项目介绍

一、项目背景：海南岛气象灾害种类复杂多样，台风、暴雨、强对流、大雾、高温和低温寒害随不同季节常有出现，对农业影响严重。受限于现有气象业务和天气预报产品传播方式，以点代面，一天两次的传统站点预报已经越来越难以满足农业精细化耕作服务和防灾减灾的需求。针对当前“乡村振兴”战略中海南发展现代农业对气象预报产品的精细化需求，海南大学、海南省气象台及海南晓晨科技有限公司联合智能研发团队基于气象大数据，通过成熟完善的人工智能技术方案，提供时间分辨率1小时，空间分辨率1公里，预报时效10天的降水、风、温度预测产品，为现代农业的种植区规划-育种-栽培-施肥-灌溉-打药-采收-运输全流程提供气象预报预测数据，破解农业发展中的靠天吃饭的困境，切实降低因气象因素造成的灾害影响，最大程度实现农业生产的保值增值。

二、产品特色：海南大学、海南省气象台及海南晓晨科技有限公司通过前期合作，已完成HAI-x人工智能天气预报系统的研发工作。HAI-x人工智能天气预报系统基于长序列历史观测和ECMWF模式大数据，可实现对降水量、风和温度的精细化客观预报。由我们团队研发的降水、风和温度预报产品，时间分辨率1小时，空间分辨率1公里，预报时效10天，范围覆盖海南岛，精细到乡村、街道。而现有国内外各机构发布的预报产品，时间分辨率最高仅为3小时，空间分辨率最高为5公里，预报时效最长为7天。相比之下，我们的产品空间分布更加精细，时间频次更密，预报时效更长。

三、商业模式：主要采用B2B（Business-to-Business）和B2C（Business-to-Customer）的模式，由海南大学、海南省气象台及海南晓晨科技有限公司联合智能研发团队，根据农场或者农户个人的需求定制，以APP或者微信小程序的方式，向客户推送图形化，数据化天气预报产品。客户在试行阶段以公益的方式免费使用天气预报产品。未来在正式运行阶段，在评估产品使用效果的基础上，采取有偿服务方式。

HAI-X系统结构图

海南省智能网格气象预警一体化平台

APP定制服务图

解决方案/核心特点介绍

HAI-x人工智能天气预报系统主要由四部分内容组成，分别是历年实测和模式预测数据获取、基于AI的高精度气象预测算法、基于GAN的高分辨率插值算法以及集成预测，其技术路线图如下所示：

HAI-x人工智能天气预报系统技术路线图

要达到时间分辨率1小时/空间分辨率1公里/预报时效10天的精细化气象预报，HAI-x系统采用了先时间后空间的分步策略。针对每个站点，每个时刻，从海南省气象台获取了历年的实测数据和模式预报数据构造出大型的训练样本集合，并采用随机森林算法训练出预测模型，得到每个站点的1小时1报，时效为10天的高精度气象预测结果，其过程如下所示：

随机森林高精度预测算法示意图

得到所有站点高精度气象预测结果后，再采用GAN深度模型，在不丢失信息的前提下，通过大量历史数据进行深度网络训练，实现高分辨率插值，得到空间分辨率为1公里的预报结果。

基于GAN深度模型的高分辨率插值模型示意图

本项目采用了大量的历史数据，训练了大量的模型。针对每个站点，共训练了10（天）*24（时）*4（要素）=960个模型，采用了过去三年的历史实测数据（365*24*3*8）和过去三年EC模式十天预报数据（365*8*3*10*50），是名副其实的大数据创新应用。

应用价值

现代农业涵盖健康农业、有机农业、绿色农业、循环农业、再生农业、观光农业等等多个领域，基于机械化的精耕细作方式对精细化气象服务需求日益增大。气象服务的介入从种植区规划，育种，栽培，施肥，灌溉，打药到采收，甚至到运输，全流程服务需求迫切。但受限于现有的传播方式和产品的精细化程度，从事农业的企业、农场和农户对气象服务数据的获取基本还是处于传统的媒介，比如电视、广播、报纸和一些公用的APP，获取的产品多为单点数据和分辨率粗糙的大区域图形产品。粗犷、稀疏，以点代面的气象信息，已经远远无法满足现代农业的需求。何时下雨，雨量多少，持续时间多长，高温出现在哪个时段，未来十天有没有低温寒害，风力多大，台风强度、影响时间，结束时间等等都是精耕细作的现代农业生产迫切需要掌握的信息，更精细，更及时，更长时效的气象服务前景广阔。

