“智慧氣象”內(nèi)涵及特征分析
“智慧氣象”內(nèi)涵及特征分析
沈文海
（國(guó)家氣象信息中心，100081）
一、引言
信息化對(duì)氣象業(yè)務(wù)可能產(chǎn)生的影響以及目前氣象信息化工作中存在的問(wèn)題等，筆者在過(guò)去的一段時(shí)間里已有一定程度的分析，不再贅述。本文主要從當(dāng)前信息化的主流趨勢(shì)及其給氣象信息化建設(shè)帶來(lái)的啟示入手，對(duì)目前至2020年左右氣象信息化的主題、內(nèi)涵和特征進(jìn)行研究和探討，并提出自己的結(jié)論和建議。
二、目前信息化呈現(xiàn)的新態(tài)勢(shì)
當(dāng)前信息化在云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)以及大數(shù)據(jù)等聲勢(shì)浩大的技術(shù)主題推動(dòng)下，呈現(xiàn)出紛繁復(fù)雜的發(fā)展態(tài)勢(shì)，其中尤以四個(gè)“無(wú)處不在”、德國(guó)工業(yè)4.0、大平臺(tái)微應(yīng)用和智慧城市等內(nèi)容，以未來(lái)發(fā)展的標(biāo)志以及當(dāng)前信息化的主題而引起人們廣泛的關(guān)注。
（一）四個(gè)“無(wú)處不在”
“四個(gè)無(wú)處不在”（即：計(jì)算無(wú)處不在、網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在、數(shù)據(jù)無(wú)處不在、軟件無(wú)處不在）的局面，正在全球和中國(guó)形成，并已成為人類(lèi)進(jìn)入信息時(shí)代的基本特征。
1、計(jì)算無(wú)處不在
目前，計(jì)算機(jī)已以各種形式滲透到人類(lèi)社會(huì)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾�(gè)角落。眾所周知，電腦的處理效率遠(yuǎn)高于人腦。既然計(jì)算機(jī)無(wú)處不在，如何最大限度地用好計(jì)算機(jī)，便成為衡量一個(gè)部門(mén)、單位乃至個(gè)人能力和水平的標(biāo)志，“智慧”、“智能”的概念也由此而產(chǎn)生。
既然計(jì)算無(wú)處不在，那么“智慧”、“智能”也就有可能無(wú)處不在；正是在“計(jì)算”普及的情況下，各種“智慧”和“智能”的概念才有可能產(chǎn)生和不斷發(fā)展起來(lái)。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平，決定了“智慧”、“智能” 的廣度和深度，因?yàn)椤爸腔邸�、“智能”都是基于“�?jì)算”的。
2、網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在
幾乎所有的信息化向高端的發(fā)展都以寬帶做為需求基礎(chǔ),寬帶是人類(lèi)走向網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的必然結(jié)果之一。在寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，世界各國(guó)目前基本上以100Mbps為目標(biāo)。以美國(guó)《國(guó)家寬帶計(jì)劃》為例，其目標(biāo)是到2020年至少1億家庭實(shí)現(xiàn)下行大于100Mbps上行大于50Mbps的寬帶接入；德國(guó)的國(guó)家寬帶戰(zhàn)略是到2018年實(shí)現(xiàn)50Mbps覆蓋100％全部家庭，到2020年50％的家庭至少100Mbps接入；而瑞典甚至已于今年提前實(shí)現(xiàn)了2015年40%的家庭和企業(yè)接入帶寬100Mbps的目標(biāo)。其它如澳大利亞、芬蘭、韓國(guó)等亦都有相應(yīng)的國(guó)家寬帶計(jì)劃、措施和已實(shí)現(xiàn)的寬帶接入速率。
在寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的洶涌大潮中，移動(dòng)寬帶是引導(dǎo)寬帶建設(shè)走向廣度和深度的重要內(nèi)容。
中國(guó)早在本世紀(jì)初，便由國(guó)家發(fā)改委、中國(guó)工程院、科技部、教育部等8個(gè)部門(mén)于2003年開(kāi)始醞釀發(fā)起基于我國(guó)自主研發(fā)的有別于目前互聯(lián)網(wǎng)的下一代互聯(lián)網(wǎng)；該項(xiàng)工作于近年來(lái)取得取得重大突破。下一代互聯(lián)網(wǎng)的示范工程已于2013年開(kāi)始陸續(xù)啟動(dòng)，北京、上海、沈陽(yáng)、南京、蘇州、無(wú)錫、杭州等22個(gè)城市已獲批成為第一批示范城市。
3、數(shù)據(jù)無(wú)處不在
在信息社會(huì)的今天，數(shù)據(jù)做為人類(lèi)不可或缺的基本資源，其重要性已達(dá)到空前的高度。因?yàn)槿祟?lèi)社會(huì)所涉及到的一些，從宇宙天體到海灘的沙粒、從自然界的森林湖泊到學(xué)校課堂的書(shū)桌課本、從人類(lèi)感官的圖像聲音嗅覺(jué)到情感的喜怒哀樂(lè)乃至思維的痕跡和知識(shí)的記載，無(wú)不可以用數(shù)據(jù)來(lái)加以精確描述，人們已在物理世界和數(shù)字世界之間建立起近乎完美的橋梁。而當(dāng)今我們所面對(duì)的浩如煙海的數(shù)據(jù)，無(wú)論這些數(shù)據(jù)代表的物理現(xiàn)象（溫度、氣壓、雨量、文字、聲音、圖片、視頻、嗅覺(jué)、觸覺(jué)等）多么復(fù)雜，歸根結(jié)蒂只有“1、0”兩個(gè)代碼。就是這兩個(gè)代碼的無(wú)窮組合代表了極其復(fù)雜且變化萬(wàn)千的物理世界、情感世界和精神世界。
