安全射界技術在人工影響天氣對空作業(yè)中的應用研究

魏宇星

（鄉(xiāng)城縣氣象局，四川 甘孜藏族自治州 627850）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人工影響天氣作業(yè)發(fā)生了很大改變，受到傳統(tǒng)高炮安全射擊方面的限制，很難滿足新時期各項工作的需要。這就需要工作人員對作業(yè)點周圍區(qū)域分布情況進行準確把握，通過對設計參數(shù)進行調(diào)整，以對安全射界圖進行繪制，避免出現(xiàn)安全事故。面對新時期人工影響天氣作業(yè)要求，對地理信息技術和計算機技術進行充分利用，以對高炮、火箭位置、射程信息、地形矢量等數(shù)據(jù)信息進行全面收集，對人工影響天氣作業(yè)安全射界繪制技術不斷進行優(yōu)化，提升其的高精確度水平，進而滿足實際工作需要。通過研究人工影響天氣對空作業(yè)中的安全射界技術，可以對傳統(tǒng)技術方面的不足進行完善，為人工影響天氣作業(yè)提供參考借鑒。

1 安全射界概述

1.1 射界分類

人影作業(yè)的專業(yè)性較強，其裝備射界主要包括三類：裝備射界、作業(yè)射界和安全射界。其中裝備射界主要是指人影作業(yè)炮彈、火箭彈發(fā)射裝置方位、俯仰角所能達到的二維界限。作業(yè)射界是結合不同的作業(yè)目標和作業(yè)規(guī)范需要將作業(yè)裝備瞄準發(fā)射方位角與俯仰角的范圍。安全射界則是保證作業(yè)人員和地面設備安全的前提下，裝備可以發(fā)射方位角與俯仰角的范圍。這三種不同類型的射界相互包含，安全射界是滿足人影裝備對空作業(yè)任務需求的發(fā)射范圍，人影作業(yè)指揮中需對安全射界范圍進行實時掌握。

1.2 人影對空作業(yè)裝備分類

按照催化方式不同，人影對空作業(yè)裝備涉及空域安全，主要包含點源爆炸式、線源傘降式兩種類型。

1.2.1 點源爆炸式

將含有人影催化劑的炮彈通過地面高炮將其向目標位置進行發(fā)射，通過延時引線引爆彈丸的方式，將催化劑瞬時撒播到作業(yè)目標區(qū)域內(nèi)，從而實現(xiàn)人工影響天氣的目的。點源爆炸式的炮彈型號包括57 mm、37 mm兩種不同型號。因裝備性能不同，57mm、37mm炮彈的最大射高分別為7～8 km、4～5 km。

1.2.2 線源傘降式

將含有人影催化劑、助燃劑的火箭彈通過地面火箭將其推送到作業(yè)目標位置后，在火箭飛行期間的延時控制系統(tǒng)利用燃燒方式對催化劑進行播撒，播撒完成后，剩余的火箭殘骸會通過火箭彈傘降系統(tǒng)降落到地面上，進而完成催化作業(yè)。大部分情況下，人工影響天氣作業(yè)用火箭彈時采用線源傘降式較為頻繁。

1.3 安全射界影響因素

1.3.1 裝備性能

對于人影作業(yè)中使用的高炮，大都是部隊退役設備，受到設備自身制作工藝、配件不足、核心部件磨損、年檢保養(yǎng)不及時等方面的限制，對裝備性能產(chǎn)生了嚴重影響。可以定期組織技術人員定期檢測專用設備，以預防和減輕因性能下降引發(fā)的問題。

1.3.2 彈藥穩(wěn)定性

人工影響天氣作業(yè)中使用的彈藥，在制造過程中涉及的人工參與環(huán)節(jié)較多，尤其是早期受到成本、制造工藝等方面的影響，使得炮彈、火箭彈經(jīng)常會有瞎火、未開傘等情況出現(xiàn)。對于不同型號的彈藥來說，其外形、質(zhì)量、發(fā)射性能有一定差異，使得彈藥出膛速度、抗干擾能力、慣性存在系統(tǒng)方面的差異。只有制定出科學有效的彈藥生產(chǎn)工藝標準，增強驗收標準，才能提升彈藥的穩(wěn)定性和安全性水平。

1.3.3 操作水平

人影作業(yè)中發(fā)射高炮及火箭的裝置大都沒有精準方位標識。因此，作業(yè)人員在調(diào)整作業(yè)方位角、俯仰角的過程中會存在一定的操作偏差。通過加強技術培訓，嚴格標準執(zhí)行，可以有效降低人為因素方面產(chǎn)生的誤差。

2 估算與設計人影作業(yè)安全射界

2.1 設計思路

結合人工影響天氣工作實際和安全射界繪制規(guī)范，通過人工方式在高分辨率衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)底圖上將安全敏感區(qū)域繪制出來，并根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的不同海拔高度炮彈未爆炸、火箭彈未開傘時落點數(shù)據(jù)，將高空氣流對彈道偏移的影響考慮進去，通過計算機技術和地理信息將高炮、火箭人影作業(yè)安全射界范圍考慮進去，確保地面人員和相關設施安全。具體步驟為：①通過信息化方式處理彈藥生產(chǎn)廠家提供的彈射數(shù)據(jù)表；②利用高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)對安全作業(yè)敏感區(qū)進行識別；③將彈丸命中點對應的彈道初始數(shù)設計諸元進行反酸；④修正設計不同影響因素誤差；⑤融合處理地理信息數(shù)據(jù)；⑥對安全射界進行確定。

