重要天氣預警和預報系統基于GIS的界面設計與實現

摘 要：影響深圳機場飛行安全的重要天氣，主要為雷雨等強對流天氣，深圳空管站研發的“深圳空管重要天氣預警和預報系統”，提升了重要天氣的預警和預報水平，該系統界面、雷達云圖的展示方面均是基于GIS來實現。本文介紹了該軟件的開發背景、思路、設計等內容，以便開發類似系統的航空氣象技術人員借鑒。

關鍵詞：重要天氣； GIS；圖層 C#

深圳機場作為國內第五大航空運輸港，為經濟發展發揮了積極作用。隨著飛行量增長，影響飛行安全的重要天氣（主要為雷雨等強對流天氣）頻發，安全和流量增長的矛盾日益突出。深圳空管站提出研發“深圳空管重要天氣預警和預報系統”，提升重要天氣的預警和預報水平，增強因重要天氣導致大面積航班延誤時的處置能力，提高機場運行效率和航班正常率水平。該系統以香港雷達與深圳機場多普勒雷達的拼圖外推為主，結合衛星積云識別等技術做出強對流天氣的預警預報。因其對未來臨近天氣的預報結果比較準確，加上貼合管制、進近、氣象等部門的工作需要，其重要作用得到凸顯，逐漸成為管制、進近部門日常業務工作必不可少的可靠工具。而該系統界面是基于GIS技術進行開發和設計的。

1 GIS介紹及應用

地理信息系統，英文全稱為Geographic Information System，簡稱GIS。顧名思義，該信息系統與地理空間信息密不可分，它一般基于計算機軟、硬件技術，達到獲取、儲存、分析、顯示、輸出地理數據的作用。如果僅僅是從概念出發，可能很難有深入或者準確的認識。其實可以認為GIS是一種工具，技術人員利用其將實際中的世界進行一定程度的抽象化處理，深度挖掘與地理數據有關的各種有用信息，然后以地圖等可視化的方式進行呈現，從而達到研究、分析、統計等目的。

重要天氣系統統是以雷達拼圖外推為主要技術手段，雷達圖必然與機場及周邊的地理對應起來，才能判斷雷達回波移動的位置與方向，因此機場周圍甚至更大區域范圍的地理信息必須進行展示。但礙于現有技術條件下，大多數地理數據都需要購買才能獲得，而GIS則是提供了一個平臺，讓我們從網上下載后就能快速繪制出地圖，其便利性不言而喻。此外因空管站所有業務電腦均需處于內網，無法直連互聯網的實際情況，地圖數據還需要離線時能順暢使用，GIS正好也能滿足這種需求。因此，最終技術方案選擇GIS作為此次系統開發可視化展示的重要手段。

2 系統主界面演示

如圖1所示，重要天氣預警預報系統的展示界面，界面系統上方為時間、動畫播放控制、小工具等按鈕，例如：“更新”、“最新”按鈕可將雷達回波起始圖片分別更新至左側更改時刻、最新時刻的圖像；下面的綠色、藍色色塊按鈕鼠標移動或者點擊可顯示間隔6分鐘的雷達回波圖像，也可任意暫停、播放雷達動畫；播放速度可控制播放的快慢；測距按鈕可顯示兩點間的距離（KM為單位）；檢驗點擊進入可進入檢驗模塊，查看該時刻預報時次雷達回波與未來實況圖對比的準確率檢驗結果；全屏則不限于在瀏覽器區域顯示，實現整個界面在電腦屏幕全屏化的功能。

界面左側為各航路點影響時間變化軸，航路點主要是深圳機場周邊的廣州、珠海機場以及深圳本場各航線上重要的航路點，隨著時刻變化，用“紅綠燈”來進行未來對流天氣強度預測，紅色表示強回波影響，黃色表示中等強度回波影響，綠色表示弱回波影響；

界面右側為基于GIS的產品疊加展示，主要為雷達回波的外推展示，以及衛星積云識別展示的結果。右側則是雷達回波圖的展示結果，其中白色圓圈為20KM、50KM、100KM的距離圈，以便使用人員推斷回波距離，各重要航路點用棕色三角形標出，航線用棕色線連接，回波覆蓋航路點時，可直觀發現，并能迅速結合圖像和左側時間軸顯示強度判斷航路點受影響程度。

3 系統主要設計

重要天氣預警預報系統設計基于GIS技術進行可視化展示，主要是考慮空管站內網的工作環境，可在雷達外推圖界面中實現離線地圖功能，且地圖自由縮放時過渡平滑順暢，使得系統用戶能方便快捷地識別判斷雷達回波位置。[1]使用GIS技術開發的同時，我們采用了C#語言進行編程處理，雷達回波等產品的展示分解為多個圖層的疊加處理：地圖原始圖層、多種地理信息數據圖層（包含本場跑道、周邊機場、航路點、距離圈等）、雷達回波圖層、大風暴雨雷電等重要天氣區域圖層、衛星云圖圖層等圖層。

地圖原始圖層通過GIS基本數據即可實現繪制，再按需要設置顯示范圍等參數。其中，在編寫航路點（如圖2所示）這一地理信息數據圖層過程中，通過將深圳進近管制區內所有重要航路點的經緯度數據收集齊全后，對經緯度數值進行坐標轉換后，添加至地理信息數據圖層中，也就實現了圖1中的棕色三角形航路點及航路的展示。

地圖原始圖層和多種地理信息圖層包含的地理數據信息一般繪制后較少改變，類似于背景場。變化較多的圖層，主要是雷達回波等重要天氣圖層的變化。雷達回波方面主要是對雷達拼圖進行處理，將其經緯度信息轉換成地理位置數據，然后疊加至地圖上，通過透明度的調節，實現圖1的實際效果。衛星云圖也是采取類似方法進行展示。而重要天氣的移動，則是將它作為橢圓進行處理，根據雷達外推的速度和方向，將其沿質心移動后繪制，實現重要天氣區域的展示。這些也都是GIS結合C#進行開發，因為C#可以輕松在開發電腦的Windows環境下部署，可視化易用的界面讓編程人員效率倍增。

4 結論

（1）受空管部門內網及開發環境的條件限制，基于GIS開發具有開發成本門檻低的先天優勢，結合其能實現離線地圖情況下縮放平滑的操作特點，最終提供給氣象、管制等用戶直觀易懂的服務產品，無疑是開發強對流雷達回波外推系統首選的技術手段。

（2）重要天氣預警和預報系統的展示主要通過GIS實現以下多個圖層的疊加處理：地圖原始圖層、多種地理信息數據圖層、雷達回波等重要天氣區域圖層。

（3）C#配合GIS，具有Windows開發環境下表現良好，可視化等諸多優點，開發類似系統可考慮在GIS基礎上將其作為主要編程語言。

參考文獻：

[1]張成偉，胡美，李珅，等.深圳空管重要天氣預警預報系統的功能應用和發展.空中交通，2013，12（增刊）：4145.

作者簡介：李珅（1988），男，漢族，江西撫州人，碩士，主任工程師，民航深圳空管站，研究方向：航空氣象預報。