物聯(lián)網(wǎng)怎樣在氣象領(lǐng)域落地

在距今5.42億年前，有一段時期出現(xiàn)了大量的較高等生物，物種多樣性呈爆發(fā)式增長——這就是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。至于爆發(fā)的原因，一些科學(xué)家認(rèn)為是因為某些生物（比如著名的三葉蟲）進化出了眼睛。有了眼睛之后，這些生物開始追逐捕食其他生物。更為重要的是，眼睛作為一種傳感器，能夠收集大量數(shù)據(jù)，而隨著數(shù)據(jù)量的增加，大腦的學(xué)習(xí)周期就會加快，從而進一步推動之后的生物進化。

物聯(lián)網(wǎng)被視為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，從進化的視角來看，物聯(lián)網(wǎng)實際上就是人類社會進化出的“眼睛”?！渡虡I(yè)內(nèi)參》（BIIntelligence）今年發(fā)布的《2019年全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究報告》指出，預(yù)計到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將超過640億個，遠高于2018年的100億和2017年的90億。據(jù)預(yù)測，到2035年將有超過1萬億個物聯(lián)網(wǎng)器件能在云端保存?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)的“寒武紀(jì)大爆發(fā)”正在來臨。

物聯(lián)網(wǎng)的前世今生

物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。說來有些不可思議，物聯(lián)網(wǎng)這個概念的提出最初來源于一款脫銷的口紅。

上世紀(jì)90年代，麻省理工學(xué)院教授凱文·艾什頓在寶潔公司做品牌經(jīng)理時，發(fā)現(xiàn)一款棕色的口紅總是缺貨，但實際上庫存里卻還有不少。于是他開始思考：如果在口紅的包裝中內(nèi)置一種應(yīng)用了無線射頻識別技術(shù)（RFID）的無線通信芯片，并且有一個無線網(wǎng)絡(luò)能隨時接收芯片傳來的數(shù)據(jù)，那么零售商們就可以隨時知道貨架上有哪些商品，并且及時補貨?！拔锫?lián)網(wǎng)”這個概念由此提出，凱文·艾什頓也因此被稱為“物聯(lián)網(wǎng)之父”。

RFID是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，并且在第二次世界大戰(zhàn)期間就出現(xiàn)了最早的雛形。當(dāng)時，英國軍隊利用無線電發(fā)射器加上雷達來識別敵軍和友軍的飛機。2000年后，RFID技術(shù)得到大規(guī)模應(yīng)用，基于物流和供應(yīng)鏈管理的物聯(lián)網(wǎng)開始構(gòu)建起來?！爱?dāng)我們需要把所有‘物’連接在一起的時候，一個重要的問題就是如何判斷出誰是誰，而射頻識別技術(shù)就是為了解決‘唯一性’問題，為每一個‘物’貼上一個獨一無二的身份標(biāo)簽?！睆埫髡f。

物與物之間除了要相互識別外，還要能進行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)交換，這就不得不提到傳感器了。這個詞乍聽之下你可能覺得有點陌生，但事實上我們周圍無處不是傳感器，比如氣象衛(wèi)星、監(jiān)控攝像頭、無人機等，都可以看作是采集數(shù)據(jù)的傳感器。此外，手機上也有大量的傳感器，比如GPS、重力感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器、攝像頭、環(huán)境光感受器等。從這個意義上來說，手機其實就是一個物聯(lián)網(wǎng)集成設(shè)備。未來，內(nèi)置豐富傳感器的智能手機可以發(fā)揮測量儀器的作用，收集氣溫、大氣壓和大氣潮汐等數(shù)據(jù)。

除了射頻識別和傳感器技術(shù)外，物聯(lián)網(wǎng)還包括智能處理和嵌入式技術(shù)。根據(jù)張明對未來趨勢的分析判斷，正在迅猛發(fā)展的5G技術(shù)將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷史上的重大里程碑事件，讓“萬物互聯(lián)”從根本上擺脫網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的制約，極大地降低物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)成本，并使物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)水平突飛猛進。

