“智慧气象”内涵及特征分析

沈文海

（国家气象信息中心，100081）

 

一、引言

信息化对气象业务可能产生的影响以及目前气象信息化工作中存在的问题等，笔者在过去的一段时间里已有一定程度的分析，不再赘述。本文主要从当前信息化的主流趋势及其给气象信息化建设带来的启示入手，对目前至2020年左右气象信息化的主题、内涵和特征进行研究和探讨，并提出自己的结论和建议。

二、目前信息化呈现的新态势

当前信息化在云计算、物联网、移动互联以及大数据等声势浩大的技术主题推动下，呈现出纷繁复杂的发展态势，其中尤以四个“无处不在”、德国工业4.0、大平台微应用和智慧城市等内容，以未来发展的标志以及当前信息化的主题而引起人们广泛的关注。

（一）四个“无处不在”

“四个无处不在”（即：计算无处不在、网络无处不在、数据无处不在、软件无处不在）的局面，正在全球和中国形成，并已成为人类进入信息时代的基本特征。

1、计算无处不在

目前，计算机已以各种形式渗透到人类社会和人们日常生活的各个角落。众所周知，电脑的处理效率远高于人脑。既然计算机无处不在，如何最大限度地用好计算机，便成为衡量一个部门、单位乃至个人能力和水平的标志，“智慧”、“智能”的概念也由此而产生。

既然计算无处不在，那么“智慧”、“智能”也就有可能无处不在；正是在“计算”普及的情况下，各种“智慧”和“智能”的概念才有可能产生和不断发展起来。计算机的应用水平，决定了“智慧”、“智能” 的广度和深度，因为“智慧”、“智能”都是基于“计算”的。

2、网络无处不在

几乎所有的信息化向高端的发展都以宽带做为需求基础,宽带是人类走向网络时代的必然结果之一。在宽带网络建设方面，世界各国目前基本上以100Mbps为目标。以美国《国家宽带计划》为例，其目标是到2020年至少1亿家庭实现下行大于100Mbps上行大于50Mbps的宽带接入；德国的国家宽带战略是到2018年实现50Mbps覆盖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实现了2015年40%的家庭和企业接入带宽100Mbps的目标。其它如澳大利亚、芬兰、韩国等亦都有相应的国家宽带计划、措施和已实现的宽带接入速率。

在宽带网络发展的汹涌大潮中，移动宽带是引导宽带建设走向广度和深度的重要内容。

中国早在本世纪初，便由国家发改委、中国工程院、科技部、教育部等8个部门于2003年开始酝酿发起基于我国自主研发的有别于目前互联网的下一代互联网；该项工作于近年来取得取得重大突破。下一代互联网的示范工程已于2013年开始陆续启动，北京、上海、沈阳、南京、苏州、无锡、杭州等22个城市已获批成为第一批示范城市。

3、数据无处不在

在信息社会的今天，数据做为人类不可或缺的基本资源，其重要性已达到空前的高度。因为人类社会所涉及到的一些，从宇宙天体到海滩的沙粒、从自然界的森林湖泊到学校课堂的书桌课本、从人类感官的图像声音嗅觉到情感的喜怒哀乐乃至思维的痕迹和知识的记载，无不可以用数据来加以精确描述，人们已在物理世界和数字世界之间建立起近乎完美的桥梁。而当今我们所面对的浩如烟海的数据，无论这些数据代表的物理现象（温度、气压、雨量、文字、声音、图片、视频、嗅觉、触觉等）多么复杂，归根结蒂只有“1、0”两个代码。就是这两个代码的无穷组合代表了极其复杂且变化万千的物理世界、情感世界和精神世界。

毋庸置疑的是，我们今天已处于繁杂缤纷的数据时代，在这个时代里，社会生活所必需的资源除能源、物质外，还必须包含信息（即：数据）。现代信息技术的飞速发展，使得人们可以方便地检索、传播、处理和利用数据。因此，数据时代（或大数据时代），是信息时代固有的内涵之一。

4、软件无处不在

支撑“计算、网络和数据”无处不在，为人类的经济、政治、社会、文化、军事、科技活动做出贡献的是“软件”，软件是信息社会中知识和智慧最重要的载体，计算、网络和数据出现在何处，便一定会有相应的软件在该处运行，否则计算机和网络便无法运行，数据资源也无法利用。没有软件，计算机、网络和数据的价值将无从体现。

在信息社会中，对于基本业务是信息业务的气象部门而言，软件是衡量该部门业务能力强弱的重要维度。软件不强，计算、网络、数据、以及探测、预报、服务等都不可能强——因为支撑业务系统运转的是软件。

（二）德国工业4.0

 “工业4.0”的基本目标是建立一个高度灵活的个性化、数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。

工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起。“工业4.0”将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施等通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络，使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联，使得机器、工作部件、系统以及人类会通过网络持续地保持数字信息的交流，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。

 “工业4.0”的要点是：建设一个网络（信息物理系统CPS），研究两大主题（智能生产、智能工厂），实现三个集成（横向集成、纵向集成和端到端集成）。在“工业4.0”的模式下，生产方式将发生革命性变化，由目前的大规模、集中式、同质化、单向度向小规模、分散式、个性化、参与型转变。

鉴于市面上介绍和分析德国工业4.0的材料日渐丰富，限于篇幅，不予展开介绍。

（三）大平台、微应用

1、移动互联推动应用“碎片化”