毋庸置疑的是，我們今天已處于繁雜繽紛的數(shù)據(jù)時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代里，社會(huì)生活所必需的資源除能源、物質(zhì)外，還必須包含信息（即：數(shù)據(jù)）�，F(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得人們可以方便地檢索、傳播、處理和利用數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)時(shí)代（或大數(shù)據(jù)時(shí)代），是信息時(shí)代固有的內(nèi)涵之一。
4、軟件無(wú)處不在
支撐“計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)”無(wú)處不在，為人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)、文化、軍事、科技活動(dòng)做出貢獻(xiàn)的是“軟件”，軟件是信息社會(huì)中知識(shí)和智慧最重要的載體，計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)出現(xiàn)在何處，便一定會(huì)有相應(yīng)的軟件在該處運(yùn)行，否則計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)便無(wú)法運(yùn)行，數(shù)據(jù)資源也無(wú)法利用。沒(méi)有軟件，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的價(jià)值將無(wú)從體現(xiàn)。
在信息社會(huì)中，對(duì)于基本業(yè)務(wù)是信息業(yè)務(wù)的氣象部門(mén)而言，軟件是衡量該部門(mén)業(yè)務(wù)能力強(qiáng)弱的重要維度。軟件不強(qiáng)，計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、以及探測(cè)、預(yù)報(bào)、服務(wù)等都不可能強(qiáng)——因?yàn)橹螛I(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的是軟件。
（二）德國(guó)工業(yè)4.0
“工業(yè)4.0”的基本目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。
工業(yè)4.0的核心是連接，要把設(shè)備、生產(chǎn)線(xiàn)、工廠(chǎng)、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客戶(hù)緊密地連接在一起�！肮I(yè)4.0”將無(wú)處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施等通過(guò)信息物理系統(tǒng)（CPS）形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使得產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備之間、不同的生產(chǎn)設(shè)備之間以及數(shù)字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機(jī)器、工作部件、系統(tǒng)以及人類(lèi)會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)持續(xù)地保持?jǐn)?shù)字信息的交流，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。
“工業(yè)4.0”的要點(diǎn)是：建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（信息物理系統(tǒng)CPS），研究?jī)纱笾黝}（智能生產(chǎn)、智能工廠(chǎng)），實(shí)現(xiàn)三個(gè)集成（橫向集成、縱向集成和端到端集成）。在“工業(yè)4.0”的模式下，生產(chǎn)方式將發(fā)生革命性變化，由目前的大規(guī)模、集中式、同質(zhì)化、單向度向小規(guī)模、分散式、個(gè)性化、參與型轉(zhuǎn)變。
鑒于市面上介紹和分析德國(guó)工業(yè)4.0的材料日漸豐富，限于篇幅，不予展開(kāi)介紹。
（三）大平臺(tái)、微應(yīng)用
1、移動(dòng)互聯(lián)推動(dòng)應(yīng)用“碎片化”
移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的迅猛發(fā)展極大改變了人們的生活和工作模式，已成為最核心的IT變革驅(qū)動(dòng)力，深刻地改變著企業(yè)級(jí)應(yīng)用軟件。
