“氣象+鐵塔”合作模式下鐵塔搭載數(shù)據(jù)在氣象服務(wù)中的應(yīng)用研究

李玉華，褚 希，楊秋彥

我國(guó)的氣象災(zāi)害占各類(lèi)自然災(zāi)害的70%以上，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，氣象在防災(zāi)減災(zāi)中的作用越來(lái)越大。近年來(lái)，通信技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，社會(huì)智能化水平不斷進(jìn)步，“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下行業(yè)和公共服務(wù)領(lǐng)域的智慧氣象服務(wù)需求日益迫切，智慧服務(wù)已成為氣象服務(wù)發(fā)展的主流[1-3]。但氣象部門(mén)受觀測(cè)環(huán)境和觀測(cè)站點(diǎn)布局的諸多限制，自身的觀測(cè)數(shù)據(jù)已不能完全滿足智慧氣象服務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需求，社會(huì)化氣象觀測(cè)已成為氣象部門(mén)獲取更多的服務(wù)數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)常規(guī)氣象站觀測(cè)覆蓋不足的重要手段。因此，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，以行業(yè)氣象需求為牽引，將氣象服務(wù)與行業(yè)進(jìn)行深度融合，以氣象服務(wù)為核心,融合氣象服務(wù)行業(yè)數(shù)據(jù)資源,建立“氣象+”服務(wù)模式，開(kāi)展預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)的智慧氣象服務(wù)是主要發(fā)展方向[4-6]。

中國(guó)鐵塔股份有限公司是大型通信設(shè)施綜合服務(wù)企業(yè)，塔類(lèi)建設(shè)總量200萬(wàn)座，新建鐵塔共享水平由最初的14%已提升到78%。中國(guó)鐵塔山東省分公司擁有占全國(guó)基站第三的13萬(wàn)座鐵塔資源，鐵塔布局廣泛、密度大，鐵塔搭載數(shù)據(jù)海量且多元。因此，開(kāi)展“氣象+鐵塔”合作模式研究，在深入開(kāi)展鐵塔行業(yè)氣象服務(wù)合作的基礎(chǔ)上，對(duì)鐵塔搭載的多元數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)挖掘，將鐵塔搭載數(shù)據(jù)與氣象服務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，建立“氣象+”服務(wù)模式，利用跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的多元數(shù)據(jù)補(bǔ)充氣象服務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可有效提升氣象服務(wù)精細(xì)化水平，提升氣象服務(wù)空間。

1 現(xiàn)有條件分析

1.1 政策條件分析

2019年9月，山東省氣象局與中國(guó)鐵塔山東省分公司就推進(jìn)事企共同發(fā)展達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同服務(wù)山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。2020年5月，山東省氣象服務(wù)中心聯(lián)合中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心、中國(guó)鐵塔山東省分公司，在建立氣象與鐵塔的合作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多方信息的共享，實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)時(shí)空同步與深度挖掘，建立跨行業(yè)信息獲取、存儲(chǔ)、共享規(guī)范，探索氣象與行業(yè)合作方式等方面展開(kāi)研究。

1.2 數(shù)據(jù)資源分析

中國(guó)鐵塔向社會(huì)提供多元化服務(wù)，目前已為國(guó)土、農(nóng)林、應(yīng)急管理、交通、石油、生態(tài)環(huán)保、衛(wèi)星定位、邊緣計(jì)算等行業(yè)和領(lǐng)域提供諸多信息化解決方案，中國(guó)鐵塔公司在服務(wù)多行業(yè)多領(lǐng)域，有效提升社會(huì)信息化水平的同時(shí)，鐵塔塔站平臺(tái)也擁有豐富的社會(huì)化資源和數(shù)據(jù)[7-9]。中國(guó)鐵塔山東省分公司在水文監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地震預(yù)警、森林火災(zāi)等方面，通過(guò)部署高點(diǎn)全景、熱成像監(jiān)控設(shè)備，匹配傳感數(shù)據(jù)，聯(lián)動(dòng)低點(diǎn)視頻等，實(shí)現(xiàn)了“立體監(jiān)控一張圖”，還通過(guò)校企合作，推出了大氣自然凈化能力站、大氣容量站、邊界傳輸監(jiān)測(cè)站，為大氣污染治理提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。

