文/徐海明

隨著5G 技術(shù)的日益成熟，商業(yè)應(yīng)用也逐漸的鋪開，從目前的資料判斷其應(yīng)用場景廣闊。5G 網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，其峰值理論傳輸速度可達(dá)每秒數(shù)10Gb，比4G 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍。這為大量的圖像和視頻數(shù)據(jù)傳輸提供了有效的帶寬通道。也能保證目前氣象的業(yè)務(wù)終端設(shè)備可以全天候?qū)崟r在線。在目前省級氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，省級網(wǎng)絡(luò)中心起到了承上啟下的作用。隨著移動業(yè)務(wù)的日益發(fā)展，氣象業(yè)務(wù)的小型化、微型化發(fā)展勢必對網(wǎng)絡(luò)的移動性提出了更高的要求，從3G、4G 到現(xiàn)在即將展開的5G，帶寬的日益增加為需要龐大交換數(shù)據(jù)的氣象業(yè)務(wù)的移動功能得到豐富的延申。隨著氣象移動終端的日益豐富，原來的以有線網(wǎng)絡(luò)為主的局域網(wǎng)氣象業(yè)務(wù)綜合系統(tǒng)慢慢想有線無線并行的廣域網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)展，并始終朝著無線化方向發(fā)展。

1 應(yīng)用場景

1.1 氣象自動站

自動氣象站是由氣象人工觀測站發(fā)展而來，通過系統(tǒng)綁定不同的傳感器對多個天氣對象進(jìn)行檢測，常見的有五要素、六要素、多要素等自動觀測站，對風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、土壤溫度、土壤濕度、蒸發(fā)量、大氣壓力等十幾個氣象要素進(jìn)行全天候現(xiàn)場監(jiān)測。而針對不同要素的觀測可以分為土壤墑情監(jiān)測站、自動雨量站、自動水位監(jiān)測站、雨水情監(jiān)測站、多要素自動氣象站。按照監(jiān)測方式分為：手持式氣象站、車載式氣象站、無線遙測氣象站、有線遙測氣象站、便攜式氣象站。但不管怎么分類，自動氣象站的基本結(jié)構(gòu)是類同的：它由傳感系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成。早期在無線發(fā)展之前，是通過有線電纜來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，限于場地和設(shè)備的條件，大大限制了自動氣象站的分布，而移動2G、3G、4G 的出現(xiàn)為自動氣象站解開了手腳，自動氣象站的發(fā)展有了一個極大的飛躍，支撐了整個氣象業(yè)務(wù)觀測體系。但由于帶寬的限制、網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性導(dǎo)致整個氣象自動站觀測系統(tǒng)不能全實時的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也僅僅是上傳而無法下控，在自動站故障時也無法看到現(xiàn)場情況，需要人工干預(yù)。而5G 實現(xiàn)后，我們可以增加一個視頻通道實時觀測設(shè)備的運(yùn)行狀況，數(shù)據(jù)傳輸可以實現(xiàn)雙向?qū)崟r。

圖1：氣象自動站監(jiān)控系統(tǒng)

圖2：移動探測和指揮通訊系統(tǒng)

圖3：原來的會商通訊系統(tǒng)

圖4：構(gòu)想中的會商框架圖

圖5：現(xiàn)有的骨干網(wǎng)絡(luò)框架圖

目前單個自動氣象站的數(shù)據(jù)量在1k 左右，高清視頻的上傳帶寬為4Mbps，而5G 實際運(yùn)行中能保證個人用戶下行帶寬為100Mbps，上行帶寬50Mbps?？梢员ＷC自動氣象站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實時運(yùn)行，并且改變了整個觀測網(wǎng)的運(yùn)行方式，減少設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)。減少自動站的存儲和運(yùn)算部分，把采集到的傳感器數(shù)據(jù)直接上傳到系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，減少數(shù)據(jù)在設(shè)備中的滯留時間，增加了實時性。如圖1所示。

1.2 移動指揮系統(tǒng)

應(yīng)急指揮系統(tǒng)由若干部氣象移動應(yīng)急指揮車和若干部X 波段移動多普勒天氣雷達(dá)組成。氣象移動應(yīng)急指揮車配備有衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和移動通訊網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速組網(wǎng)，可實現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場常規(guī)氣象要素采集、儲存、顯示功能，氣象信息接收、瀏覽功能，現(xiàn)場實景采集、傳輸功能，現(xiàn)場天氣預(yù)報產(chǎn)品制作發(fā)布等功能。具有較高的機(jī)動性、可靠性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性及全天候的連續(xù)工作能力，可為局地災(zāi)害性天氣（強(qiáng)降水、冰雹等強(qiáng)對流天氣）預(yù)報、預(yù)測提供有效幫助，在人工影響天氣（人工增雨、防雹）作業(yè)指揮有較好效果。在氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，經(jīng)常會碰到天氣突發(fā)情況和天氣極端情況帶來的次生災(zāi)害，如臺風(fēng)、局部強(qiáng)對流、洪水、泥石流等，需要業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)氣象工作人員到一線協(xié)同其他部門一起執(zhí)行減災(zāi)防災(zāi)工作；又會在重大天氣保障情況下，如重大的會議、慶典、節(jié)日等，都需要出動移動指揮車，協(xié)調(diào)保障現(xiàn)場的氣象條件，如人工增降雨或?qū)崟r預(yù)警天氣情況，這些離不開現(xiàn)場指揮系統(tǒng)和后方中心的數(shù)據(jù)交換、語音視頻的交流，在環(huán)境惡劣的條件下往往有線和衛(wèi)星滿足不了所有的情況，大容量高寬帶的5G 網(wǎng)絡(luò)可以給我們提供新的通路，并且可以在移動中不中斷地進(jìn)行協(xié)商、指揮，充分發(fā)揮氣象業(yè)務(wù)在減災(zāi)防災(zāi)中地作用。

