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摘要：為規(guī)范實施廣東省人工影響天氣5段實時業(yè)務(wù)，設(shè)計建設(shè)了廣東人影綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于B／S架構(gòu)，省、市、縣、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)點4級共用，由桌面端系統(tǒng)和手機(jī)端系統(tǒng)共同構(gòu)成，功能互補(bǔ)，通過賬戶分配區(qū)分各級權(quán)限。系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)存儲管理子系統(tǒng)、信息綜合處理分析與指揮子系統(tǒng)、指導(dǎo)產(chǎn)品子系統(tǒng)、外場作業(yè)信息傳輸與采集子系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于廣東基本氣象業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口和國家局下發(fā)的云模式和衛(wèi)星反演云產(chǎn)品數(shù)據(jù)，開發(fā)人影業(yè)務(wù)需要的基本氣象業(yè)務(wù)產(chǎn)品、作業(yè)需求分析產(chǎn)品、人影作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品等，支持作業(yè)指揮人員進(jìn)行多源資料融合分析與作業(yè)條件及效果的監(jiān)測識別，實現(xiàn)作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品和實時作業(yè)數(shù)據(jù)在指揮中心與作業(yè)實施現(xiàn)場之間的互連互通。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用氣象；人工影響天氣；綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)；廣東
受全球氣候變化的影響和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，氣象災(zāi)害對廣東省經(jīng)濟(jì)社會造成的損失越來越大，迫切需要增強(qiáng)人工影響天氣業(yè)務(wù)能力、科技水平和服務(wù)效益。人工影響天氣是一項多領(lǐng)域合作的系統(tǒng)性工程，為提高人工增雨作業(yè)效率，各省先后建立了當(dāng)?shù)厝擞皹I(yè)務(wù)系統(tǒng)，如廣東省基于XML技術(shù)建立了廣東省人工增雨指揮系統(tǒng)［1］；江西省建立了移動式人工增雨作業(yè)技術(shù)支撐系統(tǒng)［2］；安徽省建立了人工影響天氣信息管理與作業(yè)指揮系統(tǒng)［3］；吳林林等［4］基于Micaps3核心設(shè)計開發(fā)了人影業(yè)務(wù)平臺。2015年，中國氣象局人工影響天氣中心結(jié)合長期的人工影響天氣業(yè)務(wù)實踐和科學(xué)研究，提出了我國人工影響天氣“五段”實時業(yè)務(wù)［5］，包括：天氣過程和作業(yè)計劃、潛力預(yù)報和作業(yè)預(yù)案、監(jiān)測預(yù)警和方案設(shè)計［6］、跟蹤指揮和作業(yè)實施以及作業(yè)后分析和效果檢驗。為更好支撐人影五段實時業(yè)務(wù)，利用廣東新一輪氣象現(xiàn)代化建設(shè)的最新成果提高廣東省人工影響天氣作業(yè)效率，拓展服務(wù)領(lǐng)域，在原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計建設(shè)了廣東人影綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)基于B／S架構(gòu)，由桌面端系統(tǒng)和手機(jī)端系統(tǒng)共同構(gòu)成，省、市、縣、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)點4級共用，通過賬戶分配區(qū)分各級權(quán)限。