2 “氣象+鐵塔”合作模式

在“互聯(lián)網(wǎng)+”不斷深入應(yīng)用的信息時(shí)代，氣象部門(mén)不僅要深入各行業(yè)開(kāi)展氣象服務(wù)，更要與行業(yè)用戶深度融合、相互支撐，協(xié)同發(fā)展，共同創(chuàng)新?！皻庀?鐵塔”的合作模式，可充分考慮氣象部門(mén)、鐵塔公司以及鐵塔搭載應(yīng)用的第三方行業(yè)和部門(mén)，利用各自業(yè)務(wù)與資源優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行資源和信息的溝通、設(shè)施共建共享，共同開(kāi)展氣象、鐵塔、鐵塔搭載第三方的相互合作，整合數(shù)據(jù)資源。

2.1 合作建設(shè)鐵塔氣象站

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)是氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的來(lái)源，也是氣象服務(wù)的基礎(chǔ)。氣象臺(tái)站按照氣象探測(cè)環(huán)境的技術(shù)規(guī)定建設(shè)，對(duì)探測(cè)環(huán)境有明確的、嚴(yán)格的要求。氣象探測(cè)站網(wǎng)的臺(tái)站點(diǎn)包括：大氣本底觀測(cè)站、國(guó)家基準(zhǔn)氣象觀測(cè)站、基本氣象觀測(cè)站、一般氣象觀測(cè)站、區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站、高空氣象探測(cè)站、天氣雷達(dá)站、氣象衛(wèi)星地面接收站、酸雨觀測(cè)站、土壤水分觀測(cè)站等[10-12]。受建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、觀測(cè)環(huán)境等因素的影響，氣象臺(tái)站不能隨著氣象服務(wù)需求的增加而實(shí)時(shí)的建設(shè)新站點(diǎn)，新的氣象臺(tái)站的建設(shè)不僅僅是觀測(cè)設(shè)備的部署和運(yùn)行，更是一項(xiàng)涉及場(chǎng)地規(guī)劃、周邊環(huán)境、配套設(shè)施、行政審批等諸多方面的復(fù)雜工程。因此，在有具體場(chǎng)景的氣象服務(wù)需求，而沒(méi)有氣象站點(diǎn)的情況下，氣象服務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取，可借助廣泛分布且基礎(chǔ)設(shè)施完善的鐵塔基站，進(jìn)行氣象觀測(cè)設(shè)備的搭載，鐵塔氣象站可操作性強(qiáng)，并可有效開(kāi)展觀測(cè)。

鐵塔部門(mén)具有先進(jìn)的掛載設(shè)備和智能數(shù)據(jù)平臺(tái)，借助鐵塔部門(mén)的鐵塔、站址和電力保障優(yōu)勢(shì)，氣象部門(mén)可利用其通信塔站資源和電力、機(jī)房等配套設(shè)施，推進(jìn)氣象監(jiān)測(cè)、氣象信息發(fā)布等氣象設(shè)施建設(shè)。在開(kāi)展氣象服務(wù)急需現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況資料，但現(xiàn)有氣象站網(wǎng)布局不能滿足需要的情況下，結(jié)合山東省鐵塔基站分布，可考慮選取附近的鐵塔基站，進(jìn)行鐵塔氣象站的建設(shè)、安裝、測(cè)試和應(yīng)用?；阼F塔建設(shè)小型自動(dòng)氣象站，進(jìn)行溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量、總輻射、地溫、土壤濕度、能見(jiàn)度、路面狀況（積水、積雪、覆冰厚度）等要素的觀測(cè)，彌補(bǔ)常規(guī)氣象觀測(cè)站的不足。特別是針對(duì)特殊地形、地貌的局地小氣候，如大風(fēng)風(fēng)口、雷暴易發(fā)點(diǎn)、大霧易發(fā)點(diǎn)，可以探索充分利用鐵塔公司基站實(shí)現(xiàn)“鐵塔基站+自動(dòng)氣象站”新模式，布設(shè)站點(diǎn)，獲取氣象服務(wù)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 “氣象+鐵塔”的臺(tái)站代維和設(shè)施建設(shè)支持

氣象臺(tái)站代維。目前氣象臺(tái)站的維護(hù)占用相當(dāng)一部分人員資源，氣象部門(mén)的維護(hù)成本較高，山東鐵塔以鐵塔基站建設(shè)和維護(hù)的豐富經(jīng)驗(yàn)為載體，建立了集鐵塔、機(jī)房、電力保障和專(zhuān)業(yè)化維護(hù)為一體的綜合服務(wù)，具備專(zhuān)業(yè)化維護(hù)能力和智能監(jiān)控系統(tǒng)，與鐵塔部門(mén)合作進(jìn)行氣象臺(tái)站的代維，借助山東鐵塔專(zhuān)業(yè)化的維護(hù)隊(duì)伍，以及可到達(dá)全省的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊的網(wǎng)格化維護(hù)能力，為全省氣象自動(dòng)觀測(cè)站點(diǎn)提供日常巡檢、供電保障、故障處理等維護(hù)服務(wù)保障。山東鐵塔作為移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施綜合服務(wù)商，利用5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)手段，可協(xié)助氣象部門(mén)進(jìn)行“智慧”氣象觀測(cè)設(shè)備的優(yōu)化智能升級(jí)和服務(wù)。