總之，真正的物聯(lián)網(wǎng)是由網(wǎng)絡(luò)連接的感應(yīng)器自動捕獲、分析數(shù)據(jù)，自行作出決定，需要機器具備自主學(xué)習(xí)、自主決策的能力，整個過程不再需要人的干預(yù)。

氣象+物聯(lián)網(wǎng)

中國信息通信研究院發(fā)布的《2018物聯(lián)網(wǎng)白皮書》指出，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模由2008年的500億美元增長至2018年的1510億美元。在連接數(shù)快速增長和梅特卡夫定律的作用下，物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)的新一輪應(yīng)用已經(jīng)開啟，落地增速加快，物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)數(shù)字化變革中的賦能作用已非常明顯。

氣象行業(yè)作為大數(shù)據(jù)的應(yīng)用者，較早地接受了物聯(lián)網(wǎng)的賦能。在一些發(fā)達國家，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測預(yù)警、氣象預(yù)報、氣象信息傳輸和氣象服務(wù)等各個層面。例如，美國應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已實現(xiàn)全自動地面觀測。2012年6月，美國國家天氣局成功應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)了無線緊急預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)惡劣天氣經(jīng)過的路徑確定受影響區(qū)域，以此搜尋該區(qū)域內(nèi)所有手機發(fā)出的信號，自動匹配發(fā)送人群，既提高了預(yù)警準(zhǔn)確性，又避免了信息擾民。日本氣象廳于2007年就建成了基于物聯(lián)網(wǎng)的地震感知預(yù)警系統(tǒng)。

韓國氣象廳采用RFID技術(shù)來監(jiān)測天氣變化，通過布設(shè)無線感應(yīng)器，建立自動天氣系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度、氣壓、濕度、風(fēng)、沉淀物、降雪、可視性、云層、地表地下溫度等要素的實時監(jiān)測和天氣系統(tǒng)的追蹤，有效提高了氣象服務(wù)能力和保障水平。

“在國內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已應(yīng)用到氣象信息監(jiān)測、氣象信息發(fā)布服務(wù)和專業(yè)氣象服務(wù)等領(lǐng)域，并初步開發(fā)了部分應(yīng)用系統(tǒng)和產(chǎn)品。”李建邦說。

目前，中國氣象局氣象探測中心正在研發(fā)下一代地面觀測系統(tǒng)，這就是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個典型應(yīng)用。該系統(tǒng)采用了具備嵌入式系統(tǒng)的全數(shù)字智能傳感器和具備網(wǎng)絡(luò)管理功能的智能集成處理器作為控制節(jié)點，在臺站級組網(wǎng)上采用“紫蜂”（Zigbee）短距離無線通信方式，遠距離通信則采用高速移動通信網(wǎng)絡(luò)，配套輔以智能云計算平臺。這套系統(tǒng)使得網(wǎng)絡(luò)中的每一個傳感器節(jié)點均可進行遠程管理、升級和維護。同時，節(jié)點之間的數(shù)據(jù)可以通過相互“訂閱”的方式實現(xiàn)臺站間質(zhì)量控制。

物聯(lián)網(wǎng)將手機、車輛甚至雨傘等物件的潛力完全釋放了出來，使其一一成為獲取天氣數(shù)據(jù)的手段。各種各樣的傳感器很快就將遍布各個角落，這意味著天氣數(shù)據(jù)將無處不在?！拔锫?lián)網(wǎng)的發(fā)展最終將徹底改變氣象行業(yè)?！睆埫髡f，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備急劇增加并相互連接的條件下，獲取氣象數(shù)據(jù)的渠道將被前所未有地拓寬，氣象觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度也將得到前所未有的提升。

