作為一個(gè)北京城的老住戶(hù)，霧霾和水污染成了近幾年我最糟心的兩件事兒。終于在去年，北京開(kāi)始有了空氣清潔行動(dòng)計(jì)劃，并提出2017年將把PM2.5的含量降到60的目標(biāo)。另外，北京市財(cái)政局近日也進(jìn)一步明確，未來(lái)5年將投入近500億治理霧霾。

然而面對(duì)這些確之鑿鑿的數(shù)字，我從心里還是不免疑問(wèn)：這些降霾目標(biāo)是如何計(jì)算出來(lái)的?它們真能按期實(shí)現(xiàn)嗎?治霾背后的支撐技術(shù)又有哪些呢?

有沒(méi)有誰(shuí)能給我一個(gè)答案?近日，在IBM與北京市政府達(dá)成合作協(xié)議之后，借著走進(jìn)IBM中國(guó)研究院創(chuàng)新解決方案中心的機(jī)會(huì)，我和最前沿的研究員和工程師展開(kāi)面對(duì)面溝通，一探治霾背后的龐大工程和技術(shù)力量。

治霾涉及新能源預(yù)測(cè)和企業(yè)節(jié)能減排等綜合方案

“治理霧霾是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題，需要從能源和環(huán)境等不同的維度的共同作用來(lái)解決。”前沿人員看到的場(chǎng)景果然全面。“首先，它涉及到如何更好地利用更多的可再生能源、減少本地火電一系列能源;其次，它還涉及到企業(yè)如何更好地利用能源做節(jié)能減排;之后，對(duì)整個(gè)社會(huì)來(lái)講，涉及的是如何能夠用更好的技術(shù)幫助社會(huì)做空氣的污染防治。”

水電、風(fēng)電和太陽(yáng)能都是傳統(tǒng)意義上的可再生能源，也是實(shí)現(xiàn)綠色能源的一個(gè)很重要的能源來(lái)源。但可再生能源天然的不足之處在于，它們會(huì)受到外界的影響、是極其不穩(wěn)定的。比如，水電受制于來(lái)水和降雨的影響，風(fēng)也會(huì)突然大、突然小，光能的話(huà)，有時(shí)候會(huì)晴天有時(shí)候陰天，有時(shí)一片云擋住太陽(yáng)，也會(huì)影響光的發(fā)電等等。

對(duì)于整個(gè)能源的利用來(lái)講，發(fā)電不穩(wěn)定性就造成了電網(wǎng)運(yùn)行控制的不穩(wěn)定性。而如果能夠提高氣象、天氣的預(yù)測(cè)精度的話(huà)，將使城市整個(gè)控制中心確切地知道在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)可再生能源將會(huì)有什么樣的變化。

IBM現(xiàn)場(chǎng)介紹了他們做的氣象模型，并演示了一系列核心的對(duì)于氣象、天氣預(yù)測(cè)的能力，包括仿真分析空氣污染的擴(kuò)散、預(yù)測(cè)等等一系列的基礎(chǔ)技術(shù)。可以看到，這些技術(shù)能夠?qū)Υ髿獾沫h(huán)流、對(duì)風(fēng)和空氣的流動(dòng)，進(jìn)行從大尺度到小尺度的一種混合的高精度的預(yù)測(cè)。系統(tǒng)可以提供各個(gè)區(qū)域的風(fēng)速、風(fēng)向，移動(dòng)的方式，從廣義的整個(gè)區(qū)域級(jí)的到城市級(jí)的，再?gòu)某鞘屑?jí)到一公里級(jí)別的分辨率的預(yù)測(cè)。

另外，科學(xué)家們也能通過(guò)對(duì)單個(gè)風(fēng)機(jī)的發(fā)電進(jìn)行預(yù)測(cè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的總體做出的預(yù)測(cè)。因?yàn)椴煌L(fēng)機(jī)在不同的位置都會(huì)受到地形條件的影響，受到前后“尾流效應(yīng)”的影響，因此它的發(fā)電是有偏差的。現(xiàn)在，已經(jīng)可以通過(guò)對(duì)尾流、湍流的建模完成對(duì)單個(gè)風(fēng)機(jī)不同尺度的預(yù)測(cè)。然后，再把這些單個(gè)風(fēng)機(jī)的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行累加，就可以得到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)。

物聯(lián)網(wǎng)3.0在背后的支撐作用

這一系列的氣象、天氣預(yù)測(cè)背后，具體會(huì)用到哪些IT技術(shù)呢?

