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气象“卫士”为亚运会保驾护航

2023-02-01

学苑创造·C版 2023年12期
关键词:云量马术气象部门

上一期,大脸兔为大家简单讲解了中国科技如何助力杭州亚运会,但以“绿色、智能、节俭、文明”为宗旨的杭州亚运会可不止于此,本期,棉花糖将更详细地给大家解析气象科技与亚运会的关系——

大型体育赛事能否成功举办,与天气状况息息相关。亚运会期间,各大运动赛事的场馆分布广、安全保障要求高,这对气象保障提出了更高的要求。同时,由于户外赛事受天气因素影响大,因此对天气的精密监测、精准预报和对赛事的精细服务,成了亚运会成功举办的重要因素之一。为此,气象部门不断打磨核心技术、优化支撑系统,用丰硕成果为亚运气象保障服务提供最好的“科技”底气。

“智能”是最能体现杭州亚运会特色的理念,也最能展现亚运气象服务的独特魅力,“天脸”识别系统就是体现杭州智能气象服务的成果之一。

在地面气象观测中,常规的气象要素已经实现了自动观测,但需要目测的项目,如云状、云量、霜、露、雪等天气现象,还是要依靠人工观测。然而,由于天气瞬息万变,很难用人工来实现高时空密度的连续观测。

为此,杭州市高技能人才创新工作室承担了“天脸”识别项目算法的研究。研究人员在全国各地采集了数百万张全天空图像和结冰、积雪、雾凇、雨凇等图像。这些图像经人工分类标注,最终筛选出十几万张图片作为训练集,利用百度科技和海康威视AI开放平台,用深度学习方法训练了云状、云量、结冰、积雪等AI识别模型,将智能识别算法融入摄像机内嵌程序,使一台普通的摄像机摇身一变,成为能看云识天气的智能化设备。经过现场比对试验,它的识别准确率达到90%以上。

“天脸”识别系统的秘密就藏在一个小小的摄像头中,它被称为“全天空成像仪”,其功能就是一直对着天空观测云的分布。一天24小时,一年365天,从不休息。简单来说,就是一个小小的摄像头通过智能算法,实现白天全天空云量和云状的持续自动监测。摄像头每5分鐘拍照一次,实时识别出云状和云量,帮助气象预报员判断不同的天气状况。以某一气象站为中心点、直径15千米~20千米的天空,都将被这个摄像头覆盖。除了能对云状和云量进行观测,全天空成像仪还能实时观测大气能见度的变化,当大气能见度低于一定程度时会实时预警。

“天脸”识别系统并不是杭州亚运气象服务中唯一的智能元素,利用智慧城市建设中的智慧灯杆布设微型、低成本、易安装、轻维护、便携化的物联网智能气象站,共享全市监控摄像机视频图像来识别能见度、雨强、视程障碍现象等,也是“智能亚运”在气象观测上的探索。亚运气象监测系统融合了最新的技术成果:新增的智能气象观测设备,布设基于人工智能视频识别技术的“天脸”识别系统,借助智慧灯杆而搭建的气象微站,使亚运核心区形成了智能、立体的气象泛在感知网,为亚运会的顺利举办保驾护航。

在马术比赛中,人和马都是运动员,讲究“人马合一”。马术比赛都在露天进行,而马这种很有灵性的动物对天气的敏感性较高,因此比赛时的气象条件对马的竞技状态影响很大。气温很重要,天气太冷或太热都会让马感觉不适,所以高温或低温天气都会影响比赛成绩。同样,雨的影响也很大。雨天路滑,泥泞的场地及雨雾对参赛选手和马的水平发挥都有影响,一不留神就可能人仰马翻。

为此,浙江省气象部门专门组建了“亚运马术气象服务小组”来保障亚运马术赛事的顺利进行。亚运马术比赛场馆所在的桐庐县的气象部门,提供了场馆区域近十年的气象要素数据资料,为赛事的时间安排提供了科学的决策依据。

2023年4月,浙江省气象部门还为马术中心气象站安装了北斗应急通信系统,实现气象数据传输“5G + 北斗”双保险,能在暴风雨等极端天气导致地面通信和移动通信断网的情况下,仍有效保证气象监测数据传输的安全和稳定,从而确保马术赛场气象监测数据的及时传输。同时,气象数据还被接入桐庐马术智慧场馆管理系统,使场馆内的温度、湿度、气压等气象数据能够被实时查看。

亚运会马术比赛正值9月,遇到高温、高湿、低气压天气,马可能会“中暑”。暑热压力指数(简称WBGT指数)不仅反映高温、日晒情况,而且反映了气压、湿度等对马的影响。暑热压力监测仪能实时监测温度、气温、湿度、风速、气压和辐射等6个气象要素,进而能够了解到马在太阳下进行比赛时所感受到的热压力。

一般来说,当WBGT指数大于28时,需要对马采取适当避暑措施;当WBGT指数大于32时,天气不利于马进行比赛,需要暂停比赛或对比赛时间进行调整。

除了自主研发,浙江省气象部门还引进了北京冬奥会的先进预报技术成果,并进行本地化应用。北京冬奥会重要科技成果“睿图临近数值预报系统”和“睿思系统”在浙江的落地,填补了省级“百米级分辨率、分钟级更新”实时分析和短临预报产品的空白。

针对亚运会的一些特定赛区和项目,气象部门还组织研发了若干新产品,例如:针对千岛湖公开水域游泳项目对水温的高敏感性,杭州市气象局联合市水文局建立了表层水温(0~100厘米)的水温预报模型;针对沙滩排球的特殊需求,宁波市气象局利用随机森林模型等研发了沙温预报产品;针对亚运特定富春江赛区和亚帆赛开发了精细化、网格化水面预报产品……这些新研发的技术产品为亚运会特定项目的气象服务保障奠定了坚实的基础。

亚运会赛事智能气象预报预警服务系统及其衍生的气象服务产品,为亚运赛事提供了精密的气象监测数据和可靠的预报预警服务。这些产品在时间上做到无缝隙,空间上达到场馆、亚运村全覆盖,短临产品最小时间分辨率可达到分钟级,重要场馆空间分辨率精确到百米级,可以为亚运会火炬传递、开闭幕式等重大活动,以及竞赛场馆、不同赛事提供全天候的气象保障服务。

过去人们常说“天有不测风云”,如今在系统化、智能化的气象观测体系下,杭州亚运会的赛场里不仅风云可测,更加精细的气象要素也能尽在掌握之中。

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