物联网在气象服务中的应用案例及发展方向分析

物联网在气象服务中的应用案例及发展
方向分析
摘要：随着物联网技术的发展，物联网技术受关注程度越来越高，其应用范
围也在不断拓宽。

在气象服务需求不断提升的背景下，物联网技术在气象服务中
的应用将拥有广阔的前景。

本文简要介绍物联网技术，重点介绍目前溧水气象局
物联网技术实际应用案例，并分析阐述未来物联网在气象服务中的发展方向。

关键词：物联网气象服务应用发展方向
1.引言
物联网（The Internet of things）是新一代信息技术的重要组成部分。

最初在1999年物联网被定义为：通过射频识别（RFID）(RFID+互联网）、
红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定
的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

其后，国际电信联盟、中国物联网校企联盟等机构对物联网都进行了不同版
本的诠释[1]。

究其根本，物联网就是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，实现物与物之间实时信息共享、智能化处理和执行的网络。

智能、互联是物联网
的两个重要特征。

随着物联网技术的发展，以及社会公众对物联网的进一步了解，物联网目前
已广泛应用到社会生活的各个领域，遍及城市管理、智慧农业、智能安保、智能
家居、照明管控、医疗护理、环境监测等多个领域。

公众已经逐渐适应并享受物
联网技术带来的各种便利。

面对日益增长的气象服务需求，气象部门适当引进物联网技术，可以更高效的获取现场气象资料，经过专业的资料分析、处理，利用软件实现智能提醒，甚至实现远程操控处理等操作，进一步实现智能化气象服务。

2.物联网系统主要结构
物联网主要分为三个层次，即感知层、网络层、应用层，大致结构体系如图1所示[2]：
图1 常见物联网主要结构
物联网技术应用在气象服务中，主要工作流程为：感知层通过传感器、探测器等感知设备获取各监测点包括气象要素在内的相关数据，通过互联网、无线网络等实现数据的传输，数据经过集成软件处理后，形成气象服务成果，经过必要的人工审核后，通过网络推送至应用层，利用电子显示屏、手机短信等渠道发送提醒信息，自动启动相关处置设备开展调控。

3.物联网在溧水气象服务中的应用
随着社会经济发展，社会大众物质生活水平也在不断提升，社会化生产也朝着精细化、集约化不断进步，与社会活动各方面都息息相关的气象因素也越来越多的被人们所关注，气象服务需求和标准不断提高。

目前气象服务大致可以分为决策服务、公众服务、专业专项服务。

其中，决策服务主要针对政府及相关部门在指挥生产、组织防灾减灾，以及在气候资源合理开发利用和环境保护等方面进行科学决策提供气象信息；公众服务是指面向社
会公众公开发布普适性气象信息，主要涉及日常天气、气温、风、降雨（雪）量
的预报预测，以及灾害性天气的监测预警；专业专项服务是指除公益气象服务以
外的，根据国民经济各行各业不同生产过程对气象条件的特殊要求，为提高工效，减少消耗和损失而开展的有针对性的气象服务[3]，涉及到与气象相关的各个领域，如农业、水利、环保、旅游、卫生等。

对于基层气象部门，在决策服务、公众服
务开展的同时，专业专项服务需求发展旺盛。

但基层气象部门的现状是，气象服
务工作人员不足，专业专项服务涉及的各领域关注的气象要素及其标准又不尽相同，仅遵循传统工作方式去开展现代化气象服务，难度可想而知。

随着气象服务
逐步引入物联网技术，气象服务自动化程度将有大幅度提高，气象服务针对性和
气象服务效率都将有明显提升。

溧水区气象局联合江苏省农业科学院溧水植物科学基地，以基地内1套玻璃
连栋大棚、1套塑料薄膜大棚为试点，以现有设施为基础，分别构建监控系统、
网络平台、控制系统，利用物联网技术实现试点大棚的智能化生产管理。

监控系统：试点大棚内分别部署1套气象要素精确监测设备，采集并传输大
棚内空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、二氧化碳浓度、光辐射强度等
环境数据；利用原有的视频监控摄像头，采集大棚内图像数据。

采集到的数据通
过无线网络传输至服务器。

控制系统：试点大棚内分别部署1套远程控制终端，将原有大棚外遮阳网、
侧卷膜、风机、湿帘水泵、补光灯、灌溉等设备进行智能化改造，使其具备远程
控制功能。

网络平台：基于网页、手机APP分别开发1套软件平台，融合监控系统采集
的数据、气象数值预报产品，结合农业专家提供的作物生长模型和报警阈值，平
台可以实现棚内作物生长环境的智能提醒，必要时可以自动打开或关闭遮阳网、
风机等设备，智能调节棚内作物生长环境，避免作物在异常生长环境下受损受灾。

