史靜 姜明 周業(yè)嫻 李宛桐 天津市氣象局

氣象觀測(cè)是氣象工作和大氣科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，為天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、科學(xué)研究和氣象服務(wù)提供了重要依據(jù)。隨著我國(guó)氣象業(yè)務(wù)70 多年的發(fā)展，氣象觀測(cè)從以建設(shè)預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)為主要任務(wù)，以人工觀測(cè)、手工傳輸為技術(shù)支撐的初級(jí)階段開始，經(jīng)歷了探測(cè)、電信、資料、預(yù)報(bào)和服務(wù)業(yè)務(wù)技術(shù)體系發(fā)展以及以天氣、氣候業(yè)務(wù)為主體，由氣象綜合觀測(cè)、信息網(wǎng)絡(luò)、基本信息加工、分析預(yù)測(cè)和信息技術(shù)服務(wù)四大功能構(gòu)成的業(yè)務(wù)技術(shù)體制階段，逐步發(fā)展至公共氣象服務(wù)體系是根本、氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)系統(tǒng)是核心、綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)是基礎(chǔ)、信息和科技系統(tǒng)是保障的現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系架構(gòu)。在信息化技術(shù)的支撐下，適應(yīng)新形勢(shì)、滿足新需求的新型氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制不斷發(fā)展[1]。

2020 年，中國(guó)氣象局確立了以氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為“云”、氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)為“端”的“云+端”氣象技術(shù)體制和以大數(shù)據(jù)為中心的統(tǒng)籌集約新型氣象業(yè)務(wù)體制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理、加工處理、應(yīng)用服務(wù)的高度集約以及各項(xiàng)業(yè)務(wù)和系統(tǒng)之間有效銜接和有機(jī)互動(dòng)。

因此，在當(dāng)前氣象現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程不斷深入的時(shí)期，研究氣象觀測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向、系統(tǒng)架構(gòu)及布局設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)體系建設(shè)等方面如何與“云+端”技術(shù)體制協(xié)同發(fā)展，就顯得尤為迫切[2]。

一、氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)在“云+端”技術(shù)下的新內(nèi)涵

（一）氣象觀測(cè)技術(shù)及業(yè)務(wù)發(fā)展歷程簡(jiǎn)述

新中國(guó)成立之后，我國(guó)氣象業(yè)務(wù)體制逐步建立、不斷發(fā)展，氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)也同樣經(jīng)歷了不同的發(fā)展時(shí)期。初創(chuàng)階段，觀測(cè)站網(wǎng)開始布局建設(shè)，觀測(cè)儀器逐步擺脫全部依賴進(jìn)口的局面，建立了全國(guó)統(tǒng)一的地面、高空觀測(cè)規(guī)范?，F(xiàn)代化建設(shè)時(shí)期，以觀測(cè)業(yè)務(wù)為主的業(yè)務(wù)技術(shù)體系框架正式明確，調(diào)整、充實(shí)和完善觀測(cè)站網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)，觀測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，遙感化、自動(dòng)化特征明顯，借助信息化技術(shù)觀測(cè)數(shù)據(jù)普遍實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編發(fā)報(bào)。

現(xiàn)代化加速發(fā)展階段，氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制開始系統(tǒng)性規(guī)劃設(shè)計(jì)，提出了由氣象綜合探測(cè)系統(tǒng)、氣象信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基本氣象信息加工分析預(yù)測(cè)系統(tǒng)和氣象信息技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)組成的業(yè)務(wù)架構(gòu)。氣象觀測(cè)技術(shù)在氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用方面成果顯著，地面觀測(cè)自動(dòng)化取得較大進(jìn)展，在特種觀測(cè)“百花齊放”的局勢(shì)下，觀測(cè)站網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。

在當(dāng)前新型氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制建設(shè)及深化時(shí)期，空天地一體化自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)“云+端”技術(shù)架構(gòu)的氣象觀測(cè)新業(yè)態(tài)即將形成[3]。

（二）氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)在“云+端”技術(shù)中的定位

任何信息化新技術(shù)的出現(xiàn)一定會(huì)伴隨出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)形態(tài)，“云+端”技術(shù)體制下，以氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為核心，觀測(cè)、預(yù)報(bào)、服務(wù)等氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)“端”共同組成的新型業(yè)務(wù)形態(tài)隨之而來(lái)。氣象觀測(cè)作為業(yè)務(wù)“端”，將通過(guò)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)直接與“預(yù)報(bào)端”“服務(wù)端”和“管理端”產(chǎn)生業(yè)務(wù)互動(dòng)，并向它們提供源源不斷的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)?；诖耍恼旅鞔_了“觀測(cè)端”的定位，氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)對(duì)預(yù)報(bào)精準(zhǔn)和服務(wù)精細(xì)的發(fā)展起著關(guān)鍵性作用，是推動(dòng)氣象事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)支撐和動(dòng)力引擎[4]。