移動(dòng)互聯(lián)的泛在化導(dǎo)致移動(dòng)智能終端的廣泛普及，而移動(dòng)智能終端在帶給企業(yè)級(jí)軟件用戶(hù)使用便利，個(gè)性化體驗(yàn)、業(yè)務(wù)急速創(chuàng)新的同時(shí)，也將以往客戶(hù)端/服務(wù)器運(yùn)行級(jí)別的“大應(yīng)用”前所未有的碎片化。過(guò)去的企業(yè)級(jí)軟件多是“部門(mén)級(jí)”的“大”軟件，這些軟件往往模塊眾多，功能復(fù)雜，以適應(yīng)部門(mén)級(jí)的企業(yè)團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作；但在移動(dòng)互聯(lián)的驅(qū)動(dòng)下，人們工作的流程從長(zhǎng)流程變成短流程，鼠標(biāo)點(diǎn)擊變成手指觸屏，線(xiàn)性協(xié)作變成點(diǎn)狀聚合，大軟件系統(tǒng)不得不為適應(yīng)這種變化而被拆解為更小功能服務(wù)的小軟件服務(wù)。智能移動(dòng)設(shè)備推動(dòng)軟件碎片化，讓工作無(wú)時(shí)無(wú)處都可以被處理，而越來(lái)越多的碎片化的需求又進(jìn)一步反身強(qiáng)化更多智能設(shè)備的推廣使用。未來(lái)，企業(yè)級(jí)用戶(hù)將被更強(qiáng)大的移動(dòng)互聯(lián)力量夾裹著，進(jìn)入碎片化應(yīng)用時(shí)代。
2、“碎片化”帶來(lái)新趨勢(shì)、“大平臺(tái)”+“微應(yīng)用”
碎片化應(yīng)用的基礎(chǔ)是基于可提供良好基礎(chǔ)計(jì)算能力的應(yīng)用基礎(chǔ)平臺(tái)。該平臺(tái)重點(diǎn)解決碎片化的應(yīng)用間的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、差異屏蔽、組件復(fù)用等問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的軟件應(yīng)用運(yùn)營(yíng)與創(chuàng)新支撐。應(yīng)用軟件的碎片化導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)的平臺(tái)化。
平臺(tái)化的本質(zhì)是一個(gè)產(chǎn)業(yè)成熟到一定階段后，人們用來(lái)簡(jiǎn)化復(fù)雜生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)規(guī)�；ㄖ频囊环N方法。企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)的平臺(tái)化早就發(fā)生，但在云、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的推動(dòng)下，這個(gè)平臺(tái)將變得更大和更為有力。
3、DevOps
DevOps應(yīng)用于應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，其特點(diǎn)是摒棄傳統(tǒng)軟件工程長(zhǎng)周期、里程碑、瀑布式的開(kāi)發(fā)模式，代之以短周期開(kāi)發(fā)、高頻率發(fā)布、在用戶(hù)應(yīng)用反饋的基礎(chǔ)上不斷循環(huán)迭代，以新功能替代舊功能的開(kāi)發(fā)方式，是一組過(guò)程、方法與系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)。
DevOps認(rèn)為，新的軟件功能只有在用戶(hù)手中才能發(fā)揮出自身的價(jià)值，因此越早發(fā)布新的軟件功能越好，因?yàn)檫@意味著新的軟件功能所帶來(lái)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)的越快。DevOps的訴求是：更小、更頻繁的變更──意味著更少的風(fēng)險(xiǎn)，讓開(kāi)發(fā)人員更多地控制生產(chǎn)環(huán)境，更多地以應(yīng)用程序?yàn)橹行膩?lái)理解基礎(chǔ)設(shè)施，定義簡(jiǎn)潔明了的流程，盡可能地自動(dòng)化，促成開(kāi)發(fā)與運(yùn)營(yíng)的協(xié)作。而要實(shí)現(xiàn)DevOps的目標(biāo)，開(kāi)發(fā)、技術(shù)運(yùn)營(yíng)和質(zhì)量保障需要緊密協(xié)作，有機(jī)運(yùn)行；從這個(gè)意義上說(shuō)，DevOps體現(xiàn)的是項(xiàng)目承擔(dān)機(jī)構(gòu)的一種能力。而具備DevOps能力的組織，由于團(tuán)隊(duì)間協(xié)作關(guān)系的改善，整個(gè)組織的效率因此得到提升，伴隨頻繁變化而來(lái)的生產(chǎn)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)也能得到降低。
（四）智慧城市
智慧城市是從智慧地球發(fā)展引伸而來(lái)的。有關(guān)智慧城市的參考分析書(shū)籍、材料和應(yīng)用案例俯拾皆是，礙于篇幅，本文對(duì)智慧城市不做概述�？傊腔鄢鞘械谋举|(zhì)在于信息化與城市化的高度融合，是城市信息化向更高階段發(fā)展的表現(xiàn)。
