5G技術在氣象App中的應用探索

林孔杰，許藝雯，夏利娜，汪春輝

(1.福建省氣象服務中心，福建 福州 350001；2.福建省預警信息發(fā)布中心，福建 福州 350001)

0 引言

通信技術的變遷不斷改變?nèi)藗儷@取信息的方式，氣象app作為由專業(yè)氣象部門開發(fā)的氣象類信息傳播移動類應用程序，對移動氣象服務提出了更高的要求。氣象app不僅僅是將氣象服務產(chǎn)品展示在移動手機端，還需要實現(xiàn)真正的智慧移動氣象服務。5G技術的普及，將推進移動數(shù)據(jù)通信技術的發(fā)展熱潮，拓展5G技術在氣象app中的應用，提升移動氣象服務水平，推動智慧氣象服務。

1 5G技術概念

5G(第五代移動通信技術)是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術。面向移動互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長，為移動互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的用戶體驗。5G是基于數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡技術，與4G之間可以無縫兼容，在5G無法覆蓋的地方，還可使用4G，為后續(xù)的5G全面鋪設提供了基礎。其特點如下:①峰值速率達到了10～20 Gbit/s，滿足高清視頻、虛擬現(xiàn)實等大數(shù)據(jù)傳輸。②空中接口時延低至1 ms，滿足實時遠程應用。③具備百萬連接/平方公里的設備連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。④連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100 Mbit/s。

相對4G網(wǎng)絡，傳輸速率提升10～100倍，端到端時延達到ms級，連接設備密度增加10～100倍，流量密度提升1 000倍，頻譜效率提升5～10倍，能夠在500 km/h的速度下保證用戶體驗。截止9月末，我國5G基站總數(shù)達115.9萬個[1]，已建成全球最大規(guī)模光纖和移動通信網(wǎng)絡。5G基站、終端連接數(shù)全球占比分別超過70%和80%。隨著5G基站的不斷建設，5G技術的普及將推動移動氣象服務向智能化、個性化發(fā)展。

2 氣象App概念

氣象app作為天氣查詢軟件，其主要服務于用戶日常生活生產(chǎn)的需求，推送即時天氣情況。其中由氣象部門研發(fā)的氣象app不僅為公眾提供天氣推送、預報預警等天氣情況，還承擔為有關部門提供方向性、決策性的氣象指導服務。主要優(yōu)勢是氣象部門擁有大量氣象專業(yè)數(shù)據(jù)，如地面、衛(wèi)星、雷達等觀測數(shù)據(jù)，可分析制作各類氣象服務產(chǎn)品，提供個性化、屬地化、專業(yè)化氣象服務。

以福建省氣象局發(fā)布的知天氣App為例，該app不僅涵蓋天氣實況、逐時、逐日天氣預報等天氣數(shù)據(jù)，還提供各類屬地化氣象服務、氣象科普講解、旅游交通等氣象服務，隨時隨地為專業(yè)氣象人員、航空人員、相關專業(yè)人員提供專業(yè)化氣象服務。因此氣象app能第一時間向用戶發(fā)布氣象信息，各有關部門能隨時隨地準確無誤地接收到信息。但4G網(wǎng)絡下的遠程通信技術，無法支持高并發(fā)、多形式的氣象數(shù)據(jù)快速集成可視在氣象app上。因此5G技術的發(fā)展能夠大幅度提升移動信息服務的質量和效率，而且推進了高新技術在氣象app中的應用，促進氣象app更智能化、個性化。

3 5G技術對氣象App的影響

3.1 強化數(shù)據(jù)服務，增強信息化、實時化

隨著氣象數(shù)據(jù)指數(shù)級增長，終端無法按需實時提供針對性的服務，也無法在線實時處理大量數(shù)據(jù)。5G高帶寬、低延遲的網(wǎng)絡特點將促進移動終端的計算量成倍增長。大量的數(shù)據(jù)傳輸將成為服務常態(tài)。氣象app整合了天氣實況、決策服務產(chǎn)品，自動站監(jiān)測、預警、臺風、專項服務產(chǎn)品以及更多專業(yè)氣象產(chǎn)品，從多維度展示精準、及時的氣象服務。由于氣象產(chǎn)品如雷達圖等，各氣象要素及時、定量的實時信息，是用戶在使用app時的重點關注點[2]，而4G通信不能穩(wěn)定地提供實時氣象數(shù)據(jù)，5G低延時、高速率的特征將提升app數(shù)據(jù)傳輸及更新的頻率，因而能夠提高用戶對于當前氣象信息獲取的便捷性和直觀性。

3.2 融媒體，豐富交互多樣化

氣象app作為氣象媒體傳播關鍵載體之一，5G時代氣象信息服務的關鍵是在于加強手機app等氣象信息傳播平臺建設，研發(fā)特色的專項服務產(chǎn)品[3]。5G時代的到來，破除了網(wǎng)速的制約，氣象app將輕松地與新媒體接軌。有效運用5G技術，能有效發(fā)揮氣象融媒體優(yōu)勢，將會說話的氣象產(chǎn)品呈現(xiàn)給用戶。通過氣象app分享天氣現(xiàn)狀，用戶參與實時氣象播報，加強用戶互動，提高用戶黏性。用戶參與氣象預報，用戶可將當前天氣情況進行實時自由發(fā)布，不僅能采用圖片形式，還能實時以視頻或直播等方式傳輸現(xiàn)場畫面[4]。5G技術為氣象直播提供了便利，直播中大數(shù)據(jù)量傳播、信號中斷、畫面卡頓等問題也將得到解決，從而提升用戶對災害性天氣的實時關注度，提升氣象服務質量。5G技術的普及，同樣將打破VR等高新技術在氣象方面的應用難關。依靠手機載體，通過VR的形式對氣象服務產(chǎn)品進行虛擬增強，將天氣情況呈現(xiàn)于用戶，將提高氣象科普的互動性，推動氣象行業(yè)發(fā)展[5]。