移动互联技术的迅猛发展极大改变了人们的生活和工作模式，已成为最核心的IT变革驱动力，深刻地改变着企业级应用软件。

移动互联的泛在化导致移动智能终端的广泛普及，而移动智能终端在带给企业级软件用户使用便利，个性化体验、业务急速创新的同时，也将以往客户端/服务器运行级别的“大应用”前所未有的碎片化。过去的企业级软件多是“部门级”的“大”软件，这些软件往往模块众多，功能复杂，以适应部门级的企业团队协同工作；但在移动互联的驱动下，人们工作的流程从长流程变成短流程，鼠标点击变成手指触屏，线性协作变成点状聚合，大软件系统不得不为适应这种变化而被拆解为更小功能服务的小软件服务。智能移动设备推动软件碎片化，让工作无时无处都可以被处理，而越来越多的碎片化的需求又进一步反身强化更多智能设备的推广使用。未来，企业级用户将被更强大的移动互联力量夹裹着，进入碎片化应用时代。

2、“碎片化”带来新趋势、“大平台”+“微应用”

碎片化应用的基础是基于可提供良好基础计算能力的应用基础平台。该平台重点解决碎片化的应用间的标准统一、差异屏蔽、组件复用等问题，以实现可持续的软件应用运营与创新支撑。应用软件的碎片化导致应用系统的平台化。

平台化的本质是一个产业成熟到一定阶段后，人们用来简化复杂生产，实现规模化定制的一种方法。企业应用架构的平台化早就发生，但在云、移动互联技术的推动下，这个平台将变得更大和更为有力。

3、DevOps

DevOps应用于应用软件开发项目，其特点是摒弃传统软件工程长周期、里程碑、瀑布式的开发模式，代之以短周期开发、高频率发布、在用户应用反馈的基础上不断循环迭代，以新功能替代旧功能的开发方式，是一组过程、方法与系统的统称。

DevOps认为，新的软件功能只有在用户手中才能发挥出自身的价值，因此越早发布新的软件功能越好，因为这意味着新的软件功能所带来的价值实现的越快。DevOps的诉求是：更小、更频繁的变更──意味着更少的风险，让开发人员更多地控制生产环境，更多地以应用程序为中心来理解基础设施，定义简洁明了的流程，尽可能地自动化，促成开发与运营的协作。而要实现DevOps的目标，开发、技术运营和质量保障需要紧密协作，有机运行；从这个意义上说，DevOps体现的是项目承担机构的一种能力。而具备DevOps能力的组织，由于团队间协作关系的改善，整个组织的效率因此得到提升，伴随频繁变化而来的生产环境的风险也能得到降低。

（四）智慧城市

智慧城市是从智慧地球发展引伸而来的。有关智慧城市的参考分析书籍、材料和应用案例俯拾皆是，碍于篇幅，本文对智慧城市不做概述。总之，智慧城市的本质在于信息化与城市化的高度融合，是城市信息化向更高阶段发展的表现。

“智慧城市”需要具备四大特征，即：全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用、以人为本的可持续创新。

智慧城市理念在我国城市信息化建设中已有较广泛的应用，如：智慧医疗、智慧健康、智慧交通、智慧城管、智慧水务、智慧物流等等。该理念在政府行业部门的信息化建设中亦有一定范围和规模的运用，其中尤以国家林业局2013年8月颁布的《中国智慧林业发展指导意见》为突出。此外，国家电网总公司在智能电网方面的设计和建设思路，对气象部门的信息化建设也有相当的借鉴意义和作用。

三、信息化新态势的影响分析

（一）未来信息化发展的方向

1、移动应用成为优先

智能手机的使用极大地推动了移动互联网的发展；2014年6月，中国手机网民规模已达到5.27亿，超过了使用计算机上网的网民数量；预计2020年中国的网民人数因智能手机的普及将超过9亿。

移动互联网的重要性很快将超越固定互联网，而移动互联空间的扩展又促进移动应用的发展。目前，移动应用优先已成为越来越多企业的共识。

2、云计算改变信息化发展模式

云计算是计算技术发展的一次重大变革，必将重塑信息化的发展模式，对我国信息化的未来发展影响深远，也是气象部门业务大发展不可错过的历史机遇。

目前制约云计算发展的主要障碍在于数据安全和隐私保护。发展并广泛利用自主可控的核心技术，可以解决我国发展云计算所带来的安全问题。

3、信息系统：走向一体化

德国工业4.0强调企业信息系统的一体化，包括横向一体化和纵向一体化。

纵向一体化：整合不同层次（如执行装置、 传感装置、控制、生产管理、制造、执行及企业计划）的各种信息系统。目标是提供端到端的解决方案。

横向一体化：整合制造和业务规划流程不同阶段使用的各种信息系统，涉及公司内部（如进出厂物流、生产、营销）和公司外部（价值网络）的材料、能源、信息交换。目标同样是提供端到端的解决方案。

一体化将使企业信息系统升级为大系统或超巨系统，是一个由量变到质变的过程。

4、嵌入式“计算”催生了“智能物理系统”

在很多物理系统当中，由于嵌入了“计算”，使得原有的系统由单一的物理系统变成由两个主要部分组成的系统，即：物理（physical）部分和计算（cyber）部分。由此构成一类新的、工业时代所不曾有过的系统——智能物理系统：Cyber-Physical System（CPS ）。

计算部分与物理部分一起工作，计算部分的计算过程与物理部分的物理过程同时进行，信息、计算、通信和控制在一个系统中完成。物理系统因此智能化了。

德国工业4.0要求在企业层面构造智能物理系统，也就是将企业所有的计算机系统、网络，和企业的各种物理系统，如研发、生产、管理、营销等，实现一体化，变成一个大的、企业级的智能物理系统。