（三）“觀測(cè)端”內(nèi)涵及特征

按照氣象觀測(cè)在“云+端”技術(shù)框架中的功能定位，分析研究“觀測(cè)端”，試圖給出“觀測(cè)端”的概念，即：以大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為核心，基于云邊端分布式架構(gòu)、云計(jì)算一體化，建立服務(wù)范圍更廣、融合程度更高、自主能力更強(qiáng)的智慧型氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)?；谏鲜鰧?duì)“觀測(cè)端”內(nèi)涵的研究分析，提出“觀測(cè)端”的以下特征。

1.服務(wù)于場(chǎng)景

一方面，行業(yè)內(nèi)“觀測(cè)端”的輸出信息不再僅服務(wù)于數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)模式運(yùn)行、預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)，而是直接加工制作信息，對(duì)外提供本地天氣實(shí)況、區(qū)域聯(lián)防協(xié)同監(jiān)測(cè)及預(yù)警等觀測(cè)產(chǎn)品以及預(yù)防型運(yùn)維預(yù)警、自主融合質(zhì)控等裝備保障信息，實(shí)現(xiàn)“即時(shí)觀測(cè)、即時(shí)服務(wù)”愿景。另一方面，“觀測(cè)端”的布局規(guī)劃應(yīng)按照服務(wù)對(duì)象不同重新定義，根據(jù)不同需求，靈活調(diào)整觀測(cè)目標(biāo)、裝備精度、站網(wǎng)密度、數(shù)據(jù)加工模式，達(dá)到投入產(chǎn)出最優(yōu)比[5]。

2.不斷更新迭代

“云+端”技術(shù)架構(gòu)布局，要求“觀測(cè)端”的裝備儀器具備自適應(yīng)、自診斷和自標(biāo)校能力。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，觀測(cè)裝備將不斷更新迭代，軟、硬件解耦、云邊協(xié)同將在分布式計(jì)算、異構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)特定的業(yè)務(wù)場(chǎng)景形成彈性的耦合關(guān)系，通過(guò)開放的核心標(biāo)準(zhǔn)，擺脫硬件對(duì)最優(yōu)算法的束縛，有望突破傳統(tǒng)裝備軟、硬件同步升級(jí)的局限，讓用戶在對(duì)硬件設(shè)備無(wú)感的情況下，真正實(shí)現(xiàn)氣象觀測(cè)裝備的“常用常新”。另外，通過(guò)分布式的觀測(cè)裝備硬件、核心算法升級(jí)以及數(shù)據(jù)持續(xù)疊加，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)系統(tǒng)不斷“增值”，同時(shí)重塑氣象觀測(cè)裝備價(jià)值的評(píng)估體系。

3.融合協(xié)同

融合信息源主要來(lái)自四個(gè)方面，一是多類氣象觀測(cè)設(shè)備間的融合協(xié)同，對(duì)同一氣象要素相互校驗(yàn)、補(bǔ)充，對(duì)同一觀測(cè)目標(biāo)開展協(xié)同追蹤；二是融合預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品、服務(wù)應(yīng)用反饋等信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)需求的自主控制、調(diào)整和輸出；三是融合技術(shù)保障和歷史沿革等信息，自主管理健康體征診斷預(yù)警，進(jìn)行“端邊”協(xié)同模式下更加豐富的觀測(cè)服務(wù)產(chǎn)品輸出；四是順應(yīng)氣象觀測(cè)數(shù)字化演變趨勢(shì)，同步并融合智慧城市大腦信息，與城市管理、行業(yè)異構(gòu)信息建立交互，在城市“數(shù)字孿生”中增加氣象維度和圖層。

二、基于“云+端”技術(shù)的氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)方案

（一）設(shè)計(jì)原則

集約高效、業(yè)務(wù)智能。以建立資源集約、流程高效的業(yè)務(wù)架構(gòu)為目標(biāo)，加快數(shù)據(jù)匯集、系統(tǒng)整合和流程再造；加強(qiáng)氣象觀測(cè)領(lǐng)域新型業(yè)務(wù)技術(shù)發(fā)展能力建設(shè)，實(shí)現(xiàn)從裝備智能到業(yè)務(wù)智能的優(yōu)化升級(jí)。