桌面端系統(tǒng)定位為作業(yè)指揮人員進(jìn)行多源資料融合分析與作業(yè)條件監(jiān)測識別及效果評估和信息綜合管理的平臺，手機(jī)端系統(tǒng)定位為作業(yè)現(xiàn)場人員使用的實現(xiàn)人影作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品和指令接收、裝備彈藥物聯(lián)網(wǎng)信息采集、作業(yè)信息實時上報等功能的終端。桌面端系統(tǒng)與手機(jī)端系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，功能互為補(bǔ)充。該系統(tǒng)利用了javaweb技術(shù)搭建后臺架構(gòu)，應(yīng)用了springMVC、myBatis框架，使用mySQL數(shù)據(jù)庫，利用http、websockt技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。前端使用了HTML5技術(shù)制作的GIS系統(tǒng)，手機(jī)端app使用了java開發(fā)的安卓平臺的應(yīng)用。該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)存儲管理子系統(tǒng)、信息綜合處理分析與指揮子系統(tǒng)、指導(dǎo)產(chǎn)品子系統(tǒng)、外場作業(yè)信息傳輸與采集子系統(tǒng)。
2數(shù)據(jù)存儲管理子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)存儲管理子系統(tǒng)是對人影特種數(shù)據(jù)包括：人影模式數(shù)據(jù)，作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品，空地信息，作業(yè)信息，空基、地基特種觀測信息，空域申報信息，彈藥裝備物聯(lián)網(wǎng)信息，作業(yè)人員信息，業(yè)務(wù)規(guī)范信息等進(jìn)行存儲、監(jiān)控、檢索等管理。常規(guī)氣象數(shù)據(jù)則通過調(diào)用廣東基本氣象業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口［7］進(jìn)行滾動更新存儲。基于數(shù)據(jù)存儲管理子系統(tǒng)支撐廣東人影綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的作業(yè)需求分析及綜合業(yè)務(wù)管理等功能。
2．1人影作業(yè)需求分析功能設(shè)計
基于廣東省氣象局與各部門合作建立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)“一張圖”［8］，能夠獲得多種相關(guān)行業(yè)的數(shù)據(jù)信息。人工增雨作業(yè)需求分析主要參考?xì)庀蟾珊禇l件、水庫水位、河流水位及氣候預(yù)測結(jié)論；人工防雹作業(yè)需求分析主要參考煙葉種植分布和其他經(jīng)濟(jì)作物及農(nóng)業(yè)分布；人工影響降水落區(qū)作業(yè)需求分析主要參考山洪風(fēng)險、水庫水位、雨窩點位置；防火降溫作業(yè)需求分析主要參考森林火險氣象等級、中暑指數(shù)、人體舒適度、衛(wèi)星熱點分布。改善空氣質(zhì)量作業(yè)需求分析主要參考環(huán)境監(jiān)測實況、環(huán)境氣象預(yù)報及空氣質(zhì)量預(yù)報。實現(xiàn)以上各項數(shù)據(jù)在leaflet上展示，桌面設(shè)置水庫水位、干旱、高溫、森林火險氣象等級4個數(shù)據(jù)的監(jiān)控告警。
2．2綜合業(yè)務(wù)管理功能設(shè)計
該系統(tǒng)設(shè)計了對人影特種信息的管理功能（圖2）。前端數(shù)據(jù)主要由手機(jī)端系統(tǒng)獲取，數(shù)據(jù)入庫后，可在桌面端系統(tǒng)監(jiān)控地面火箭作業(yè)的空域申報情況、各市地面作業(yè)信息、作業(yè)現(xiàn)場實景視頻、火箭彈的庫存和使用流程、全省作業(yè)次數(shù)和火箭彈消耗等實況。在彈藥倉庫安裝的溫濕度自動采集傳輸設(shè)備，將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)，實現(xiàn)在leaflet上監(jiān)控。
2．3歷史個例庫功能設(shè)計
