基于3D GIS的福建省人工影响天气指挥系统设计与应用

１ 系统总体结构
系统基于 ＡｒｃＧＩＳ平台，采用 Ｂ／Ｓ架构，拥有网 页和手机 Ａｐｐ两个用户端，分为数据层、逻辑层和 应用层，各层相互独立又互为支撑。系统布置在省
收稿日期：２０１９－０２－２７；改回日期：２０１９－０５－１８ 基金项目：福建省科学技术厅社会发展引导性（重点）项目（２０１８Ｙ０００３）和福建省气象局开放式研究基金项目（２０１９ＫＨ０４）共同资助 作者简介：冯宏芳（１９７５— ），男，高级工程师，主要从事大气物理与人工影响天气研究工作．Ｅ－ｍａｉｌ：１８８０５９０９１９８＠１６３．ｃｏｍ。
基于 ３ＤＧＩＳ的福建省人工影响天气 指挥系统设计与应用
冯 宏 芳１，李 丹１，廖 燕 珍２，林 文１
（１．福建省气象科学研究所，福建 福州 ３５０００１；２．福建省漳州市气象局，福建 漳州 ３６３０００）
摘 要：基于 ３ＤＧＩＳ和移动互联网技术，对接人工影响天气“五段业务”，设计了省、市、县三级通用、 上下协同的 ２Ｄ、３Ｄ一体化、Ｂ／Ｓ架构的福建省人工影响天气指挥系统。系统建立了集约化的全省人 影数据库及功能流程，融合应用多源气象观测资料，自动识别作业云体进行作业点条件预警，直观展 示全省作业动态并提供导航，实现了实时决策指挥和高效信息交互；利用雷达基数据 ３Ｄ反演及外推 技术，在 ＧＩＳ平台上叠加显示 ３Ｄ云团与作业点安全射界，实现作业方案自动设计与 ３Ｄ模拟修订；通 过移动通讯终端 Ａｐｐ自动采集相关数据，实现人影作业信息的快速规范上报与审核入库。系统界面 友好，交互性强，有效提升了人影协调指挥能力和科学决策水平。 关键词：指挥系统；３ＤＧＩＳ；３Ｄ雷达；３Ｓ技术 文章编号：１００６－７６３９（２０１９）０４－０６８３－０９ ＤＯＩ：１０．１１７５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７６３９（２０１９）－０４－０６８３ 中图分类号：Ｐ４８ 文献标志码：Ａ
近年来，随着移动网络的发展和地理信息系统 （ＧＩＳ）应用 的 不 断 丰 富 化，地 理 信 息 系 统 的 空 间 数 据发布、空间数据查询与检索、统计分析等功能不断 应用到人影指挥系统的建设中，提升了人影作业指 挥自动化的水平［１－４］。３ＤＧＩＳ平台以其集成最新地 理信息和 ３Ｄ软件技术，多源数据的一体化管理，快 速 ３Ｄ实时漫游功能和较强的 ３Ｄ空间查询、分析和 运算能力，为人工影响天气作业条件监测、作业方案 设计、作业实施提供了更丰富、逼真的平台，使作业 条件的分析细致详尽，决策指挥直观清晰［５］。
第 ３７卷 第 ４期 ２０１９年 ８月
干 旱 气 象
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ，２０１９
冯宏芳，李 丹，廖燕珍，等．基于 ３ＤＧＩＳ的福建省人工影响天气指挥系统设计与应用［Ｊ］．干旱气象，２０１９，３７（４）：６８３－６９１，［ＦＥＮＧＨｏｎｇ ｆａｎｇ，ＬＩＤａｎ，ＬＩＡＯＹａｎｚｈｅｎ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｕｊｉａｎＷｅａｔｈｅｒＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｍａｎｄＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎ３ＤＧＩＳ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＭｅ ｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，２０１９，３７（４）：６８３－６９１］，ＤＯＩ：１０．１１７５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７６３９（２０１９）－０４－０６８３
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３７卷
人影中心专门的服务器上，通过通用分组无线服务 （ｇｅｎｅｒａｌｐａｃｋｅｔｒａｄｉｏｓｅｒｖｉｃｅ，ＧＰＲＳ）通 讯 实 现 相 关 人影信息的 采 集 入 库，依 托 省 内 气 象 专 网 （内 网 ）， 实现省、市、县三级联动（图 １）。
（１）数据层 采用 ｏｒａｃｌｅ关系型数据库和文件存储相结合的 方式构建了高度集成、数据共享的全省人影业务基 础信息库：基础地理信息库。以福建省矢量、影像、 晕渲地图以及 １：２５万数字高程作为 ３Ｄ场景的基 础地理底图，集成了福建省行政区划、地名、道路等 基础地理信息数据。气象观测资料实况库：包括新 一代天气雷 达、探 空、自 动 站 雨 量、风 廓 线 雷 达、闪 电、ＥＣ细网格数据等业点、作 业人员、作业机构、作业车辆、火箭弹和地面烟炉相 关信息；空间库包括作业点空间位置、作业点安全射 界图、作业车行驶轨迹、实时作业点动态位置。人影 个例库：人影作业过程中产生的所有动态变化、气象 资料等历史数据。管理配置库：立足于系统账号，设 置省、市、县三级不同用户的登陆名、密码及其使用 权限，有效控制系统网络运行的安全性。 （２）逻辑 层 是 系 统 中 最 核 心 的 部 分，对 数 据 库 进行访问与操作，负责业务规则的制定与业务流程 的具体实现。 （３）应用层为用户提供交互式操作界面。
引 言
人工影响天气（简称“人影”）是指运用现代化 科学技术，对局部大气施加影响，实现增雨、防雹、消 雨、消雾等以趋利避害为目的的活动。人影作业指 挥是实施人工影响天气的重要环节，其核心是以雷 达为主要探测手段，结合气象卫星等多种探测资料 和预报预警产品，经分析识别，得到人工影响天气的 作业时机、作业部位、催化剂用量等作业参数。
目前国内外针对雷达的 ３Ｄ可视化研究已有较
多［６－８］，基 于 ３ＤＧＩＳ的 人 影 指 挥 系 统 也 有 相 关 研 究［５，９］，但结合 ３ＤＧＩＳ技术，实现基于雷达和天气实 况数据在 ３Ｄ场景中生成实时作业方案，模拟人影 实时作业的研究比较少，该方面的研究对人影作业 决策有较强的指导作用。
近年来，福建省人工影响天气工作围绕防灾减 灾和生态建设需求，服务领域从传统的抗旱增雨向 特种农业防雹、净化城市空气、水库蓄水发电、流域 治污等特色领域不断拓展［１０］。２０１６年，福 建 省 基 于 ３ＤＧＩＳ相关技术，建成基于移动互联数据的全省 一体化、上下协同的人影指挥系统，实现指导产品制 作、作业条件监测预警、作业方案快速制作和发送等 功能，为人影 “五 段 业 务 ”提 供 技 术 支 撑，显 著 增 强 地面人影作业能力和协调指挥能力。