2.2 地圖數(shù)據(jù)源選擇

對于電子地圖來說，在對現(xiàn)實世界進行模擬的過程中主要選用矢量和柵格兩種不同模型。其中前者是通過二維以點、線、面的方式來表達自然界，后者則是通過方格對實體進行模擬。為了對作業(yè)點周圍城鎮(zhèn)、村莊、工程等禁射區(qū)進行準確分辨，需對安全射界進行合理選定，結合目前測繪地圖、衛(wèi)星遙感影像圖以及數(shù)據(jù)高程模型數(shù)據(jù)技術，選用分辨率不低于5 m的衛(wèi)星遙感影像圖繪制安全射界圖。

2.3 彈丸落區(qū)數(shù)字化處理

在對空氣中彈丸運動規(guī)律、飛行特征、相關現(xiàn)象進行研究的過程中主要是利用外彈道學范疇，若彈丸質(zhì)量、彈形、彈徑、炮身仰角、初始速度不同，氣象條件對彈道均有一定影響。結合命中點位置可以對人影作業(yè)裝備的設計諸元，避免了通過彈道微分方程對彈道軌跡進行計算而求解射擊諸元的復雜過程。

2.4 不同影響因素誤差修正設計

2.4.1 風對未爆彈丸預期落點水平距離影響

在風力的作用下，發(fā)射后炮彈的落點水平距離同靜風預期距離間有一定偏差存在。順風較大的情況可以延伸炮彈的彈道，逆風則恰恰相反，橫風會造成炮彈彈丸左右偏移。由于旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈丸落地點散步的縱向偏差比橫向偏差大，在對低海拔地區(qū)的安全射擊最小范圍極坐標進行選取時，其標準為徑向1 500 m，法向為1 000 m。

2.4.2 不同海拔高度對未爆彈丸射程的影響

對于高原地區(qū)來說，其空氣密度要遠遠小于低海拔地區(qū)，由于火箭彈阻力系數(shù)降低，風速卻相對較大，高原地區(qū)的彈道落地點的散布方差更大。相關研究結果表明，海拔高度增加的過程中，高原氣象對高炮彈道的影響也比平原氣象的影響要大，這種影響以冬季表現(xiàn)的最為明顯，其次是夏季。根據(jù)相關統(tǒng)計結果表明，由于高原地區(qū)的海報高度在1 500 m以上，需要將高原氣象條件對彈道的影響考慮進去，安全射界極坐標的最小范圍需進一步擴大到徑向為2 000 m，法向為1 500 m。

3 人影作業(yè)安全射界繪制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)設計及功能

根據(jù)中國氣象局《人工影響天氣安全管理規(guī)定》的安全作業(yè)要求，在人影作業(yè)安全射界繪制系統(tǒng)中，需要嚴格按照QX/T151《人工影響天氣作業(yè)術語》和QX/T256《37 mm高炮人工影響天氣作業(yè)點安全射界圖繪制規(guī)范》對人工影響天氣作業(yè)安全射界進行設計，該系統(tǒng)的功能需包含地圖管理、地標管理、射界編輯、制圖打印、系統(tǒng)管理五個方面的功能。

3.2 安全射界繪制步驟

3.2.1 繪制射界圖

將人工影響天氣作業(yè)點坐標值數(shù)據(jù)作為圓心，分別畫出半徑為1 km、10 km的圓。結合不同炮彈和火箭彈型號在不同海拔區(qū)域以及不同仰角的彈道參數(shù)，繪制射界圈。需要注意的是，射界圈的間隔大都在2°～5°之間。

3.2.2 確定非安全區(qū)域

在借助于高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)識別、避讓人工地物的過程中，需要標記處作業(yè)彈藥覆蓋半徑范圍內(nèi)的地面廠礦企業(yè)、村鎮(zhèn)人口稠密區(qū)域、高速鐵路、學校等安全敏感區(qū)域，以對非安全區(qū)域進行確定。

3.2.3 射界分析

通過疊加分析非安全區(qū)域數(shù)據(jù)用戶標記和射界圈形成的區(qū)域，進而形成安全射界區(qū)域。其中安全射界區(qū)域極坐標最小范圍需要滿足在海拔不高于1 500 m的作業(yè)點：1 500 m（徑向）×1 000 m（切向）；高于1 500 m的作業(yè)點：2 000 m（徑向）×1 500 m（切向）。

3.2.4 制圖打印

應選用分辨率不低于5 m的衛(wèi)星遙感影像圖疊加在精度為30 m的DEM底圖上作為安全射界成圖，并在確定出圖范圍的影像圖中確定圖層信息，其中安全射界區(qū)域編號需要從初始方位開始，沿著順時針方向從內(nèi)到外將阿拉伯數(shù)字從小到大標注在安全區(qū)域內(nèi)。將“37 mm高炮安全射界圖”或“火箭作業(yè)安全射界圖”標注在制圖區(qū)域影像圖的正上方。在示意圖的右上方有指北方向的標記，下方則是射界范圍、作業(yè)點信息、海拔信息、分辨率信息以及彈藥類型信息，而審核人、出圖人、出圖單位和出圖時間則標注在最下方。

4 結論

綜上所述，安全射界技術對人工影響天氣對空作業(yè)的影響較大，作業(yè)人員應對作業(yè)點周圍設施和人口分布情況進行全面掌握，對彈藥設計參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，以準確繪制安全射界圖。針對人工影響天氣對空作業(yè)中可能出現(xiàn)的事故問題，制定出有效的防控措施，以更好地滿足安全作業(yè)和科學管理的需求。