氣象設(shè)施建設(shè)。氣象部門(mén)利用現(xiàn)有的氣象觀測(cè)站址資源，按照國(guó)家和部門(mén)有關(guān)規(guī)定，在確保探測(cè)環(huán)境和觀測(cè)設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，可嘗試開(kāi)放氣象設(shè)施資源進(jìn)行移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高移動(dòng)通信信號(hào)覆蓋廣度與深度，節(jié)約鐵塔設(shè)施建設(shè)的選址成本，推進(jìn)氣象觀測(cè)站址資源的高效利用。此外，氣象部門(mén)具有專(zhuān)業(yè)的雷電檢測(cè)與防護(hù)能力，可為鐵塔通信基站等設(shè)施提供防雷檢測(cè)和專(zhuān)業(yè)防護(hù)。氣象部門(mén)的手機(jī)客戶端、專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)網(wǎng)、氣象短信、微信平臺(tái)等可為鐵塔部門(mén)在重大活動(dòng)和應(yīng)急保障等方面提供專(zhuān)業(yè)的氣象服務(wù)支持。

2.3 氣象、鐵塔、社會(huì)化第三方的大數(shù)據(jù)共享與合作

實(shí)現(xiàn)智慧氣象服務(wù)，僅依靠氣象部門(mén)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，無(wú)法滿足行業(yè)深層次、精細(xì)化的服務(wù)需求，只有將氣象服務(wù)數(shù)據(jù)與行業(yè)需求進(jìn)行深度融合，加大氣象與行業(yè)的共同合作，才能提供更加專(zhuān)業(yè)化、精細(xì)化的氣象服務(wù)產(chǎn)品。

鐵塔基站擁有智能數(shù)據(jù)平臺(tái)，先進(jìn)的掛載設(shè)備，支持多行業(yè)、多設(shè)備、多應(yīng)用的接入，為社會(huì)化第三方提供信息和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，鐵塔基站利用高點(diǎn)視頻監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判推送預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)部門(mén)間的聯(lián)動(dòng)和數(shù)據(jù)信息共享。因此，基于鐵塔搭載數(shù)據(jù)，建立多源資料融合的氣象服務(wù)大數(shù)據(jù)集，利用社會(huì)化第三方在鐵塔平臺(tái)上搭載的數(shù)據(jù)，可對(duì)多行業(yè)、多領(lǐng)域的多元數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，加強(qiáng)氣象、鐵塔、社會(huì)化第三方間的大數(shù)據(jù)共享，形成由氣象部門(mén)、鐵塔公司、社會(huì)化第三方等共同參與的高效氣象大數(shù)據(jù)信息網(wǎng)，利用跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的多元數(shù)據(jù)補(bǔ)充氣象服務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開(kāi)展“氣象+行業(yè)”服務(wù)模式，可有效拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域。

3 多元數(shù)據(jù)在氣象服務(wù)中的應(yīng)用

3.1 多元化數(shù)據(jù)的融合分析

搭建數(shù)據(jù)應(yīng)用底層的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是探索氣象與行業(yè)數(shù)據(jù)融合分析的基礎(chǔ)?；阼F塔搭載的多行業(yè)大數(shù)據(jù)，在氣象與鐵塔、行業(yè)間相互合作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多方信息的共享，實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)時(shí)空同步，需建立跨行業(yè)信息獲取、存儲(chǔ)、共享規(guī)范，依托氣象全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)（CIMISS）數(shù)據(jù)環(huán)境[13]，建立跨行業(yè)數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)，收集、整理、融合跨行業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)、組件和接口。目前部門(mén)間在數(shù)據(jù)統(tǒng)一規(guī)范方面還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)的融合過(guò)程中，存在一定的“數(shù)據(jù)壁壘”，利用行業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合深度分析要充分考慮進(jìn)行多源數(shù)據(jù)資料的融合問(wèn)題，因此，要開(kāi)展大數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)研究，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)加強(qiáng)氣象大數(shù)據(jù)與行業(yè)大數(shù)據(jù)融合應(yīng)用，進(jìn)行跨行業(yè)大數(shù)據(jù)在災(zāi)害影響預(yù)報(bào)、天氣預(yù)警、精準(zhǔn)氣象服務(wù)等方面的融合，推進(jìn)“氣象+鐵塔”智慧服務(wù)與應(yīng)用。