創(chuàng)新融合、協(xié)同共享。以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算、5G等關(guān)鍵信息技術(shù)的融合應(yīng)用；深化跨業(yè)務(wù)、跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的協(xié)同管理和資源共享，探索新型氣象觀測(cè)信息獲取模式。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全可信。堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，規(guī)范先行，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)能力和技術(shù)領(lǐng)跑實(shí)力，助力氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)提質(zhì)增效；安全建設(shè)提前謀劃、同步部署，構(gòu)建運(yùn)行環(huán)境安全、數(shù)據(jù)質(zhì)量可信、業(yè)務(wù)流程可控的安全防護(hù)體系。

分步推進(jìn)、動(dòng)態(tài)適應(yīng)。立足氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)當(dāng)前的基礎(chǔ)和發(fā)展需求，堅(jiān)持分類分級(jí)分階段，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的梯度發(fā)展；以更高標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化氣象觀測(cè)為目標(biāo)，建立動(dòng)態(tài)連續(xù)的評(píng)價(jià)機(jī)制，適應(yīng)不斷深入推進(jìn)的業(yè)務(wù)技術(shù)體制改革的要求。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

文章梳理氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)涉及的站網(wǎng)布局、技術(shù)發(fā)展、裝備保障、數(shù)據(jù)應(yīng)用等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)及相關(guān)管理職能，將其歸納為設(shè)計(jì)規(guī)劃、業(yè)務(wù)運(yùn)行、研發(fā)試驗(yàn)和應(yīng)用服務(wù)四個(gè)部分，共同構(gòu)成“云+端”技術(shù)體制下的氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)。

四大組成部分是有機(jī)整體，它們之間具有很強(qiáng)的內(nèi)在邏輯關(guān)系。在推進(jìn)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制重點(diǎn)改革的進(jìn)程中，助力氣象強(qiáng)國(guó)建設(shè)，保障氣象事業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展是氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)。其中，設(shè)計(jì)規(guī)劃是發(fā)揮頂層設(shè)計(jì)作用、為實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)提供正確方向的根本前提，業(yè)務(wù)運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和基本路徑，研發(fā)試驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的重要保障，應(yīng)用服務(wù)為推動(dòng)戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)施提供持續(xù)動(dòng)力，其效益發(fā)揮是檢驗(yàn)“云+端”技術(shù)體制下氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)實(shí)施成效的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

（三）技術(shù)路線

1.設(shè)計(jì)規(guī)劃

設(shè)計(jì)規(guī)劃環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的頂層設(shè)計(jì)，實(shí)施主體主要分為國(guó)家級(jí)和省級(jí)兩個(gè)層面。在國(guó)家級(jí)層面，總體謀劃全國(guó)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)。在省級(jí)層面，在國(guó)家級(jí)頂層設(shè)計(jì)框架的基礎(chǔ)上開展設(shè)計(jì)細(xì)化、技術(shù)落地和特色規(guī)劃。其業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景包括技術(shù)發(fā)展謀劃、站網(wǎng)布局設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃和業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)等，涵蓋了推動(dòng)“觀測(cè)端”發(fā)展的各方面。在“云+端”技術(shù)架構(gòu)中涉及的技術(shù)有服務(wù)于場(chǎng)景的布局設(shè)計(jì)、全業(yè)務(wù)周期管理體系建設(shè)等，云環(huán)境則需支撐完成端邊設(shè)備和業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)管理。

在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，敏感要素及重要點(diǎn)位布局，相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、加工及應(yīng)用，是站網(wǎng)規(guī)劃安全能力建設(shè)的重點(diǎn)，要從保障國(guó)家安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全的高度，統(tǒng)籌謀劃專業(yè)和應(yīng)急氣象觀測(cè)站網(wǎng)，持續(xù)評(píng)估站網(wǎng)布局的合理性、科學(xué)性，并適時(shí)調(diào)整以滿足新形勢(shì)和新發(fā)展要求，支撐業(yè)務(wù)運(yùn)行的云環(huán)境也應(yīng)安全可控。

2.業(yè)務(wù)運(yùn)行

業(yè)務(wù)運(yùn)行環(huán)節(jié)是“云+端”氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵，實(shí)施主體包括各級(jí)氣象觀測(cè)部門，以省級(jí)及以下用戶為主。其業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景從觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控評(píng)估、裝備維護(hù)維修、計(jì)量校準(zhǔn)、備件倉(cāng)儲(chǔ)調(diào)度，到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及產(chǎn)品加工，覆蓋“觀測(cè)端”業(yè)務(wù)全流程。其中，觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取指的是行業(yè)內(nèi)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)采集以及通過(guò)對(duì)社會(huì)資源整合、挖掘及加工而獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)和氣象信息。該環(huán)節(jié)“云+端”的改造實(shí)施涉及算法中臺(tái)、實(shí)時(shí)/離線業(yè)務(wù)混合部署、基于負(fù)載均衡的資源調(diào)度、云邊端算法快速協(xié)同等技術(shù)，在云環(huán)境中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、算法加工和部署以及對(duì)“觀測(cè)端”的指揮調(diào)度。