物聯(lián)網(wǎng)與人工智能、云計算、區(qū)塊鏈

不管一個人的能力有多強，他都只能觀察到事物的某些切面，并且其觀察范圍主要限于人體感官所能達到的區(qū)域。要想獲得宏觀視角甚至“上帝視角”，我們就需要不斷拓展自身的感知能力，讓“觸角”不斷延伸。物聯(lián)網(wǎng)最大的作用之一就是讓人類社會擁有了“上帝視角”，極大地拓展了人類的感知能力，開辟了信息采集的新維度。

如果說物聯(lián)網(wǎng)是人類社會進化出的“眼睛”，那么人工智能就是“大腦”。氣象數(shù)據(jù)當(dāng)前總量大約為23PB，僅每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量就達幾十個TB。事實上，這樣體量的數(shù)據(jù)已經(jīng)讓氣象工作者疲于應(yīng)對，很多數(shù)據(jù)的價值根本沒時間去挖掘。

試想一下，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量達到千萬級甚至億級時，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將龐大得讓人難以想象，之前的數(shù)據(jù)量根本無法與之同日而語。這時，運用人工智能來處理傳感器數(shù)據(jù)幾乎就成為唯一選擇。

此外，如此海量的數(shù)據(jù)如果全部部署到業(yè)務(wù)端或本地，那么所花代價將隨搬遷數(shù)據(jù)體量的倍增而呈幾何倍數(shù)增長，原本已因系統(tǒng)過多而不堪重負(fù)的業(yè)務(wù)單位將雪上加霜。云計算可以將業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需要的一切資源部署在云端，而人工智能就可以直接在“云”上處理海量氣象數(shù)據(jù)。

更為重要的是，在海量氣象數(shù)據(jù)的“喂養(yǎng)”下，人工智能成長的速度也將驚人的快。屆時，“超級人工智能”或許就將出現(xiàn)，這種技術(shù)就會變成超級智力。最終，機器的智力會超過人類的集體智力。

“物聯(lián)網(wǎng)與人工智能、云計算的發(fā)展是密不可分的，三者就像打開氣象寶藏的三把鑰匙一樣，只有同時擰動才能開啟寶藏之門。單純把物物相連的意義非常有限，只有讓這種連接變得智能才能將物聯(lián)網(wǎng)的潛能完全釋放出來?！睆埫髡f。

然而，物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前面臨的最大問題之一就是信息安全問題，一旦被黑客或病毒侵入，后果將不堪設(shè)想。好在，具有高透明、可追溯和防篡改特性的區(qū)塊鏈為這個問題提供了很好的解決方案。氣象數(shù)據(jù)一旦上鏈，上鏈的時間和內(nèi)容均是公開透明的，且一旦上鏈便難以篡改，上鏈的內(nèi)容也將逐步具有法律效力，因此可溯源追責(zé)，這就為不同機構(gòu)進行數(shù)據(jù)交換和共享提供了信任基礎(chǔ)，用技術(shù)解決了信任和安全問題。

“物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合會產(chǎn)生區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)，而區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)可以大幅降低安全風(fēng)險?！标愩@說，更為重要的是，區(qū)塊鏈作為一種交易處理工具對物聯(lián)網(wǎng)而言是革命性的創(chuàng)新，許多人機交互會被機器間基于規(guī)則的交互取代。

此外，成功的物聯(lián)網(wǎng)解決方案必然有強大的價值主張，物聯(lián)網(wǎng)中的每一個設(shè)備都可以充當(dāng)獨立的商業(yè)主體，以極低的交易成本與其他設(shè)備共享能力和資源?？梢韵胂笸ㄟ^基于區(qū)塊鏈的智能合約和智能賬本等技術(shù)，我們可以使得每部氣象物聯(lián)網(wǎng)中的觀測設(shè)備都轉(zhuǎn)變?yōu)閾碛姓吆陀脩糁g的交易點和經(jīng)濟價值創(chuàng)造點。物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合所促成的一系列變革將使得物理世界像數(shù)字世界一樣流動、個性化和高效。