基于空間GIS的天津市人工影響天氣電子沙盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了人工影響天氣電子沙盤(pán)系統(tǒng)。系統(tǒng)基于國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的空間GIS平臺(tái)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(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)天津人影作業(yè)全域精細(xì)化三維地理場(chǎng)景的漫游展示，飛機(jī)、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(dá)回波及降雨量等氣象信息空間可視化分析展示，實(shí)時(shí)或歷史人影飛機(jī)作業(yè)狀態(tài)管理查詢以及作業(yè)過(guò)程空間可視化監(jiān)控等功能，同時(shí)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)基本空間GIS測(cè)量功能。系統(tǒng)的建設(shè)為天津人影業(yè)務(wù)完全三維空間GIS可視化和安全作業(yè)提供了保障。

關(guān)鍵詞 空間GIS;電子沙盤(pán);人工影響天氣

中圖分類號(hào)：P208;P48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(pán)是遙感、地理信息系統(tǒng)、三維仿真等高新技術(shù)結(jié)合，為使用者提供了一個(gè)實(shí)時(shí)、可交互操作的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。電子沙盤(pán)突破傳統(tǒng)實(shí)物沙盤(pán)占地面積大，攜帶不便，表現(xiàn)內(nèi)容單調(diào)而且難以更新的缺點(diǎn)，可以動(dòng)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(pán)系統(tǒng)主要依托天津市氣象局的常規(guī)觀測(cè)資料及預(yù)報(bào)產(chǎn)品、地面自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、多普勒天氣雷達(dá)資料、高分辨靜止、極軌氣象衛(wèi)星資料，有效利用3G網(wǎng)絡(luò)、GPS全球定位系統(tǒng)定位和GIS地理信息系統(tǒng)資源，通過(guò)技術(shù)集成和整合，構(gòu)建天津市人工影響天氣信息平臺(tái)，形成一個(gè)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(jì)、社會(huì)效益。

1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介

天津市人工影響天氣電子沙盤(pán)是利用國(guó)遙新天地公司的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代海量空間信息服務(wù)平臺(tái)EV-Globe進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。該平臺(tái)集成最新的地理信息和三維軟件技術(shù)，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(shí)時(shí)漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運(yùn)算，可與常規(guī)GIS軟件集成，提供全球范圍基礎(chǔ)影像資料，方便快速構(gòu)建三維空間信息服務(wù)系統(tǒng)，也可快速?gòu)亩SGIS系統(tǒng)完成向三維擴(kuò)展，是新一代大型空間信息服務(wù)平臺(tái)。EV？鄄Globe已成功應(yīng)用在數(shù)字油田、土地利用監(jiān)測(cè)、山洪監(jiān)測(cè)、軍事等領(lǐng)域。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

天津市人工影響天氣電子沙盤(pán)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括3個(gè)部分：一是地理信息和衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)，包括站點(diǎn)信息庫(kù)、雨量數(shù)據(jù)信息庫(kù)和人影作業(yè)信息庫(kù)。站點(diǎn)信息庫(kù)記錄人影作業(yè)站點(diǎn)、雷達(dá)站點(diǎn)、自動(dòng)站和人影特種觀測(cè)等5類站點(diǎn)的經(jīng)緯度、編號(hào)、設(shè)備類型等信息;雨量數(shù)據(jù)信息庫(kù)用于存儲(chǔ)自動(dòng)站收集的降雨量值、風(fēng)速、風(fēng)向及溫濕度等信息和人影特種觀測(cè)信息;人影作業(yè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)記錄人影作業(yè)任務(wù)的詳細(xì)資料及人影作業(yè)中作業(yè)設(shè)備詳細(xì)信息。三是以數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)雷達(dá)、衛(wèi)星云圖等數(shù)據(jù)文件，直接以文件形式分類存儲(chǔ)在服務(wù)器硬盤(pán)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(dá)回波三維可視化展示、雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示、三維空間GIS測(cè)量等6個(gè)功能（圖1）。

3.1 基本信息管理展示功能

基礎(chǔ)信息管理功能主要實(shí)現(xiàn)人影作業(yè)點(diǎn)（飛機(jī)、高炮、火箭、燃燒爐）、雷達(dá)站點(diǎn)、自動(dòng)站及人影特種觀測(cè)站點(diǎn)等信息分布展示及仿真模型可視化瀏覽，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)任意范圍、任意角度二三維場(chǎng)景漫游，作業(yè)點(diǎn)火炮精細(xì)化展示及屬性信息查詢，雷達(dá)數(shù)據(jù)可視化和云圖瀏覽播放，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)地標(biāo)、人影作業(yè)點(diǎn)、氣象站點(diǎn)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(shí)時(shí)作業(yè)展示和歷史作業(yè)展示，展示內(nèi)容包括作業(yè)點(diǎn)信息、航跡及視頻。實(shí)時(shí)作業(yè)信息監(jiān)控功能能實(shí)現(xiàn)人影作業(yè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、作業(yè)飛機(jī)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)及作業(yè)飛機(jī)航跡描述與展示。以不同顏色顯示人影作業(yè)點(diǎn)狀態(tài)，并標(biāo)注正在作業(yè)、作業(yè)結(jié)束、作業(yè)申請(qǐng)等提示字樣。根據(jù)基礎(chǔ)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(gòu)建的真實(shí)地理場(chǎng)景中實(shí)時(shí)展示人影作業(yè)飛機(jī)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(diǎn)、范圍、航跡等信息查詢。用戶通過(guò)作業(yè)點(diǎn)空間屬性和作業(yè)點(diǎn)專題屬性查詢作業(yè)點(diǎn)基本信息、范圍等信息，實(shí)現(xiàn)作業(yè)點(diǎn)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(jìn)行不同時(shí)間連續(xù)播放。數(shù)據(jù)讀入方式有實(shí)時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取和手動(dòng)選擇文件夾方式，動(dòng)態(tài)播放有自動(dòng)時(shí)間序列播放和手動(dòng)逐幅圖像播放。

3.4 雷達(dá)數(shù)據(jù)三維回波顯示功能

系統(tǒng)以雷達(dá)資料數(shù)據(jù)解析為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的三維展示功能，系統(tǒng)根據(jù)指定回波強(qiáng)度值計(jì)算生成三維效果模型來(lái)展示三維雷達(dá)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(cè)數(shù)據(jù)顯示功能

系統(tǒng)從已有數(shù)據(jù)庫(kù)中直接讀取全區(qū)不同時(shí)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(cè)量

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維地理信息場(chǎng)景的點(diǎn)位測(cè)量、高度測(cè)量、面積測(cè)量、距離測(cè)量等操作。其中點(diǎn)位信息有經(jīng)緯度及高程數(shù)據(jù);高度信息為起始點(diǎn)距離興趣點(diǎn)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(jié)

（1）系統(tǒng)基于三維空間GIS平臺(tái)，可實(shí)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(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)支持。

（2）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人影作業(yè)信息、雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)、雨量等氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)縫高效讀取、管理、展示、統(tǒng)計(jì)及分析，結(jié)合地理信息數(shù)據(jù)，用戶可制作輸出精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品。

（3）系統(tǒng)具有強(qiáng)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(chǎng)景、人影作業(yè)設(shè)備仿真模型、人影飛機(jī)作業(yè)過(guò)程仿真模擬、飛機(jī)穿云模擬及降雨降雪等自然天氣過(guò)程，完善了中心人影作業(yè)指揮業(yè)務(wù)現(xiàn)代化、信息化建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

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