為便于業(yè)務(wù)人員對某次作業(yè)個例開展深入的研究，該系統(tǒng)設(shè)計了“一鍵入庫”功能，通過時間和資料種類選擇，可實現(xiàn)數(shù)值模式、衛(wèi)星產(chǎn)品、站點實況、雷達(dá)產(chǎn)品等氣象資料的入庫存儲，可以在系統(tǒng)上永久查看，為業(yè)務(wù)人員后期進(jìn)行詳細(xì)的作業(yè)過程分析提供技術(shù)支撐。
3信息綜合處理分析與指揮子系統(tǒng)
信息綜合處理分析與指揮子系統(tǒng)實現(xiàn)對多種模式數(shù)據(jù)的精細(xì)處理；雷達(dá)、衛(wèi)星、雨滴譜、地面自動站等云降水監(jiān)測資料精細(xì)處理，從而支撐人影五段實時業(yè)務(wù)，按照各階段特點進(jìn)行針對性設(shè)計，同時支持各功能在地理信息系統(tǒng)的疊加分析。作業(yè)計劃主要任務(wù)是天氣過程分析與作業(yè)計劃制定，此菜單欄包括：ECWMF細(xì)網(wǎng)格模式產(chǎn)品和華南GRAPES中尺度（9km）模式產(chǎn)品的分析查看功能。模式產(chǎn)品按地面要素、不穩(wěn)定層結(jié)、高空要素、水汽條件、熱動力因子分類顯示70多種圖形產(chǎn)品；范圍可選中國、華南、廣東和單站。廣東省氣象臺3d內(nèi)逐小時定量雨量指導(dǎo)預(yù)報疊加leaflet顯示及省臺短期天氣形式分析和天氣趨勢預(yù)測。這些產(chǎn)品能支撐人影作業(yè)指揮人員分析未來天氣過程，并參考廣東省氣象臺雨量預(yù)報利用航線設(shè)計功能初步制定作業(yè)計劃，或利用地面火箭作業(yè)點的分布制定火箭作業(yè)計劃。作業(yè)潛力主要任務(wù)是結(jié)合天氣背景，利用云模式預(yù)報產(chǎn)品和華南區(qū)域逐時循環(huán)同化預(yù)報產(chǎn)品分析未來24h內(nèi)云系的宏觀和微觀物理結(jié)構(gòu)，結(jié)合本省概念模型，制定作業(yè)預(yù)案。此菜單欄包括：CPEFS、GRAPESCams云模式［9］產(chǎn)品（云宏觀場、云微觀場、垂直結(jié)構(gòu)、降水場）的圖片查看和疊加leaflet顯示，設(shè)計了對預(yù)報云系垂直結(jié)構(gòu)的任意剖切實時繪圖顯示功能（圖4）。華南區(qū)域逐時循環(huán)同化預(yù)報產(chǎn)品包括3km雷達(dá)回波的預(yù)報和雨量、溫度、地面風(fēng)及不穩(wěn)定層結(jié)的預(yù)報。探空云分析是對全省4個探空站探空資料的分析繪圖，繪制溫度、露點溫度、相對濕度廓線，標(biāo)注特征層高度，標(biāo)注云閾值（相對濕度大于90％）。作業(yè)預(yù)警主要任務(wù)是在作業(yè)前3h內(nèi)，利用空基、地基多種實測資料進(jìn)行作業(yè)條件監(jiān)測預(yù)警和作業(yè)方案設(shè)計。此菜單欄包括：廣東3、1km精細(xì)化區(qū)域數(shù)值預(yù)報模式產(chǎn)品（溫度、降水、10m風(fēng)、組合反射率），利用逐時同化技術(shù)，產(chǎn)品每小時滾動更新，預(yù)報時效6h。QPE、QPF短臨預(yù)報產(chǎn)品、雷達(dá)產(chǎn)品綜合分析、衛(wèi)星反演云產(chǎn)品、風(fēng)云、葵花衛(wèi)星云圖、雨滴譜實時監(jiān)測等多種實時氣象探測資料疊加leaflet的可視化顯示，以及飛機(jī)航跡設(shè)計、作業(yè)指標(biāo)設(shè)定等功能。實時指揮主要任務(wù)是飛機(jī)和地面作業(yè)的跟蹤指揮，關(guān)鍵技術(shù)是指揮中心與飛機(jī)和火箭作業(yè)現(xiàn)場之間的多源信息通訊。此菜單欄包括：地面作業(yè)跟蹤指揮（接收地面作業(yè)現(xiàn)場通過外場作業(yè)信息傳輸與采集系統(tǒng)進(jìn)行的作業(yè)實景直播），飛機(jī)作業(yè)跟蹤指揮（通過空地通信系統(tǒng)［10］下傳航跡與雷達(dá)回波的疊加顯示、空地信息傳輸）。效果評估主要任務(wù)是作業(yè)后對作業(yè)效果進(jìn)行科學(xué)合理的評價，設(shè)計了區(qū)域歷史回歸統(tǒng)計檢驗方法和基于雷達(dá)立體網(wǎng)格資料對比統(tǒng)計的物理檢驗方法［11］。此菜單欄包括：歷史回歸方法，運用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法建立全省86個遙測站歷史雨量的相關(guān)性，業(yè)務(wù)員手動繪制影響區(qū)和對比區(qū)，系統(tǒng)會計算生成包含相關(guān)系數(shù)、增雨量、回歸方程、增雨率等要素的效果評估報告，雷達(dá)格點統(tǒng)計方法，在作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)，選定高度層，作業(yè)影響時段內(nèi)不同回波強(qiáng)度雷達(dá)格點數(shù)的對比統(tǒng)計分析。