2个试点大棚内部署的物联网系统投入使用以来，设备运行稳定，服务精准，为合理、智能安排大棚农业生产提供了重要依据，有效降低了劳动力投入，明显
提升了农业现代化管理水平。

4.未来物联网在气象服务中的发展方向分析
从感知层方面来说，目前气象部门物联网技术应用已经非常广泛。

现代气象
探测对象从气温、气压、相对湿度、雨量、风向风速、能见度等常见气象要素，
到草面温度、路面温度、水温、太阳辐射、土壤水分、负（氧）离子等特种观测
要素，探测范围从地面到高空，探测方式从直接感应到间接测定和遥感探测。

相
比于人工目测能见度、人工读温度表、利用量筒测量降雨量等传统气象数据获取
方式，现代气象探测实现了由定性向定量的转变，自动化程度明显提升，大幅提
升了探测准确度和探测频率。

因此，未来感知层发展方向主要是进一步丰富气象
探测设备种类和数量，或与其它部门数据共享，增大探测数据量；进一步提升探
测设备的精度和稳定度，同时提升设备运行维护效果，确保探测数据可信、可用。

从应用层方面来说，目前气象物联网系统的应用层设备，以手机短信、电子
显示屏、广播等传统设备为主，此类设备虽然可以发挥实时提醒作用，但功能单
一且智能化水平偏低。

因此，未来气象物联网系统一方面可以增设应用层设备，
另一方面也可以参考上文物联网技术应用案例的做法，充分利用其它行业现有设
施进行智能化改造，避免设备重复、减少资金投入，又能实现应用层的功能。

从网络层方面来说，随着4G、5G等通信技术的发展，数据传输速度、稳定
度基本满足实际需要，但感知层获取的数据如何处理、应用层的设备如何控制，
才是网络层最重要的功能，也是最能体现气象元素的部分。

以上文物联网技术应
用案例为例，在物联网试点大棚内感知层、应用层架设完成的基础上，如何将感
知层和应用层有效衔接，比如当前农业大棚内气温偏高，已不利于在棚作物生长，未来棚内气温变化趋势如何、何时启动哪些应用层设备调控棚内气温等问题，拓
展开来，不同作物、不同应用场景，启动应用层设备的标准、调控方案也都不同，未来需要气象、相关部门技术人员重点解决，并不断完善。

5.物联网应用在气象服务中存在的问题
现在的物联网技术已经日趋成熟，但由于气象服务的特殊性，物联网技术应
用到气象服务中还存在以下问题需要解决：
（1）物联网设备大多设置在户外，设备工作环境比较复杂，同时随着气象
物联网服务模式的推广普及，物联网设备数量将继续增加，如何实现大量物联网
设备的供电保障、维护维修等工作，是客观存在的问题。

（2）物联网设备，尤其是位置偏僻的设备，目前大多通过4G网络传输数据，丢包情况偶有发生，数据传输稳定性难以保证。

同时，由于物联网设备大多使用
互联网传输数据，过程中数据可能被篡改、删除，数据的安全性也值得注意。

（3）目前行业之间“数据壁垒”、“信息孤岛”等情况依然存在，在确保
数据安全的基础上，行业之间数据互联互通可以提升物联网技术的实际应用效果。

许多气象灾害可能衍生出其它自然灾害、安全事故、突发公共卫生事件等连锁反应，综合应急处置需要多个部门协同配合完成。

就暴雨洪涝灾害来说，在气象、
水务、应急管理等部门数据共享的前提下，物联网将实时提供给相关部门更全面、更细致的信息，有效提高物资调配、联合灾情处置等工作环节的快速反应能力，
为政府部门科学决策提供重要参考。

6.小结
物联网技术应用在基层气象服务中，可以提高气象服务的智能化水平，大幅
减少气象服务环节和工作量，进一步提高气象服务的针对性和效率。

在各类极端
天气气候事件更加频繁、气象灾害造成的损失和影响不断加重的大背景下，物联
网在基层气象服务中的应用前景将更加广阔。

参考文献
[1] 陈海明，崔莉，谢开斌．物联网体系结构与实现方法的比较研究[J]．计算机学报，2013,36(1):168-187.
[2] 徐迪威,蔡建新.物联网及其应用剖析[J].计算机工程与应
用,2011,47(15):229-231.
[3] 李丽,崔宜少,张丰启等.现行体制下提高专业气象服务能力的思考[J].
气象研究与应用,2015,36(01):122-125.。