气象业务辅助决策系统

气象业务辅助决策系统

2017年12月

第一章系统概述

气象业务辅助决策系统，是以先进的数字地球平台为底层，以行业应用需求为牵引，为用户提供四类服务：

1、信息的管理、查询与检索。该系统在数字地球上，融入天气专题信息图层，直观地展现作业点分布、河流分布、重点增雨区分布、气象观测仪器、气象检测实况等信息。

2、可视化专业信息，辅助业务人员决策。采用科学数据可视化技术直观展现气象雷达数据、云图数据中的强度、速度、谱宽等信息，建立气象数据与空间环境的对应关系，辅助业务人员进行分析判断。

3、模拟业务过程，辅助任务规划。该系统可根据用户输入需求，模拟飞机飞行过程，辅助用户进行航迹规划；可模拟火箭作业过程，评估任务结果。

4、链接传感器，与实际应用业务对接。系统可与飞机增雨地空通讯系统、地面车辆GPS监控系统、北斗定位系统实时对接，实现对增雨飞机和地面作业车辆的三维追踪和显示。

第二章三维地理信息平台

气象业务辅助决策系统依托DreamMap三维地理信息平台开发研制。该平台融合了地理信息技术和虚拟现实技术，可兼容调用多种政府用、军用、商用地理信息数据，逼真展现陆、海、空、天多维空间场景；可针对雨、雪、云、风等天气现象精细化建模，逼真展现天气动态变化；可提供距离、面积、高程、角度、剖面、最短距离等分析量算功能，定量了解空间环境；可标绘兴趣点、气象台站、侦察站等模型符号，并融合管理各模型属性信息。

一、空间环境展现

该平台可以逼真展现陆、海、空、天等多维环境信息，渲染矢量、注记等多种类型数据。

图1 大气环境

图2 地形环境

图3 海洋环境

图4 高精度影像数据

二、气象环境展现

图7 雨天

图8 雪天

图9 夜晚天空

图10 6:00天空

图11 7:00天空

图12 8:00天空

三、量算分析

图13 空间距离量算

图14 面积量算

图15 高差量算

图16 方位角量算

图17 剖面分析

图18 通视分析

第三章气象信息显示

一、气象资料管理

1.气象资料窗口

为了完成气象资料的分类管理，系统为用户提供一个气象资料窗口，可以协助用户完成气象资料种类的设置工作。通过气象资料窗口，用户可以方便调取需要的气象资料。双击气象这里的名称，该资料就会自动添加到气象图层中，即可完成资料的三维显示。

2.气象资料设置

点击气象资料窗口的设置功能，即可进行气象资料设置窗口。

3.气象信息显示

系统可以建立气象信息与空间环境的对应关系，在场景中点击气象点时，可以查询显示该目标的具体信息。

图19 信息查询

二、MICAPS格点数据显示

系统可以支持micaps地面观测数据、探空观测数据、站点数据、格点资料、卫星云图、雷达拼图、危险报、天气预报等数据的显示。

三、自动站显示

系统连接自动站数据库，可以对自动站的位置、实况数据进行显示。对于自动站雨量可以提供不同等级的颜色预警。

四、卫星云图

系统除了可以完成micaps数据的云图外，还可以支持气象部门自己接收的卫星云图进行三维显示。实现对云系完美的三维演绎。

图20 云系三维显示

五、闪电信息

系统连接气象局闪电定位系统，可以实时显示闪电发生的位置信息。

第四章雷达回波三维分析显示

在以往的二维雷达显示界面下，我们往往只能看到一种雷达产品、要么是某一层的PPI平显、或者某一高度的CAPPI水平剖面、或者是组合反射率，而对雷达回波的真正空间结构，只能通过剖面等方法解决。雷达回波信息的全息获取问题一直困扰着人影指挥工作！

我公司在国内首家推出三维雷达体扫分析软件，该系统解决了困扰人影作业指挥人员的雷达信息的获取问题。使多普勒雷达的空间结构信息全部展现在作业人员面前，并且不同强度雷达回波的空间分布、雷达回波的剖面、作业点和雷达回波体的位置关系、三维雷达回波体的跟踪、三维雷达回波作业指标的判别、三维雷达回波作业方案的生成等，全面提升了人影作业指挥的工作模式。指挥人员可以通过三维信息的显示，对雷达回波的三维空间发展做出全面的了解和判断，软件为作业指挥人员装备了具有三维透视功能的眼睛！