3.3 氣象服務智能化

5G通信技術未來的發(fā)展必然是智能化和自動化[6]，它能基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術，滿足不同用戶的多樣化及個性化需求。氣象app也將進入智慧氣象時代，能服務農(nóng)業(yè)、工業(yè)、教育、交通等行業(yè)，氣象app結合圖像識別、深度學習等人工智能技術進行智慧氣象服務設計。5G與大數(shù)據(jù)的結合，使每個用戶終端都是無處不在的信息終端，可實時采集氣象信息，感知并服務用戶的氣象需求，實現(xiàn)精準化、智慧化氣象服務。大數(shù)據(jù)分析app與用戶的交互過程，對用戶行為習慣和關注點的把握，刻畫用戶畫像。結合特定應用場景，提供專業(yè)化、定制化氣象服務，提升用戶的體驗效果，提高為用戶服務的效率，實現(xiàn)智能感知、精準泛在的智慧氣象服務。

4 5G技術在氣象App中的應用

4.1 5G定位

通過移動設備的定位服務，可以了解用戶周圍的環(huán)境。5G定位具有高速移動和超低時延的定位能力。5G的多基站共同協(xié)作能為用戶實現(xiàn)高精度實時定位，實現(xiàn)基于用戶需求的個性精準、高端定制的天氣服務。氣象app作為信息通信設備，結合物聯(lián)網(wǎng)等技術，實現(xiàn)對用戶當前環(huán)境的精準定位與分析達到智慧交通、智慧旅游等效果。為用戶提供實時、精確的天氣現(xiàn)象，有效規(guī)避惡劣天氣所造成的危害。

4.2 遠程監(jiān)控

遠程監(jiān)控是解決人類處于高危環(huán)境作業(yè)的需求。遠程監(jiān)控的應用，使氣象觀測站無人值守已成為當今地面氣象觀測自動化發(fā)展的必然趨勢。當前的4G網(wǎng)絡已無法滿足遠程數(shù)據(jù)通信的應用需求，而5G通信可以彌補4G網(wǎng)絡的不足，實現(xiàn)超遠距離通信。通過5G網(wǎng)絡實現(xiàn)對終端或無人機的超遠程監(jiān)控，向其發(fā)出各種操控指令，完成氣象設備巡檢、維護等業(yè)務。同時將采集到的信息反饋給移動終端進行數(shù)據(jù)傳輸。遠程協(xié)助氣象app實現(xiàn)移動智能遠程監(jiān)控，氣象人員將能隨時隨地監(jiān)控氣象設備，保障氣象觀測設備安全生產(chǎn)。

4.3 D2D技術

D2D即Device-to-Device，也稱為終端直通。D2D通信技術是指兩個對等的用戶節(jié)點之間直接進行通信的一種通信方式。在D2D通信網(wǎng)路中，用戶節(jié)點同時扮演伺服器和客戶端的角色，用戶能夠意識到彼此的存在，自組織地構成一個虛擬或者實際的群體。D2D通信可以解決極端自然災害引起的通信基礎設施損壞而導致通信中斷，不能進行氣象數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)膯栴}。利用D2D的發(fā)現(xiàn)功能，用戶能尋找鄰近區(qū)域的用戶，將災害天氣分享給一定范圍內(nèi)的用戶，場景可應用于景區(qū)、高速等圈定場所。還可及時告知附近用戶情況，使用戶及時發(fā)現(xiàn)異常天氣情況，減少不必要的信息周轉環(huán)節(jié)，及時預警，提升防災減災預警告警能力。

4.4 5G消息

5G消息是5G時代基于GSMA統(tǒng)一標準的基礎通信業(yè)務。5G消息是5G時代升級版的“手機短信”，可實現(xiàn)文本、圖片、視頻等多種媒體類型的消息收發(fā)。隨著網(wǎng)絡通信的普及，氣象短信漸漸被一些即時通信平臺取代。氣象app開發(fā)基于5G消息的氣象短信定制功能不僅能豐富氣象服務形式，還能為用戶提供更加豐富便捷的氣象服務。如氣象部門使用5G消息發(fā)布氣象預警，可以給群眾推送文字、長圖、短視頻等“花式”天氣預報，讓預警信息更直觀，預警效果比單純的文字要強得多。相比短信，5G消息具有較強的社交功能和個性化服務，實現(xiàn)“信息即服務”[7]。還可以結合人工智能、云計算和大數(shù)據(jù)等，為用戶提供高效的智能服務，滿足用戶豐富的信息溝通需求和多樣化的服務需求。此外5G消息有運營商運營，氣象app與運營商對接，接受國家相關部門監(jiān)管，不僅能保證氣象數(shù)據(jù)來源的可靠性，而且能使氣象數(shù)據(jù)安全得到保障。

5 結語

5G技術的推動下，氣象app也將更信息化、多樣化、智能化，同時促進氣象app與人工智能、VR等技術的有機結合，提升了用戶交互體驗。隨著5G技術的不斷發(fā)展與實踐，將拓寬氣象app應用場景，使氣象app往高質量服務水平發(fā)展，為智慧氣象服務注入新的活力，進一步推動氣象服務發(fā)展。