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萬物互聯時代 氣象如何玩轉物聯網?

2019-08-09 10:05 中國氣象報
關鍵詞:物聯網

導讀:物聯網被視爲繼計算機、互聯網之後的第三次信息産業浪潮,從進化的視角來看,物聯網實際上就是人類社會進化出的“眼睛”。

在距今5.42億年前,有一段時期出現了大量的較高等生物,物種多樣性呈爆發式增長——這就是寒武紀生命大爆發。至于爆發的原因,一些科學家認爲是因爲某些生物(比如著名的三葉蟲)進化出了眼睛。有了眼睛之後,這些生物開始追逐捕食其他生物。更爲重要的是,眼睛作爲一種傳感器,能夠收集大量數據,而隨著數據量的增加,大腦的學習周期就會加快,從而進一步推動之後的生物進化。

物聯網被視爲繼計算機、互聯網之後的第三次信息産業浪潮,從進化的視角來看,物聯網實際上就是人類社會進化出的“眼睛”。《商業內參》(BIIntelligence)今年發布的《2019年全球物聯網發展研究報告》指出,預計到2025年全球物聯網設備將超過640億個,遠高于2018年的100億和2017年的90億。據預測,到2035年將有超過1萬億個物聯網器件能在雲端保存傳感器數據。

物聯網的“寒武紀大爆發”正在來臨。

萬物互聯時代 氣象如何玩轉物聯網?

物聯網的前世今生

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

上世紀90年代,麻省理工學院教授凱文·艾什頓在寶潔公司做品牌經理時,發現一款棕色的口紅總是缺貨,但實際上庫存裏卻還有不少。于是他開始思考:如果在口紅的包裝中內置一種應用了無線射頻識別技術(RFID)的無線通信芯片,並且有一個無線網絡能隨時接收芯片傳來的數據,那麽零售商們就可以隨時知道貨架上有哪些商品,並且及時補貨。“物聯網”這個概念由此提出,凱文·艾什頓也因此被稱爲“物聯網之父”。

RFID是物聯網的核心技術之一,並且在第二次世界大戰期間就出現了最早的雛形。當時,英國軍隊利用無線電發射器加上雷達來識別敵軍和友軍的飛機。2000年後,RFID技術得到大規模應用,基于物流和供應鏈管理的物聯網開始構建起來。“當我們需要把所有‘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,而射頻識別技術就是爲了解決‘唯一性’問題,爲每一個‘物’貼上一個獨一無二的身份標簽。”張明說。

物與物之間除了要相互識別外,還要能進行數據收集和數據交換,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,比如氣象衛星、監控攝像頭、無人機等,都可以看作是采集數據的傳感器。此外,手機上也有大量的傳感器,比如GPS、重力感應器、紅外感應器、攝像頭、環境光感受器等。從這個意義上來說,手機其實就是一個物聯網集成設備。未來,內置豐富傳感器的智能手機可以發揮測量儀器的作用,收集氣溫、大氣壓和大氣潮汐等數據。

除了射頻識別和傳感器技術外,物聯網還包括智能處理和嵌入式技術。根據張明對未來趨勢的分析判斷,正在迅猛發展的5G技術將成爲物聯網發展曆史上的重大裏程碑事件,讓“萬物互聯”從根本上擺脫網絡環境的制約,極大地降低物聯網的建設成本,並使物聯網的服務水平突飛猛進。

總之,真正的物聯網是由網絡連接的感應器自動捕獲、分析數據,自行作出決定,需要機器具備自主學習、自主決策的能力,整個過程不再需要人的幹預。

氣象+物聯網

中國信息通信研究院發布的《2018物聯網白皮書》指出,全球物聯網産業規模由2008年的500億美元增長至2018年的1510億美元。在連接數快速增長和梅特卡夫定律的作用下,物聯網在各行業的新一輪應用已經開啓,落地增速加快,物聯網在各行業數字化變革中的賦能作用已非常明顯。

氣象行業作爲大數據的應用者,較早地接受了物聯網的賦能。在一些發達國家,物聯網技術已被廣泛應用于氣象監測預警、氣象預報、氣象信息傳輸和氣象服務等各個層面。例如,美國應用物聯網技術,已實現全自動地面觀測。2012年6月,美國國家天氣局成功應用物聯網技術研發了無線緊急預警系統。該系統可根據惡劣天氣經過的路徑確定受影響區域,以此搜尋該區域內所有手機發出的信號,自動匹配發送人群,既提高了預警准確性,又避免了信息擾民。日本氣象廳于2007年就建成了基于物聯網的地震感知預警系統。