基于上述分析，本项目拟开发面向村乡区域的农业产品定制化服务，利用海量历史气候数据，以及HAI-x人工智能天气预报系统基于长序列历史观测和ECMWF模式大数据深度学习，实时输出时间分辨率可达1小时，空间分辨率可达1公里，预报时效长达10天的降水、风、温度基础预测产品，覆盖全岛所有乡村，根据事农业的企业、农场和农户，提供定制化的农业气象服务，在可交互的平台上服务对象可实时主动获取农业气象信息，对农业生产活动进行科学决策，破解农业发展中的靠天吃饭的困境，实现知天时，增地利，兴产力，同时降低因气象因素造成的灾害影响，最大程度实现农业生产的保值增值。

已实施应用的范围及案例

     HAI-x人工智能天气预报系统已经过海南省气象台的检验系统验证，并由海南晓晨科技有限公司开发APP进行推广。

参赛队伍简介

海南大学机电工程学院：办学历史悠久，治学严谨，具有优良的教风、学风和较强的学科实力。现有7个本科专业：电气工程及其自动化、自动化、农业机械化及其自动化、机械设计制造及其自动化、机械电子工程、交通运输和车辆工程。“农业机械化及其自动化”、“交通运输”是省级特色专业，“机械工程”、“电气工程”是校级重点建设学科。学院现有教职工90人，专任教师79人；其中教授、副教授（高级工程师）48人，具有博士学位24人、硕士学位36人，硕士生导师29人。拥有中国工程院院士（外聘）1人、省级教学名师1人、省级教学十佳3人。

海南省气象台：负责制作和发布全省范围内中期、短期、短时临近天气预报，海洋水文气象预报，灾害性天气警报；向省委、省政府、有关部门提供决策所需的气象服务；为重点工程和重大社会活动提供气象保障；对市、县气象台站提供天气预报业务技术指导；开展天气预报科学研究及成果推广。

海南晓晨科技有限公司：海南晓晨科技有限公司于是一家拥有很强的创新能力研发型科技企业，海南省软件认定企业。于2006年7月在海南省工商局登记成立，注册资金100万人民币，经营范围包括软件开发、网络系统集成，气象研发等。

第二届海南大数据创新应用大赛

大数据技术为社会经济活动提供决策依据,“十三五”规划建议提出实施国家大数据战略，旨在全面推进我国大数据发展和应用，加快建设数据强国，推动数据资源开放共享，释放技术红利、制度红利和创新红利，促进经济转型升级。

为鼓励和引导社会力量通过数据挖掘来实现新功能，吸引全国大数据优秀应用项目落地海南，海南省大数据管理局通过举办第二届海南大数据创新应用大赛，优选出全国大数据优秀应用和创新解决方案，并以科技扶持、产业发展资金或产业扶持、对接创投资本以及优先政府购买服务等方式吸引项目落地应用，可以快速提升海南大数据应用水平，实现全国领先的工作目标，有力支撑海南自由贸易港建设。

第二届海南大数据创新应用大赛由海南省大数据管理局主办，海南省农业农村厅、海南省教育厅、海南省卫生健康委员会联合支持，数字海南有限公司、海南省大数据产业联盟承办，阿里云计算有限公司、中国电信股份有限公司海南分公司、浪潮云信息技术有限公司、太极计算机股份有限公司协办。数字海南有限公司统筹安排经费与奖金，以及需求调研等。本届大赛，海南省大数据产业联盟联合全国18家大数据行业协会及媒体向全国发起大赛报名征集。

本届大赛分为算法赛和应用创新赛两个赛道，应用创新赛分为“农业”、“医疗健康”“教育就业”三个组别。大赛共吸引了来自全国各地的大数据团队、企业共1664个项目踊跃报名，其中算法赛共1229个项目报名参赛，应用创新赛共435个项目报名参赛，经过初赛、复赛决赛的角逐，算法赛总共有5个项目，应用创新赛30个项目获奖。