作為一個北京城的老住戶，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，北京開始有了空氣清潔行動計劃，并提出2017年將把PM2.5的含量降到60的目標。另外，北京市財政局近日也進一步明確，未來5年將投入近500億治理霧霾。

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

有沒有誰能給我一個答案?近日，在IBM與北京市政府達成合作協(xié)議之后，借著走進IBM中國研究院創(chuàng)新解決方案中心的機會，我和最前沿的研究員和工程師展開面對面溝通，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)測和企業(yè)節(jié)能減排等綜合方案

“治理霧霾是一個系統(tǒng)性的問題，需要從能源和環(huán)境等不同的維度的共同作用來解決。”前沿人員看到的場景果然全面。“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，對整個社會來講，涉及的是如何能夠用更好的技術(shù)幫助社會做空氣的污染防治。”

水電、風(fēng)電和太陽能都是傳統(tǒng)意義上的可再生能源，也是實現(xiàn)綠色能源的一個很重要的能源來源。但可再生能源天然的不足之處在于，它們會受到外界的影響、是極其不穩(wěn)定的。比如，水電受制于來水和降雨的影響，風(fēng)也會突然大、突然小，光能的話，有時候會晴天有時候陰天，有時一片云擋住太陽，也會影響光的發(fā)電等等。

對于整個能源的利用來講，發(fā)電不穩(wěn)定性就造成了電網(wǎng)運行控制的不穩(wěn)定性。而如果能夠提高氣象、天氣的預(yù)測精度的話，將使城市整個控制中心確切地知道在未來的一段時間內(nèi)可再生能源將會有什么樣的變化。

IBM現(xiàn)場介紹了他們做的氣象模型，并演示了一系列核心的對于氣象、天氣預(yù)測的能力，包括仿真分析空氣污染的擴散、預(yù)測等等一系列的基礎(chǔ)技術(shù)?？梢钥吹剑@些技術(shù)能夠?qū)Υ髿獾沫h(huán)流、對風(fēng)和空氣的流動，進行從大尺度到小尺度的一種混合的高精度的預(yù)測。系統(tǒng)可以提供各個區(qū)域的風(fēng)速、風(fēng)向，移動的方式，從廣義的整個區(qū)域級的到城市級的，再從城市級到一公里級別的分辨率的預(yù)測。

另外，科學(xué)家們也能通過對單個風(fēng)機的發(fā)電進行預(yù)測，來實現(xiàn)對整個風(fēng)電場的總體做出的預(yù)測。因為不同風(fēng)機在不同的位置都會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?，F(xiàn)在，已經(jīng)可以通過對尾流、湍流的建模完成對單個風(fēng)機不同尺度的預(yù)測。然后，再把這些單個風(fēng)機的預(yù)測結(jié)果進行累加，就可以得到整個風(fēng)電場的預(yù)測。

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)測背后，具體會用到哪些IT技術(shù)呢?

在風(fēng)光預(yù)測方面，需要針對整個風(fēng)場進行了短期預(yù)測和超短期預(yù)測。其中短期預(yù)測是指對未來48個小時進行的預(yù)測，這樣可以使電網(wǎng)的運行人員能夠提早得出第二天火電機組的發(fā)電計劃、人員維護計劃及機組安排計劃等等。超短期預(yù)測則是從現(xiàn)在起的4個小時內(nèi)預(yù)測，這使一些控制設(shè)備能夠及時有效地進行響應(yīng)。這背后用到了IBM高性能計算和大數(shù)據(jù)分析的能力。

相對來說，光伏發(fā)電預(yù)測用到IT技術(shù)有一點不同的地方，即云成像技術(shù)。這種技術(shù)通過拍攝當?shù)卣麄€天空的影像，然后進行先進技術(shù)來分析。比如，首先分析出來哪一片是云。識別出云以后，還要識別出云的走向，是朝哪邊移動的，會不會遮擋住太陽等。在分析云的走向背后就包括了圖象識別的能力、運動軌跡的分析能力等等。通過這種技術(shù)就可以進行很高精度的太陽輻照的預(yù)報，再在結(jié)合基于大數(shù)據(jù)的對光伏板的運行條件的分析，就可以進行高精度的光伏發(fā)電預(yù)報了。

當然，要綜合做到更高精準的新能源預(yù)測、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)報等，就要涉及如何把采集來的海量數(shù)據(jù)，以及從氣象衛(wèi)星傳來的氣象數(shù)據(jù)，做實時的數(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)、云計算技術(shù)、數(shù)據(jù)分析等多個關(guān)鍵的IT技術(shù)。

而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)非常緊密的結(jié)合，是物聯(lián)網(wǎng)進入3.0時代一個很重要的標志。IBM研究人員認為，一方面，通過把物聯(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)，通過云的方式來進行交付，使得物聯(lián)網(wǎng)的用戶可以比較關(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，很快地來響應(yīng)業(yè)務(wù)的需求。

另一方面，通過物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)知識、領(lǐng)域的知識和對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)計模型，根據(jù)很多歷史的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析出來一個模型。而在物聯(lián)網(wǎng)里，更需要了解物理世界的運行規(guī)律是什么樣的，建立物理模型，進行物理模型分析，結(jié)合對相應(yīng)領(lǐng)域的了解，共同解決問題。

后記

霧霾中的中國何去何從?每個人、每個地方政府，乃至每一家有著社會責任感的企業(yè)，都在思考。希望通過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。最后引用國務(wù)院參事徐錠明在“第三屆中國能源經(jīng)濟論壇”上說的話來結(jié)束此文，他說： “要治理霧霾，沒有能源革命、沒有能源改革，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。”