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的分布式視頻云系統(tǒng)是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，需要建立在互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，氣象局部門間要統(tǒng)一部署規(guī)范的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。二是解決好網(wǎng)絡(luò)安全的問題。在氣象信息化建設(shè)中，信息流能的安全傳輸、有效到達(dá)，高質(zhì)量交換尤為重要。信息流的傳輸安全與質(zhì)量保障系統(tǒng)可通過網(wǎng)格化監(jiān)測和大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)氣象系統(tǒng)內(nèi)核心業(yè)務(wù)設(shè)備運(yùn)行管理以及視音頻質(zhì)量管理，加強(qiáng)氣象大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，切實(shí)保障氣象信息系統(tǒng)健康穩(wěn)定運(yùn)行。三是加強(qiáng)視頻云系統(tǒng)在建設(shè)過程中的分級分組權(quán)限管理機(jī)制?？筛鶕?jù)音視頻信號的來源、涉密性以及操作人員的職務(wù)與級別，對操作人員進(jìn)行分級分組預(yù)配置，授權(quán)可操作的音視頻資源信號的范圍。

3.2 構(gòu)建跨部門的信息匯聚中心

按照以智慧氣象為重要標(biāo)志的氣象現(xiàn)代化“四大體系”的總體要求，氣象業(yè)務(wù)需要接入衛(wèi)星、雷達(dá)，云圖等監(jiān)測數(shù)據(jù)以及視頻會議、監(jiān)控、GPS，通訊系統(tǒng)等多種音視頻數(shù)據(jù)，融合應(yīng)用視頻數(shù)據(jù)與音頻數(shù)據(jù)，建設(shè)讓天氣演變過程可視化、預(yù)報(bào)產(chǎn)品信息化、決策應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)化，綜合預(yù)報(bào)預(yù)警時效一體化的高效信息匯聚中心。目前鹽城市氣象局各部門都已建立各自傳統(tǒng)的AV 系統(tǒng)，但由于系統(tǒng)之間兼容性差，無法進(jìn)行各部門間音視頻資源整合。這就要通過以下方式處理。一是進(jìn)行各部門之間音視頻信號統(tǒng)一接入，通過采用分布式的物理輸入輸出節(jié)點(diǎn)對音視頻信號進(jìn)行采集編碼來實(shí)現(xiàn)。二是采用IP視頻分發(fā)服務(wù)器為中繼對視音頻信號直接拉流，同時也可進(jìn)行平臺間的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多信源的接入與管理控制。

3.3 構(gòu)建綜合集成的管理調(diào)度系統(tǒng)

全國氣象發(fā)展“十三五”規(guī)劃提出現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的特征就是發(fā)展“觀測智能、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)開放、管理科學(xué)和持續(xù)創(chuàng)新”的智慧氣象，綜合集成已成為氣象信息化建設(shè)的主要目標(biāo)。以分布式的視頻云系統(tǒng)進(jìn)行音視頻調(diào)度為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸，融合通信等多種技術(shù)，建立起流程集約的監(jiān)測預(yù)警、智能化網(wǎng)格預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)、環(huán)境氣象預(yù)報(bào)、技術(shù)研發(fā)、會商，應(yīng)急指揮為一體的現(xiàn)代化氣象指揮調(diào)度系統(tǒng)。一是實(shí)現(xiàn)氣象系統(tǒng)內(nèi)所有音視頻信號的融合。通過構(gòu)建分布式的視頻云系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類音視頻信號的統(tǒng)一編碼、一網(wǎng)傳輸以及一體化調(diào)用。二是實(shí)現(xiàn)各類資源的高度整合。整合視頻云系統(tǒng)、綜合觀測、預(yù)警預(yù)報(bào)，公共氣象以及信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)信息，實(shí)現(xiàn)氣象系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一性，方便數(shù)據(jù)的高效流通和應(yīng)用。三是構(gòu)建起可視化的調(diào)度系統(tǒng)。將系統(tǒng)內(nèi)所有的音視頻都轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，把音頻、視頻，控制和物聯(lián)網(wǎng)管理等真正意義上結(jié)合在一個平臺上管理，實(shí)現(xiàn)對氣象系統(tǒng)內(nèi)各類資源的可視化、一鍵式調(diào)度應(yīng)用，有效提高指揮調(diào)度效能。