3.2 多元化數(shù)據(jù)的氣象服務(wù)信息挖掘

針對(duì)多元化融合數(shù)據(jù)，提取氣象服務(wù)有關(guān)的信息，進(jìn)行多元數(shù)據(jù)的深度挖掘，可利用人工智能識(shí)別、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從海量行業(yè)數(shù)據(jù)中提取對(duì)氣象服務(wù)潛在有用的信息和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)挖掘的過(guò)程包括數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、信息檢索和空間數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的運(yùn)用[14]。在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行信息發(fā)現(xiàn)，通過(guò)綜合、匯總、歸納和對(duì)比分析數(shù)據(jù)特征，針對(duì)氣象服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、匯總并形成目標(biāo)類(lèi)數(shù)據(jù)，獲取對(duì)氣象服務(wù)有用的相關(guān)信息[15]。

此外，可充分利用圖形圖像處理和識(shí)別技術(shù)進(jìn)行鐵塔搭載行業(yè)視頻數(shù)據(jù)的處理，提取有價(jià)值的信息和數(shù)據(jù)，開(kāi)展森林火險(xiǎn)、水位觀測(cè)、大霧氣象要素相關(guān)分析，挖掘鐵塔搭載跨行業(yè)數(shù)據(jù)在氣象服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，基于鐵塔搭載數(shù)據(jù)挖掘出的有效氣象服務(wù)信息可以用于服務(wù)決策、行業(yè)生產(chǎn)控制、氣象因素影響分析等。

3.3 鐵塔搭載數(shù)據(jù)的氣象服務(wù)應(yīng)用前景

基于鐵塔搭載數(shù)據(jù)的“氣象+鐵塔”服務(wù)，將行業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)與氣象數(shù)據(jù)融合，在交通、旅游、電力、水利等行業(yè)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

針對(duì)交通行業(yè)，利用鐵塔搭載的大霧、降水等天氣實(shí)景監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可作為氣象站能見(jiàn)度和降水監(jiān)測(cè)的有力補(bǔ)充，對(duì)于定點(diǎn)、定時(shí)的大霧、降水量實(shí)況預(yù)報(bào)有較大意義，更加精準(zhǔn)的大霧、降水等預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，助力交通部門(mén)的指揮調(diào)度；針對(duì)旅游行業(yè)，基于鐵塔搭載的旅游景區(qū)的視頻數(shù)據(jù)，可獲取當(dāng)?shù)氐膶?shí)時(shí)天氣狀況、景區(qū)全景畫(huà)面、客流量密度等，可輔助氣象部門(mén)開(kāi)展旅游景區(qū)天氣預(yù)報(bào)、特色賞花賞景氣象預(yù)報(bào)等；針對(duì)電力行業(yè)，基于鐵塔搭載的配電設(shè)施數(shù)據(jù)，對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、對(duì)負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，結(jié)合實(shí)時(shí)氣象因素?cái)?shù)據(jù)，建立融合外部氣象因素的電力設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)評(píng)估模型，為電力設(shè)備的維護(hù)提供支持；針對(duì)水利部門(mén)，鐵塔搭載設(shè)備的降水量數(shù)據(jù)可作為氣象站降水量要素的重要補(bǔ)充，將當(dāng)前水位和汛限水位結(jié)合降水量數(shù)據(jù)可用來(lái)預(yù)測(cè)水庫(kù)增水情況，可在水庫(kù)泄洪、汛情報(bào)告等決策服務(wù)中發(fā)揮重大作用。

4 結(jié)論

開(kāi)展“氣象+鐵塔”合作，是氣象服務(wù)模式的新探索，加強(qiáng)氣象部門(mén)、鐵塔公司及鐵塔搭載數(shù)據(jù)第三方行業(yè)的深入合作，以鐵塔搭載數(shù)據(jù)為依托，積極引入社會(huì)化觀測(cè)數(shù)據(jù)和資源，探索多行業(yè)數(shù)據(jù)資料和氣象數(shù)據(jù)融合方法，挖掘氣象服務(wù)相關(guān)的行業(yè)服務(wù)數(shù)據(jù)，可有效彌補(bǔ)常規(guī)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的不足，實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)大數(shù)據(jù)在氣象服務(wù)中的應(yīng)用。開(kāi)展“氣象+鐵塔”合作模式下鐵塔搭載數(shù)據(jù)在氣象服務(wù)中的應(yīng)用研究，有助于突破現(xiàn)有行業(yè)氣象服務(wù)瓶頸，拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域，提升智慧氣象服務(wù)能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。