業(yè)務(wù)運(yùn)行安全能力建設(shè)的重點(diǎn)是建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景的安全運(yùn)營(yíng)中心。以數(shù)據(jù)為中心，建立觀測(cè)設(shè)備、通信鏈路、數(shù)據(jù)收集平臺(tái)、質(zhì)控及產(chǎn)品加工流水線、探測(cè)環(huán)境相互間的關(guān)聯(lián)分析和印證，多角度進(jìn)行業(yè)務(wù)運(yùn)行環(huán)節(jié)的安全分析和評(píng)估。此外，安全運(yùn)維工作的流程化，還將極大地提高觀測(cè)系統(tǒng)的效率，保證觀測(cè)數(shù)據(jù)有效性和可用性。

3.研發(fā)試驗(yàn)

新技術(shù)、新裝備和新方法的研發(fā)及相關(guān)觀測(cè)試驗(yàn)，是提升觀測(cè)裝備智能化水平、推動(dòng)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展的重要手段，應(yīng)遵循行業(yè)需求引領(lǐng)、企業(yè)技術(shù)主導(dǎo)、產(chǎn)學(xué)研用深度融合的實(shí)施思路。在以智能裝備研發(fā)、測(cè)試與觀測(cè)試驗(yàn)為主的業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注安全問(wèn)題，一是關(guān)鍵芯片/傳感器的自主研發(fā)及國(guó)產(chǎn)化，在技術(shù)體制、探測(cè)精度、核心算法等方面取得突破；二是正確的需求導(dǎo)向引領(lǐng)，避免資本逐利裹挾戰(zhàn)略布局方向。在研發(fā)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，能夠與信息化技術(shù)產(chǎn)生更為緊密的聯(lián)系，容器技術(shù)、DevOps 研發(fā)理念、標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)平臺(tái)工具、標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)環(huán)境的應(yīng)用，將大大提高氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的研發(fā)試驗(yàn)?zāi)芰?。此外，該環(huán)節(jié)需要云環(huán)境提供開發(fā)/測(cè)試、云端編碼、云端流程管理等資源，滿足敏捷開發(fā)、快速部署及迭代升級(jí)的要求。

4.應(yīng)用服務(wù)

與以往氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)并不注重應(yīng)用服務(wù)不同，在“云+端”技術(shù)體制下，觀測(cè)端不僅會(huì)與預(yù)報(bào)端、服務(wù)端和管理端產(chǎn)生業(yè)務(wù)交互，還與社會(huì)直接發(fā)生信息耦合。因此，應(yīng)用服務(wù)就成為氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的價(jià)值窗口，各級(jí)氣象部門，乃至各社會(huì)功能主體均可應(yīng)用加工氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。隨著實(shí)施主體范圍的擴(kuò)大，其應(yīng)用場(chǎng)景也極大豐富，可包括數(shù)據(jù)融合加工、全域聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警、科普教育、個(gè)性化服務(wù)及應(yīng)用等，體現(xiàn)出“即時(shí)觀測(cè)、即時(shí)服務(wù)”理念。應(yīng)用服務(wù)環(huán)節(jié)可能使用的技術(shù)有面向場(chǎng)景的微服務(wù)、社會(huì)觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化，需要大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、異構(gòu)數(shù)據(jù)處理及產(chǎn)品發(fā)布訂閱等云環(huán)境支撐，其中，數(shù)據(jù)的加密、脫敏，應(yīng)用安全的治理尤為重要。

三、結(jié)語(yǔ)

氣象觀測(cè)技術(shù)及業(yè)務(wù)的發(fā)展對(duì)災(zāi)害預(yù)測(cè)、人民生產(chǎn)生活保障、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。當(dāng)前，我國(guó)已基本建成布局科學(xué)、技術(shù)先進(jìn)、功能完善、效益顯著的綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)，氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)在綜合性逐漸加強(qiáng)、信息化水平不斷提升的基礎(chǔ)上，智能化特征和社會(huì)化屬性日趨明顯，與新技術(shù)領(lǐng)域的融合應(yīng)用日益深入，基于“云+端”技術(shù)的氣象觀測(cè)新業(yè)態(tài)即將來(lái)臨。