4指導(dǎo)產(chǎn)品子系統(tǒng)
指導(dǎo)產(chǎn)品子系統(tǒng)功能是將技術(shù)人員制作的或系統(tǒng)自動生成的人影作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品到手機(jī)端。人影業(yè)務(wù)需要分析編寫并作業(yè)需求分析報、作業(yè)計劃報、作業(yè)潛力報、作業(yè)預(yù)警報、飛機(jī)作業(yè)（探測）方案報、效果評估報等一系列業(yè)務(wù)指導(dǎo)產(chǎn)品，貫穿人影作業(yè)的全過程。系統(tǒng)在各業(yè)務(wù)流程階段都設(shè)計了自動生成相應(yīng)階段作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品的word模板文件，模板中的標(biāo)題、日期、規(guī)律性文字描述都由系統(tǒng)自動生成，模板中插入的圖片產(chǎn)品，可以通過產(chǎn)品種類和時次的選擇，邊分析，邊編輯，實現(xiàn)所見即所得的快速制作。指導(dǎo)產(chǎn)品通過系統(tǒng)可以定向給作業(yè)涉及的地市，相關(guān)人員通過手機(jī)端系統(tǒng)接收查看。
5外場作業(yè)信息傳輸與采集子系統(tǒng)
外場作業(yè)信息傳輸與采集系統(tǒng)即手機(jī)端系統(tǒng)，功能是實現(xiàn)作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品接收與查看、空域申報監(jiān)控、作業(yè)信息智能采集與展示、彈藥裝備物聯(lián)網(wǎng)信息采集、安全射界圖查詢、作業(yè)實景采集與展示、天氣實況顯示等。手機(jī)端系統(tǒng)使用的用戶必須進(jìn)行注冊，身份經(jīng)審核后才能登錄使用。對注冊用戶進(jìn)行分組管理，可實現(xiàn)作業(yè)指導(dǎo)產(chǎn)品的精準(zhǔn)推送、作業(yè)指揮人員實時掌握外場作業(yè)動態(tài)。
6系統(tǒng)創(chuàng)新點
廣東人影綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計思路具有2個創(chuàng)新點：（1）針對人影5段實時業(yè)務(wù)各階段任務(wù)特點進(jìn)行“配菜”式參考產(chǎn)品和功能供應(yīng)，給業(yè)務(wù)人員帶來了很大的方便，降低了地市級業(yè)務(wù)人員進(jìn)行人影專項分析的入門條件。（2）充分考慮人工影響天氣業(yè)務(wù)服務(wù)領(lǐng)域的廣范性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性設(shè)置和可拓展性，設(shè)計了“產(chǎn)品管理中心”，將系統(tǒng)的每一個功能模塊作為一個可以搭配的素材，目前具有75個獨立功能模塊，系統(tǒng)使用者可以根據(jù)需要任意定制菜單。在現(xiàn)有的主要功能菜單項外，還可添加新的分類菜單項。針對人工影響天氣“五段”實時業(yè)務(wù)特點設(shè)計實現(xiàn)的廣東人影綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用了廣東氣象現(xiàn)代化建設(shè)取得的許多成果，如豐富的雷達(dá)產(chǎn)品，包括QPE、QPF短臨預(yù)報產(chǎn)品，廣東1km精細(xì)化區(qū)域數(shù)值預(yù)報模式產(chǎn)品，華南區(qū)域逐時循環(huán)同化預(yù)報產(chǎn)品，部門合作共享數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的建成明顯提升了廣東人工影響天氣業(yè)務(wù)能力，對廣東省內(nèi)飛機(jī)、火箭人工影響天氣作業(yè)的科學(xué)實施起到了重要的技術(shù)支撐作用。
作者:高建秋 陳榮 肖偉生 陸立凡 鐘晨 蘇俞先 單位:廣東省突發(fā)事件預(yù)警信息中心