天津市濱海新區(qū)氣象局 姚巍

空中災(zāi)情收集及城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)的構(gòu)建

Building the emergency support system for aerial collection of disastrous situation and urban weather

天津市濱海新區(qū)氣象局 姚巍

隨著全球氣候變暖，極端氣象災(zāi)害事件出現(xiàn)的頻率和強(qiáng)度明顯上升。日常生活中，異常天氣也日漸增多。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，氣象與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和人民群眾生活的關(guān)系密不可分，氣象災(zāi)害給生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等方面都帶來(lái)諸多影響，造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也日趨嚴(yán)重。因此，如何應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害的發(fā)生，如何做好突發(fā)公共事件的應(yīng)急氣象服務(wù)，最大限度地減少災(zāi)害造成的影響，是各級(jí)氣象部門(mén)、廣大氣象工作者一直在思考和力圖解決的難題。

天津市濱海新區(qū)氣象部門(mén)設(shè)計(jì)構(gòu)建的空中災(zāi)情收集及城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)，對(duì)強(qiáng)化氣象災(zāi)害災(zāi)情的收集能力、提升突發(fā)公共事件的現(xiàn)場(chǎng)氣象應(yīng)急保障能力和重大活動(dòng)的氣象保障能力有較好的推動(dòng)作用。

系統(tǒng)構(gòu)建思路

濱海新區(qū)氣象局空中災(zāi)情收集及城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)的構(gòu)建旨在應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害和城市突發(fā)公共事件，做好應(yīng)急氣象服務(wù)和災(zāi)情收集工作，在城市內(nèi)澇、危化品泄漏、重污染天氣等突發(fā)事件，以及大型活動(dòng)中發(fā)揮氣象保障作用。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，在實(shí)現(xiàn)災(zāi)情收集、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和服務(wù)等多功能的基礎(chǔ)上，充分考慮了低成本、易操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則如下：

先進(jìn)性原則

氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)需要長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃、持續(xù)推進(jìn)的工程，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保持先進(jìn)性、具備前瞻性，既要充分考慮當(dāng)前應(yīng)用，又要為未來(lái)發(fā)展打好基礎(chǔ)。突出氣象觀測(cè)、氣象預(yù)報(bào)和氣象服務(wù)優(yōu)勢(shì)，真正做好民用無(wú)人駕駛航空器（也稱遙控駕駛航空器，以下簡(jiǎn)稱無(wú)人機(jī)）和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)復(fù)用。

標(biāo)準(zhǔn)性原則

為保證氣象服務(wù)的精確性，以及未來(lái)與其他省市氣象部門(mén)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)的可行性，系統(tǒng)構(gòu)建嚴(yán)格遵循了氣象行業(yè)地面觀測(cè)、信息行業(yè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)。

安全性原則

鑒于氣象應(yīng)急保障任務(wù)的特殊性，現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)需要?dú)庀蟛块T(mén)內(nèi)網(wǎng)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，因此，需要為系統(tǒng)搭建安全可靠的信息傳輸通道，以保證氣象數(shù)據(jù)的保密性和安全性。

系統(tǒng)組成

濱海新區(qū)氣象局空中災(zāi)情收集及城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和信息傳輸三部分組成。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集部分是空中災(zāi)情收集及城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)提供應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)氣象實(shí)況數(shù)據(jù)和視頻信息。數(shù)據(jù)采集由地面氣象數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和空中視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成。

地面氣象數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可由移動(dòng)式自動(dòng)氣象站或多部便攜式單兵自動(dòng)氣象站組成，觀測(cè)要素包括溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量等，最小觀測(cè)時(shí)間密度為1分鐘。其中，單兵自動(dòng)氣象站采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠集成多種高精度氣象傳感器，采用蓄電池供電，支持GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，配備自立支架。實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)可通過(guò)筆記本電腦實(shí)現(xiàn)單站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接收，也可利用無(wú)線通訊方式組網(wǎng)匯集至中心站。根據(jù)設(shè)備存儲(chǔ)空間的不同，采集器中還可保存3～6個(gè)月的分鐘/整點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，便攜式單兵自動(dòng)氣象站不僅可以滿足準(zhǔn)確穩(wěn)定的氣象測(cè)量要求，還具有微功耗、重量輕、體積小巧、安裝快速簡(jiǎn)便等特性，非常適合車載攜帶和快速現(xiàn)場(chǎng)布網(wǎng)觀測(cè)應(yīng)用。

空中視頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采用了多旋翼微型無(wú)人機(jī)，機(jī)上搭載高清攝像機(jī)，可實(shí)現(xiàn)空中攝像和照相，能夠快速進(jìn)行災(zāi)情收集。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航拍、農(nóng)業(yè)植保、測(cè)繪等民用領(lǐng)域。按照《民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》（AC-61-FS-2013-20），在視距內(nèi)（航空器處于駕駛員或觀測(cè)員目視視距內(nèi)半徑500米，相對(duì)高度低于120米的區(qū)域內(nèi)）運(yùn)行的微型無(wú)人機(jī)（空機(jī)質(zhì)量小于等于7千克的無(wú)人機(jī)），無(wú)人機(jī)系統(tǒng)駕駛員自行負(fù)責(zé)，無(wú)須證照管理。濱海新區(qū)氣象局空中災(zāi)情收集及城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)配備的微型無(wú)人機(jī)擁有四旋翼，能夠快速起飛，從安裝啟動(dòng)到起飛懸停所用時(shí)間僅需幾分鐘。微型無(wú)人機(jī)配備了高清攝像機(jī)，在飛行過(guò)程支持?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能，將遙控器手柄接入監(jiān)視器就可以隨時(shí)查看無(wú)人機(jī)傳回的高清視頻。