一、雷达回波体三维空间显示

观察一个强对流的雷达回波，传统的方式是看PPI、组合反射率、然后做剖面分析，雷达回波的空间分布完全靠指挥人员的想象。这样造成的结果往往是一人一个想法！借助三维回波分析显示系统，一个雷达回波体就直观地显现在指挥人员的面前。对于冰雹等强对流雷达回波，可以切换成任意角度对其进行观察，分析雷达回波的特点。

雷达三维分析显示系统还可以将雷达回波从外到内，按照不同的强度阈值，对回波体进行一层一层的解剖分析，确定较强雷达回波体的空间分布，从而为人影指挥人员提供直观的雷达分析数据。

下图为同一回波体的强回波的空间结构分析情况。

图21 单层PPI二维显示

图22 单层PPI三维显示

二、雷达回波体三维空间剖面显示

系统提供国际领先的雷达回波立体结构分析算法，实现雷达回波三维立体剖析。回波体空间结构分析可以沿剖面方向连续平移剖面，实现对雷达回波体的全息剖面分析。

图23 回波体三维空间剖面显示

雷达回波体的空间结构和剖面叠加显示可以更加准确的把握雷达回波的性质和发展阶段。对防雹增雨回波的识别判断提供直观效果。

三、雷达回波体三维测量分析

利用雷达回波的三维剖面分析工具，叠加上测量刻度，可以方便测量雷达回波体的位置、高度、强回波高度、强回波分布等数据信息。

在不同高度层、0度层、-20度层雷达回波的强度分布。为人工影响天气决策提供划时代的雷达回波分析手段！

四、雷达回波体三维跟踪分析

将二维雷达回波跟踪技术扩展到三维空间,提取对不同高度层的回波的强度、面积，判断回波垂直分布特征，形成连续建模跟踪。

五、雷达回波三维预警分析与作业参数

根据雷达回波三维分析的数据信息，建立三维空间的作业指标判别体系，利用基于模糊逻辑的雷达回波性质判别理论，识别雷达回波的防雹增雨性质。并基于作业点和回波目标的三维空间分布，提供科学的作业方案和作业参数。

提供预警作业点的数据列表信息、作业参数等信息。同时以不同的声音和闪烁效果显示作业点的预警状态。指挥人员点击相关的作业点，系统即可显示出作业点的指挥信息、预警状态和作业参数。实现作业的实时指挥和监控。

系统输出作业参数时，可以以三维形式标识作业点的作业有效半径，并且可以对作业参数进行三维弹道轨迹模拟，对作业参数的合理性进行直观的验证！

第五章人影作业信息显示

一、作业点信息

1. 作业点图层设置

作业点图层在系统图层中，用来显示作业点的位置、名称、作业防护区以及显示作业点的详细信息。

如果在图层设置中选取了显示信息选项，用户点击右键可以显示作业点的详细信息。

2. 禁射区编辑

选择禁射区编辑图层，可以选择作业点进行禁射区的编辑操作。

3. 火箭发射轨迹模拟

选择火箭发射模拟图层，可以在三维地理信息系统中模拟火箭作业发射的运行曲线、催化剂播撒起始点、终止点、催化剂扩散模拟。

4. 作业点预警信息显示

根据作业指挥系统的预警判断指标，显示作业点的状态。利用闪烁、声音等方式进行显示。

二、作业点实况信息

1. 作业实况数据库

建立本地区作业实况数据库，完成数据库的实时收集工作。

2. 作业实况显示

作业实况信息是以闪烁方式显示，不同的作业类型显示不同的闪烁图

标，观众可以在三维系统清晰了解到当前或者历史上某一天的具体作业位置、作业目的等信息。

三、流动火箭作业车辆监控

1. 车辆的GPS监控

在作业车辆上安装GPS终端设备，在指挥中心建立GPS数据接收服务器，车辆的实时GPS位置信息就可以实时传回到指挥中心服务器中。GPS 信息可以在服务器端的地理信息中显示， GPS信息可以保持到数据库中，供历史查询或者其他系统显示使用。

我公司提供的GPS服务器还可以为三维系统和指挥系统提供实时的数据服务。即车辆GPS终端传回指挥中心的位置信息可以直接转发给三维显示系统。

2. 车辆的GPS实时显示

当三维系统和指挥中心的GPS服务器实现网络互连后，车辆的位置信息即可在三维地理信息系统中进行实时显示。

3. 车辆的历史回放

在系统图层中，选择GPS车辆图层，即可进行历史作业过程的轨迹回放操作。：同时，图层信息中，还为用户提供了车辆信息维护的详细功能。通过设置作业车辆历史作业过程的起始时间和终止时间，并将航线回放的选项选中。