1.3 移動探測站

移動探測站是指在需要的場合臨時安放的但要素、多要素氣象探測站和地面移動自動觀測系統(tǒng)，還包括一些雷達(dá)、土壤和水分等一些專用的氣象要素監(jiān)測系統(tǒng)，在一些災(zāi)害發(fā)生點(diǎn)，如地震現(xiàn)場、泥石流現(xiàn)場等，需要密切關(guān)注當(dāng)?shù)靥鞖鉅顩r，有如在大型的體育比賽場地，需要安裝多要素地氣象自動探測系統(tǒng)保障體育比賽地進(jìn)行，有如在極端天氣地發(fā)生地，需要加密觀測，在原有固定站點(diǎn)監(jiān)測的情況下，臨時增加站點(diǎn)密度，為氣象預(yù)報業(yè)務(wù)提供更精密的依據(jù)。移動探測站也往往和移動指揮系統(tǒng)匹配，為移動指揮車提供實時的氣象數(shù)據(jù)。由于它的臨時性、移動性和便攜性，移動通訊成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)厥走x依據(jù)，而5G 通訊的覆蓋性、不間斷性和高速性，可以作為主通道，為移動探測系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

如圖2所示。

1.4 氣象會商系統(tǒng)

氣象會商系統(tǒng)是氣象業(yè)務(wù)和氣象預(yù)報中極其重要的支撐系統(tǒng)，它是一個全國性的高清視頻會議系統(tǒng)，溝通中央、省級、地市和縣級的預(yù)報業(yè)務(wù)，預(yù)報員可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行面對面的協(xié)商和交流天氣預(yù)報情況，在帶寬上必須達(dá)到20M 以上，而受3G、4G 帶寬限制，使得會商系統(tǒng)以固定會場為主，移動終端為輔。在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中以光纖寬帶為主，無線通訊為輔，由于移動帶寬的限制，一直來制約了移動終端切入會商系統(tǒng)的應(yīng)用。但現(xiàn)在移動終端的廣泛應(yīng)用，特別是手機(jī)視頻會議的開始使用，迫切需要更大寬帶的移動通訊系統(tǒng)。5G 的50-100M 帶寬恰恰能滿足目前的業(yè)務(wù)需求。通過5G 系統(tǒng)，我們可以把移動指揮系統(tǒng)、本地有線會商系統(tǒng)、手持無線終端結(jié)合在一起，突破地域限制，為決策機(jī)構(gòu)實時提供動態(tài)的圖像系統(tǒng)和商討過程，加強(qiáng)決策的科學(xué)性。這是目前現(xiàn)有的會商系統(tǒng)（圖3、圖4）。

1.5 骨干數(shù)據(jù)備份通道

在現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)通訊起到了至關(guān)重要的作用，通過幾十年的發(fā)展，目前的氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)大都采用了成熟的有線網(wǎng)絡(luò)，特別上上下級不同地域之間采用了光纖為主的寬帶網(wǎng)絡(luò)，但對于一個完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，線路備份是必不可缺的，采用雙路有線備份，不僅成本高，而且也做不到線路的區(qū)分，而移動寬帶作為備份解決了不同通道互為備份的功能，但由于氣象數(shù)據(jù)的龐大性，原先3G、4G 時代只能局部關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，而5G 的50M 帶寬完全足夠成為氣象骨干網(wǎng)絡(luò)的備份通道，在啟用備份鏈路后完全可以替代有線網(wǎng)絡(luò)的作用，為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以提供強(qiáng)有力的保障。如圖5所示。

1.6 移動云數(shù)據(jù)

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，氣象部門數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也進(jìn)入了云時代，前后建立了不同的私有云、阿里云等，面向不同用戶的數(shù)據(jù)需求，而在移動互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的今天，5G 通訊在氣象云數(shù)據(jù)平臺中是必須存在的一環(huán)，通過5G 網(wǎng)關(guān)，打通有線和無線的鏈路，為廣大移動終端用戶提供更為豐富的預(yù)報數(shù)據(jù)和氣象要素數(shù)據(jù)。也可以通過云平臺和5G 通訊，把目前在氣象部門中廣泛使用的探測設(shè)備、數(shù)以千計的要素自動站、各種氣象雷達(dá)設(shè)備等納入云系統(tǒng)中，形成一個龐大和功能更加強(qiáng)大的氣象云網(wǎng)絡(luò)。

2 結(jié)語

總之，隨著5G 時代的來臨，我們原先的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又面臨一次升級的機(jī)遇。我們可以利用5G 通訊系統(tǒng)完善老系統(tǒng)和開發(fā)新的氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，上面所提的應(yīng)用場景也僅僅是目前氣象業(yè)務(wù)中已經(jīng)用到的模式，我們還可以利用移動互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，繼續(xù)開發(fā)出新的符合氣象業(yè)務(wù)和面向公眾氣象需求的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在防災(zāi)減災(zāi)、社會生活需要和其他生產(chǎn)的方方面面提供更符合時代需求的產(chǎn)品。利用5G 為我們的氣象業(yè)務(wù)提供更好的技術(shù)支撐。