現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)

現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)部分是空中災(zāi)情收集和城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)的核心，由氣象部門(mén)開(kāi)展預(yù)報(bào)預(yù)警和服務(wù)，由各類專用軟件、便攜式計(jì)算機(jī)和便攜式打印機(jī)等硬件組成。

在實(shí)際的應(yīng)急氣象保障服務(wù)中，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員在便攜式計(jì)算機(jī)上通過(guò)濱海新區(qū)氣象局研發(fā)的“云業(yè)務(wù)系統(tǒng)”調(diào)取局域網(wǎng)內(nèi)的各類氣象資料，調(diào)用各類氣象應(yīng)用軟件，根據(jù)服務(wù)需求制作出精細(xì)化的現(xiàn)場(chǎng)氣象服務(wù)保障產(chǎn)品，并利用計(jì)算機(jī)的藍(lán)牙無(wú)線通訊功能與便攜式打印機(jī)連接輸出產(chǎn)品，提供給應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)指揮部或相關(guān)部門(mén)。另外，為進(jìn)一步提高現(xiàn)場(chǎng)氣象預(yù)報(bào)的精確性和可靠性，系統(tǒng)支持視頻會(huì)議，可隨時(shí)與濱海新區(qū)氣象臺(tái)開(kāi)展應(yīng)急服務(wù)專項(xiàng)會(huì)商。

信息傳輸

信息傳輸部分將整個(gè)系統(tǒng)有效地連接起來(lái)，是空中災(zāi)情收集及城市氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)的關(guān)鍵。氣象數(shù)據(jù)大多基于氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)，外網(wǎng)用戶無(wú)法訪問(wèn)和獲取，考慮到氣象行業(yè)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)的這種特殊性，系統(tǒng)對(duì)信息傳輸部分進(jìn)行了虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，既實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的可用性和便利性，又保證了氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的安全性。

在對(duì)系統(tǒng)信息傳輸部分的設(shè)計(jì)中，增加了VPN接入設(shè)備，并為便攜式計(jì)算機(jī)配備了4G網(wǎng)卡。在氣象災(zāi)害應(yīng)急或大型活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)連接VPN設(shè)備后，即可登陸至氣象局的內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的交互傳輸。

系統(tǒng)運(yùn)行成效與展望

該系統(tǒng)有效整合了地面氣象探測(cè)設(shè)備和空中視頻采集設(shè)備，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集能力；采用4G網(wǎng)絡(luò)通訊取代了衛(wèi)星通訊，提高了信息傳輸?shù)谋憬菪院图皶r(shí)性；由于系統(tǒng)對(duì)應(yīng)急保障車輛的配置和改造要求不高，大大降低了氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)的建設(shè)成本。建設(shè)完成的系統(tǒng)開(kāi)展了多次應(yīng)急演練，在?；沸孤兜韧话l(fā)事件的應(yīng)急處置和大型活動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)保障中成功應(yīng)用，特別是在8·12天津港瑞海公司危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)特別重大火災(zāi)爆炸事件現(xiàn)場(chǎng)氣象保障工作中，發(fā)揮了極其重要的作用，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。濱海新區(qū)氣象局空中氣象災(zāi)情收集與應(yīng)急保障系統(tǒng)的建設(shè)大大提升了濱海新區(qū)氣象局災(zāi)情收集、氣象災(zāi)害應(yīng)急保障、大型活動(dòng)氣象保障的能力，更有效地為政府和相關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件提供優(yōu)質(zhì)高效的氣象保障。

對(duì)于后期應(yīng)用，濱海新區(qū)氣象局將嘗試在無(wú)人機(jī)上搭載氣象傳感器，實(shí)現(xiàn)真正意義上空中視頻采集和氣象觀測(cè)“一體機(jī)”概念，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低成本。在未來(lái)幾年的發(fā)展中，氣象災(zāi)情收集與應(yīng)急保障系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)充分利用成熟的民用無(wú)人機(jī)技術(shù)及先進(jìn)的移動(dòng)通訊技術(shù)，來(lái)支撐氣象災(zāi)情收集、應(yīng)急氣象服務(wù)等防災(zāi)減災(zāi)工作。隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，民用無(wú)人機(jī)技術(shù)和移動(dòng)通訊技術(shù)將在氣象災(zāi)情收集、應(yīng)急氣象保障等方面得到推廣和應(yīng)用，進(jìn)而全面提升突發(fā)事件或大型活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急氣象服務(wù)的能力和水平。