基于空間GIS的天津市人工影響天氣電子沙盤系統(tǒng)設計與開發(fā)

孟輝 郭曉軍 宋薇 靳瑞軍

摘要? 為提高人工影響天氣信息綜合管理能力和作業(yè)指揮能力，設計開發(fā)了人工影響天氣電子沙盤系統(tǒng)。系統(tǒng)基于國內自主研發(fā)的空間GIS平臺EV？鄄Globe，集成天津市高分遙感地理信息數(shù)據(jù)、人影信息數(shù)據(jù)以及氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)天津人影作業(yè)全域精細化三維地理場景的漫游展示，飛機、燃燒爐、火箭及高炮等人影作業(yè)工具的仿真模擬、展示與管理，衛(wèi)星云圖、雷達回波及降雨量等氣象信息空間可視化分析展示，實時或歷史人影飛機作業(yè)狀態(tài)管理查詢以及作業(yè)過程空間可視化監(jiān)控等功能，同時系統(tǒng)可實現(xiàn)基本空間GIS測量功能。系統(tǒng)的建設為天津人影業(yè)務完全三維空間GIS可視化和安全作業(yè)提供了保障。

關鍵詞 空間GIS;電子沙盤;人工影響天氣

中圖分類號：P208;P48 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）06-041-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.06.019

Design and Development of Electronic Sand Table System for Weather Modification in Tianjin based on Spatial GIS

MENG Hui? et al（Tianjin Weather Modification Office， Tianjin 300074; Key Laboratory of Meteorology and Ecological Environment of Hebei Province， Shijiazhuang， Hebei 050021）

Abstract In order to improve the synthetical management ability and operation command ability of weather information， an electronic sand table system was designed and developed. The system was based on EV Globe， and integrated Tianjin high resolution remote sensing geographic information data， weather modification information data and meteorological monitoring data. The system realized the roaming display of detailed three dimensional geographical scene of Tianjin weather modification， the simulation， display and management of aircraft， combustion furnace， rocket， anti aircraft gun and other weather modification tools， spatial visualization analysis and display of meteorological information such as satellite cloud map， radar echo and rainfall， real time or historical weather modification aircraft operation management query and operation process space visualization monitoring. The system also could realize the basic spatial GIS measurement function. The construction of the system provided a guarantee for the visualization and safe operation of three dimensional GIS of Tianjin weather modification.

Key words? ?Spatial GIS; Electronic sand table; Weather modification

電子沙盤是遙感、地理信息系統(tǒng)、三維仿真等高新技術結合，為使用者提供了一個實時、可交互操作的虛擬現(xiàn)實環(huán)境。電子沙盤突破傳統(tǒng)實物沙盤占地面積大，攜帶不便，表現(xiàn)內容單調而且難以更新的缺點，可以動態(tài)演示、便于參數(shù)修訂以獲取更加豐富的演示效果。天津市人工影響天氣電子沙盤系統(tǒng)主要依托天津市氣象局的常規(guī)觀測資料及預報產(chǎn)品、地面自動氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)、多普勒天氣雷達資料、高分辨靜止、極軌氣象衛(wèi)星資料，有效利用3G網(wǎng)絡、GPS全球定位系統(tǒng)定位和GIS地理信息系統(tǒng)資源，通過技術集成和整合，構建天津市人工影響天氣信息平臺，形成一個統(tǒng)一、集中、數(shù)字化的人工影響天氣系統(tǒng)，有利于提高人工影響天氣管理與作業(yè)科技水平和經(jīng)濟、社會效益。

1 開發(fā)平臺簡介

天津市人工影響天氣電子沙盤是利用國遙新天地公司的擁有自主知識產(chǎn)權的新一代海量空間信息服務平臺EV-Globe進行開發(fā)的。該平臺集成最新的地理信息和三維軟件技術，具有大范圍的、海量的、多源的數(shù)據(jù)一體化管理和快速三維實時漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運算，可與常規(guī)GIS軟件集成，提供全球范圍基礎影像資料，方便快速構建三維空間信息服務系統(tǒng)，也可快速從二維GIS系統(tǒng)完成向三維擴展，是新一代大型空間信息服務平臺。EV？鄄Globe已成功應用在數(shù)字油田、土地利用監(jiān)測、山洪監(jiān)測、軍事等領域。

