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优秀成果展示——天气现象视频智能观测仪

发布者：   来源：   发布时间：2025/3/3 0:00:00   标签:   浏览次数:458

成果评价编号： 中气科成评[2024]015
评价结果： 优秀
成果名称： 天气现象视频智能观测仪
完成单位： 华云升达（北京）气象科技有限责任公司
成果形式： 应用研究和技术开发类-仪器
研究领域： 综合气象观测
评价年份： 2024
完成人： 刘钧、吕宝磊、金佳宁、高天蕾、龚浩、魏宇晨、段宇罡、李楠、毕楠、靳力、梁广军、李红海
成果简介： 为全面实现地面气象观测自动化，中国气象局2018年提出发展人工智能图像视频技术和装备，解决“地面天气现象自动观测”这一地面气象观测自动化的最后关键难题，《气象高质量发展纲要（2022-2035年）》也明确提出要积极“发展智能化气象装备”。天气现象视频智能观测仪”是一套基于人工智能技术的天气现象智能识别系统，利用深度学习方法，具备对总云量、云状、地面凝结现象（霜、露、雨凇、雾凇）、结冰、积雪和雪深等9种天气现象（或气象要素）进行自动观测识别的能力，同时具备扩展电线积冰、视程障碍现象（轻雾、雾、霾、浮尘、扬沙、沙尘暴）的自动观测识别能力。
天气现象视频智能观测设备研发工作入选2022年中国气象局管理创新工作案例。创新水平体现在大规模天气现象标注图片数据集建设、基于深度学习的智能识别算法研发、基于边缘计算的算法服务和智能气象观测设备等几方面。 1.研发了高质量天气现象图片数据集，编制天气现象图片数据集的标注及质量检查规范，开发在线图像标注平台，支持多用户实时在线标注、对标注数据实时清洗与质控，积累形成国内规模领先且质量较高的天气现象数据集，近100万张标注图片数据集，作为核心支撑保障了智能气象观测算法的研发。 2.研发了多类型天气现象视频智能观测，以计算机视觉、分类、目标监测、语义分割、时序外推等算法在内的模型库。解决了多分类模型、目标定位、像素级语义分割、图片畸变校正和图像定量分析复杂关键技术，结合大规模训练数据集，研发了针对云量、云状、视程障碍、凝结类现象和积雪深度在内的天气现象要素的智能识别算法，达到相关准确率指标要求。利用最新模型压缩及轻量化技术，通过模型剪枝、知识蒸馏等方法降低模型的内存占用和运行功耗，以适配边缘端小型计算设备。 3.研发了基于边缘计算的智能识别应用，解决了基于边缘GPU计算平台内存约束下的多模型加载及异步调用运行问题，通过动态配置实现多种多类型的深度学习算法在线封装。开发天气现象视频智能观测深度学习模型算法服务模块，提供设备端的独立算法API，实现了模型集约部署、快捷调用，算法服务支持Jetson TX2、Jetson Nano、华为昇腾Atlas 500等多款边缘端计算设备上实时运行，并在阿里云进行部署，支持>800次/s并发请求。 4.研发集成智能气象观测设备，自研了高度集成的5合1摄像机系统，具备全天空观测、水平全景观测和地物近景观测的能力。开发统一的控制采集软件，能够在兼容多型号自研及外采网络摄像机的数据状态采集及远程控制，实现稳定运行。
通过多方联动研发机制、装备设计与生产流程、新技术拓展应用等的创新， “天气现象视频智能观测仪”及其相关成果取得申请发明专利1项，实用新型专利取得2项，计算机软件著作权取得5项，发表论文2篇。智能气象观测相关应用获得中国气象协会技术应用二等奖。 在观测司组织的外场考核中， “天气现象视频智能观测仪”以第一名的成绩通过考核，并在全国2400多个台站安装部署，对地面天气现象进行分钟级观测，其中云状、总云量识别准确率大于80%，其他天气现象识别准确率大于90%，实现了基于人工智能的地面气象观测设备的首次业务化应用。 “天气现象视频智能观测仪”产生的气象观测图片、视频及其数据产品在强对流观测、强降雪、冻雨观测中发挥了重要作用，并且作为重要参考材料多次为中央气象台、地方气象台的天气会商提供数据支撑，在冬奥会、亚运会等重要赛事中也发挥了积极作用，有力地促进了“观测精密、预报精准”。 “天气现象视频智能观测仪”在算法及其他智能气象观测产品累计销售2870套，合同金额达14798.151万元，取得了良好的经济价值，为智能气象装备产业化发展再添新业绩。
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