“智慧城市”需要具備四大特征，即：全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯(lián)、智能融合的應(yīng)用、以人為本的可持續(xù)創(chuàng)新。
智慧城市理念在我國(guó)城市信息化建設(shè)中已有較廣泛的應(yīng)用，如：智慧醫(yī)療、智慧健康、智慧交通、智慧城管、智慧水務(wù)、智慧物流等等。該理念在政府行業(yè)部門(mén)的信息化建設(shè)中亦有一定范圍和規(guī)模的運(yùn)用，其中尤以國(guó)家林業(yè)局2013年8月頒布的《中國(guó)智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》為突出。此外，國(guó)家電網(wǎng)總公司在智能電網(wǎng)方面的設(shè)計(jì)和建設(shè)思路，對(duì)氣象部門(mén)的信息化建設(shè)也有相當(dāng)?shù)慕梃b意義和作用。
三、信息化新態(tài)勢(shì)的影響分析
（一）未來(lái)信息化發(fā)展的方向
1、移動(dòng)應(yīng)用成為優(yōu)先
智能手機(jī)的使用極大地推動(dòng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展；2014年6月，中國(guó)手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模已達(dá)到5.27億，超過(guò)了使用計(jì)算機(jī)上網(wǎng)的網(wǎng)民數(shù)量；預(yù)計(jì)2020年中國(guó)的網(wǎng)民人數(shù)因智能手機(jī)的普及將超過(guò)9億。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的重要性很快將超越固定互聯(lián)網(wǎng)，而移動(dòng)互聯(lián)空間的擴(kuò)展又促進(jìn)移動(dòng)應(yīng)用的發(fā)展。目前，移動(dòng)應(yīng)用優(yōu)先已成為越來(lái)越多企業(yè)的共識(shí)。
2、云計(jì)算改變信息化發(fā)展模式
云計(jì)算是計(jì)算技術(shù)發(fā)展的一次重大變革，必將重塑信息化的發(fā)展模式，對(duì)我國(guó)信息化的未來(lái)發(fā)展影響深遠(yuǎn)，也是氣象部門(mén)業(yè)務(wù)大發(fā)展不可錯(cuò)過(guò)的歷史機(jī)遇。
目前制約云計(jì)算發(fā)展的主要障礙在于數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)。發(fā)展并廣泛利用自主可控的核心技術(shù)，可以解決我國(guó)發(fā)展云計(jì)算所帶來(lái)的安全問(wèn)題。
3、信息系統(tǒng)：走向一體化
德國(guó)工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)企業(yè)信息系統(tǒng)的一體化，包括橫向一體化和縱向一體化。
縱向一體化：整合不同層次（如執(zhí)行裝置、 傳感裝置、控制、生產(chǎn)管理、制造、執(zhí)行及企業(yè)計(jì)劃）的各種信息系統(tǒng)。目標(biāo)是提供端到端的解決方案。
橫向一體化：整合制造和業(yè)務(wù)規(guī)劃流程不同階段使用的各種信息系統(tǒng)，涉及公司內(nèi)部（如進(jìn)出廠(chǎng)物流、生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)）和公司外部（價(jià)值網(wǎng)絡(luò)）的材料、能源、信息交換。目標(biāo)同樣是提供端到端的解決方案。
一體化將使企業(yè)信息系統(tǒng)升級(jí)為大系統(tǒng)或超巨系統(tǒng)，是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程。
4、嵌入式“計(jì)算”催生了“智能物理系統(tǒng)”
在很多物理系統(tǒng)當(dāng)中，由于嵌入了“計(jì)算”，使得原有的系統(tǒng)由單一的物理系統(tǒng)變成由兩個(gè)主要部分組成的系統(tǒng)，即：物理（physical）部分和計(jì)算（cyber）部分。由此構(gòu)成一類(lèi)新的、工業(yè)時(shí)代所不曾有過(guò)的系統(tǒng)——智能物理系統(tǒng)：Cyber-Physical System（CPS ）。
計(jì)算部分與物理部分一起工作，計(jì)算部分的計(jì)算過(guò)程與物理部分的物理過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，信息、計(jì)算、通信和控制在一個(gè)系統(tǒng)中完成。物理系統(tǒng)因此智能化了。
德國(guó)工業(yè)4.0要求在企業(yè)層面構(gòu)造智能物理系統(tǒng)，也就是將企業(yè)所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)，和企業(yè)的各種物理系統(tǒng)，如研發(fā)、生產(chǎn)、管理、營(yíng)銷(xiāo)等，實(shí)現(xiàn)一體化，變成一個(gè)大的、企業(yè)級(jí)的智能物理系統(tǒng)。