在風(fēng)光預(yù)測(cè)方面，需要針對(duì)整個(gè)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了短期預(yù)測(cè)和超短期預(yù)測(cè)。其中短期預(yù)測(cè)是指對(duì)未來(lái)48個(gè)小時(shí)進(jìn)行的預(yù)測(cè)，這樣可以使電網(wǎng)的運(yùn)行人員能夠提早得出第二天火電機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃、人員維護(hù)計(jì)劃及機(jī)組安排計(jì)劃等等。超短期預(yù)測(cè)則是從現(xiàn)在起的4個(gè)小時(shí)內(nèi)預(yù)測(cè)，這使一些控制設(shè)備能夠及時(shí)有效地進(jìn)行響應(yīng)。這背后用到了IBM高性能計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析的能力。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，光伏發(fā)電預(yù)測(cè)用到IT技術(shù)有一點(diǎn)不同的地方，即云成像技術(shù)。這種技術(shù)通過(guò)拍攝當(dāng)?shù)卣麄€(gè)天空的影像，然后進(jìn)行先進(jìn)技術(shù)來(lái)分析。比如，首先分析出來(lái)哪一片是云。識(shí)別出云以后，還要識(shí)別出云的走向，是朝哪邊移動(dòng)的，會(huì)不會(huì)遮擋住太陽(yáng)等。在分析云的走向背后就包括了圖象識(shí)別的能力、運(yùn)動(dòng)軌跡的分析能力等等。通過(guò)這種技術(shù)就可以進(jìn)行很高精度的太陽(yáng)輻照的預(yù)報(bào)，再在結(jié)合基于大數(shù)據(jù)的對(duì)光伏板的運(yùn)行條件的分析，就可以進(jìn)行高精度的光伏發(fā)電預(yù)報(bào)了。

當(dāng)然，要綜合做到更高精準(zhǔn)的新能源預(yù)測(cè)、更有效的企業(yè)能源管理和節(jié)能減排，以及去做空氣質(zhì)量、空氣污染的預(yù)報(bào)等，就要涉及如何把采集來(lái)的海量數(shù)據(jù)，以及從氣象衛(wèi)星傳來(lái)的氣象數(shù)據(jù)，做實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理和分析優(yōu)化，這中間將涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)分析等多個(gè)關(guān)鍵的IT技術(shù)。

而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)非常緊密的結(jié)合，是物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入3.0時(shí)代一個(gè)很重要的標(biāo)志。IBM研究人員認(rèn)為，一方面，通過(guò)把物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理分析，包括物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備安全等等相關(guān)的支撐技術(shù)，通過(guò)云的方式來(lái)進(jìn)行交付，使得物聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)可以比較關(guān)注自己的應(yīng)用需求，能非常方便地利用云上已有的服務(wù)，包括傳感設(shè)備連接管理、傳感數(shù)據(jù)管理和分析等等，以及利用云上已有的硬件、軟件的資源，很快地來(lái)響應(yīng)業(yè)務(wù)的需求。

另一方面，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)知識(shí)、領(lǐng)域的知識(shí)和對(duì)物理世界行為模型理解的緊密結(jié)合，不僅僅是收集到一些數(shù)據(jù)，更重要的是能夠從這些數(shù)據(jù)中間找到非常有用的信息。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理里，更多的是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型，根據(jù)很多歷史的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析出來(lái)一個(gè)模型。而在物聯(lián)網(wǎng)里，更需要了解物理世界的運(yùn)行規(guī)律是什么樣的，建立物理模型，進(jìn)行物理模型分析，結(jié)合對(duì)相應(yīng)領(lǐng)域的了解，共同解決問(wèn)題。

后記

霧霾中的中國(guó)何去何從?每個(gè)人、每個(gè)地方政府，乃至每一家有著社會(huì)責(zé)任感的企業(yè)，都在思考。希望通過(guò)這篇文章描述的治理模式和整治技術(shù)能給大家以有益的啟示。最后引用國(guó)務(wù)院參事徐錠明在“第三屆中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)論壇”上說(shuō)的話(huà)來(lái)結(jié)束此文，他說(shuō)： “要治理霧霾，沒(méi)有能源革命、沒(méi)有能源改革，是解決不了的。新一輪能源革命將塑造新的工業(yè)體系、軍事體系和金融體系，新的能源革命將改變我們的生活方式、人際關(guān)系。”