韓國氣象廳采用RFID技術來監測天氣變化,通過布設無線感應器,建立自動天氣系統,實現對溫度、氣壓、濕度、風、沉澱物、降雪、可視性、雲層、地表地下溫度等要素的實時監測和天氣系統的追蹤,有效提高了氣象服務能力和保障水平。

“在國內,物聯網技術已應用到氣象信息監測、氣象信息發布服務和專業氣象服務等領域,並初步開發了部分應用系統和産品。”李建邦說。

目前,中國氣象局氣象探測中心正在研發下一代地面觀測系統,這就是基于物聯網技術的一個典型應用。該系統采用了具備嵌入式系統的全數字智能傳感器和具備網絡管理功能的智能集成處理器作爲控制節點,在台站級組網上采用“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絡,配套輔以智能雲計算平台。這套系統使得網絡中的每一個傳感器節點均可進行遠程管理、升級和維護。同時,節點之間的數據可以通過相互“訂閱”的方式實現台站間質量控制。

物聯網將手機、車輛甚至雨傘等物件的潛力完全釋放了出來,使其一一成爲獲取天氣數據的手段。各種各樣的傳感器很快就將遍布各個角落,這意味著天氣數據將無處不在。“物聯網的發展最終將徹底改變氣象行業。”張明說,在物聯網設備急劇增加並相互連接的條件下,獲取氣象數據的渠道將被前所未有地拓寬,氣象觀測數據的質量和精度也將得到前所未有的提升。

物聯網與人工智能、雲計算、區塊鏈

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,並且其觀察範圍主要限于人體感官所能達到的區域。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。物聯網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。

如果說物聯網是人類社會進化出的“眼睛”,那麽人工智能就是“大腦”。氣象數據當前總量大約爲23PB,僅每天産生的數據量就達幾十個TB。事實上,這樣體量的數據已經讓氣象工作者疲于應對,很多數據的價值根本沒時間去挖掘。

試想一下,當物聯網設備的數量達到千萬級甚至億級時,其産生的數據量將龐大得讓人難以想象,之前的數據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據幾乎就成爲唯一選擇。

此外,如此海量的數據如果全部部署到業務端或本地,那麽所花代價將隨搬遷數據體量的倍增而呈幾何倍數增長,原本已因系統過多而不堪重負的業務單位將雪上加霜。雲計算可以將業務系統所需要的一切資源部署在雲端,而人工智能就可以直接在“雲”上處理海量氣象數據。

更爲重要的是,在海量氣象數據的“喂養”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,這種技術就會變成超級智力。最終,機器的智力會超過人類的集體智力。

“物聯網與人工智能、雲計算的發展是密不可分的,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啓寶藏之門。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網的潛能完全釋放出來。”張明說。

然而,物聯網當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,後果將不堪設想。好在,具有高透明、可追溯和防篡改特性的區塊鏈爲這個問題提供了很好的解決方案。氣象數據一旦上鏈,上鏈的時間和內容均是公開透明的,且一旦上鏈便難以篡改,上鏈的內容也將逐步具有法律效力,因此可溯源追責,這就爲不同機構進行數據交換和共享提供了信任基礎,用技術解決了信任和安全問題。

“物聯網和區塊鏈技術結合會産生區塊鏈物聯網,而區塊鏈物聯網可以大幅降低安全風險。”陳鑽說,更爲重要的是,區塊鏈作爲一種交易處理工具對物聯網而言是革命性的創新,許多人機交互會被機器間基于規則的交互取代。

此外,成功的物聯網解決方案必然有強大的價值主張,物聯網中的每一個設備都可以充當獨立的商業主體,以極低的交易成本與其他設備共享能力和資源。可以想象通過基于區塊鏈的智能合約和智能賬本等技術,我們可以使得每部氣象物聯網中的觀測設備都轉變爲擁有者和用戶之間的交易點和經濟價值創造點。物聯網和區塊鏈技術結合所促成的一系列變革將使得物理世界像數字世界一樣流動、個性化和高效。