2 數(shù)據(jù)庫設計

天津市人工影響天氣電子沙盤系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括3個部分：一是地理信息和衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫提供基于EV？鄄Globe的三維信息展示所需衛(wèi)星影像、DEM等數(shù)據(jù)，主要從EV？鄄Server獲取。二是人工影響天氣信息管理數(shù)據(jù)庫，包括站點信息庫、雨量數(shù)據(jù)信息庫和人影作業(yè)信息庫。站點信息庫記錄人影作業(yè)站點、雷達站點、自動站和人影特種觀測等5類站點的經(jīng)緯度、編號、設備類型等信息;雨量數(shù)據(jù)信息庫用于存儲自動站收集的降雨量值、風速、風向及溫濕度等信息和人影特種觀測信息;人影作業(yè)信息數(shù)據(jù)庫記錄人影作業(yè)任務的詳細資料及人影作業(yè)中作業(yè)設備詳細信息。三是以數(shù)據(jù)文件形式存儲雷達、衛(wèi)星云圖等數(shù)據(jù)文件，直接以文件形式分類存儲在服務器硬盤中。

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能包括人影基本信息管理展示、人影作業(yè)信息管理展示、氣象衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)管理展示、雷達回波三維可視化展示、雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)展示、三維空間GIS測量等6個功能（圖1）。

3.1 基本信息管理展示功能

基礎信息管理功能主要實現(xiàn)人影作業(yè)點（飛機、高炮、火箭、燃燒爐）、雷達站點、自動站及人影特種觀測站點等信息分布展示及仿真模型可視化瀏覽，可實現(xiàn)作業(yè)區(qū)任意范圍、任意角度二三維場景漫游，作業(yè)點火炮精細化展示及屬性信息查詢，雷達數(shù)據(jù)可視化和云圖瀏覽播放，同時可實現(xiàn)地標、人影作業(yè)點、氣象站點等信息任意添加、修改、刪除等操作。

3.2 人影作業(yè)信息管理展示功能

人影作業(yè)信息展示包括實時作業(yè)展示和歷史作業(yè)展示，展示內容包括作業(yè)點信息、航跡及視頻。實時作業(yè)信息監(jiān)控功能能實現(xiàn)人影作業(yè)點實時監(jiān)控、作業(yè)飛機狀態(tài)統(tǒng)計及作業(yè)飛機航跡描述與展示。以不同顏色顯示人影作業(yè)點狀態(tài)，并標注正在作業(yè)、作業(yè)結束、作業(yè)申請等提示字樣。根據(jù)基礎地理信息數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和作業(yè)航跡數(shù)據(jù)，在所構建的真實地理場景中實時展示人影作業(yè)飛機仿真模型、航線，以三維粒子效果展示作業(yè)播撒效果。

歷史作業(yè)信息查詢功能包括歷史作業(yè)信息查詢，包括作業(yè)點、范圍、航跡等信息查詢。用戶通過作業(yè)點空間屬性和作業(yè)點專題屬性查詢作業(yè)點基本信息、范圍等信息，實現(xiàn)作業(yè)點三維飛行軌跡回放。

3.3 衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)顯示功能

該功能讀入FY衛(wèi)星數(shù)據(jù)，按照影像方式進行不同時間連續(xù)播放。數(shù)據(jù)讀入方式有實時從數(shù)據(jù)庫讀取和手動選擇文件夾方式，動態(tài)播放有自動時間序列播放和手動逐幅圖像播放。

3.4 雷達數(shù)據(jù)三維回波顯示功能

系統(tǒng)以雷達資料數(shù)據(jù)解析為基礎，實現(xiàn)雷達回波數(shù)據(jù)的三維展示功能，系統(tǒng)根據(jù)指定回波強度值計算生成三維效果模型來展示三維雷達數(shù)據(jù)，改變指定值，呈現(xiàn)不同顏色和大小效果模型（圖2）。

3.5 雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示功能

系統(tǒng)從已有數(shù)據(jù)庫中直接讀取全區(qū)不同時次降水量數(shù)據(jù)，并以等值線或色斑圖方式展示（圖3）。

3.6 三維空間GIS測量

系統(tǒng)實現(xiàn)三維地理信息場景的點位測量、高度測量、面積測量、距離測量等操作。其中點位信息有經(jīng)緯度及高程數(shù)據(jù);高度信息為起始點距離興趣點高度值;距離信息有貼地距離和直線距離;面積信息有貼地面積和投影面積。

4 總結

（1）系統(tǒng)基于三維空間GIS平臺，可實現(xiàn)高分辨率、海量、多源遙感數(shù)據(jù)高效集成，為人影作業(yè)指揮決策提供基礎地理信息數(shù)據(jù)支持。

（2）系統(tǒng)可實現(xiàn)人影作業(yè)信息、雷達探測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)、雨量等氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)無縫高效讀取、管理、展示、統(tǒng)計及分析，結合地理信息數(shù)據(jù)，用戶可制作輸出精細化預報預警產(chǎn)品。

（3）系統(tǒng)具有強大的空間可視化展示分析功能，可形象直觀地為用戶提供仿真地理場景、人影作業(yè)設備仿真模型、人影飛機作業(yè)過程仿真模擬、飛機穿云模擬及降雨降雪等自然天氣過程，完善了中心人影作業(yè)指揮業(yè)務現(xiàn)代化、信息化建設。

參考文獻

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