地面人影作业决策指挥系统建设的技术问题探讨.doc

地面人影作业决策指挥系统建设的技术问题探讨第39卷第4期2011年8月气象科技METEOROLOGICALSCIENCEANDTECHNOLOGYV01.39.NO.4Aug.2011地面人影作业决策指挥系统建设的技术问题探讨王以琳张新华贾斌王化玲于金源(1山东省气象科学研究所,济南250031;2山东省聊城市气象局,聊城252060)摘要为做好地面人工影响天气决策指挥系统的研究和开发,提出各级人影办的职责和作业流程.在市级人影办指挥地面作业的体制内,省级人影办主要做好潜势预报和作业预警等项工作;市级人影办建立以GIS,雷达图像,作业点位置叠加为基础,作业指标为核心,高炮,火箭射程计算作业参数为关键,利用GPRS通信完成指挥中心到作业点的指令下达任务;县级人影办主要负责作业监测,部分作业点的指挥,作业和灾情信息上报,作业点管理等项工作.该方案可以提高形成作业指令的科学性和指令下达速度,使其进入业务应用.关键词人工影响天气决策指挥系统3G网络监控引言1指挥模式我国人工影响天气工作已有50多年的历史,现已发展到全国7000多门高炮,近万个高炮作业点,各种火箭发射架5000多具.如此大的作业规模堪称世界第一.近年来,基于雷达的市县级人工影响天气业务技术系统在地面指挥作业中发挥很好作用1,也有针对水库蓄水等特殊用途的人工增雨业务系统I3.同时为适应空域申请和业务管理,人工影响天气作业空域自动化申报系统和人工影响天气管理信息系统5在各地出现.人工增雨基地建设也提到议事日程6.市县级人影办主要组织,指挥作业点作业,在多种手段确定作业区中以雷达指挥作业为主,在传输作业指令的方式方面以电话,短信方式居多.我们认为在地面作业中省级指挥中心要发挥技术力量集中,技术手段多样的特点,做好对下级作业的时间,区域的指导工作.市县级应运用好自己的业务技术系统,在实时雷达的引导下,确定作业时间,高度,方位角,仰角,用弹量等作业参数,以最快的通信方式(如GPRS,电话,音视频等)将作业指令传达到作业点.由于短信的时间延迟性,建议最好不要在业务中使用.下面以这种思路探讨地面人影作业决策指挥的技术问题.我国现存的地面人工影响天气作业指挥模式中以市级指挥为主,绝大部分省级人工影响天气办公室不直接指挥地面作业,其主要原因是省级主要承担飞机作业任务,地面高炮,火箭作业点多,省级难以组织实施作业.省级人工影响天气办公室利用人才集中,技术优势明显的特点,根据国家人影中心下发的产品和本省预报指标,做好潜势预报等地面作业指导产品的制作和发布工作,做好作业前24,12小时对市级地面人工影响天气作业预警,作业信息收集,效果检验,信息上报等项工作.市级人工影响天气办公室承担直接指挥作业点的任务较好,这样在省级的指导下,发挥市级的作用,克服县气象局人员少,人工影响天气办公室指挥不够专业的弊端.市级人工影响天气办公室可以根据上级和同级的预报作出作业预警.同时密切观察雷达图像的变化,及时给出各作业点的作业参数;在空域批复的情况下,迅速下达作业指令;做好作业指挥,信息收集上报,作业监测,效果检验等项工作.县级人工影响天气办公室可以主要负责作业监测和灾情信息上报,及作业点管理等项工作.这种模式技术优势明显,减轻了县级人影的工作压力.中国气象局气象新技术推广项目”地面增雨防雹作业技术研究推广”(CMATG2009MS37),山东省气象局科研项目”火箭作业方法研究”(2009sdqxz05),”人影地面作业监控指挥的研究”(2010sdqx14)资助作者简介:王以琳,男,1956年生,学士,正研级高工,主要从事人工影响天气工作,Email:qxwylsohu.corn收稿日期:2O1O年4月6日;定稿日期:2010年7月31日第4期王以琳等:地面人影作业决策指挥系统建设的技术问题探讨5O32系统配置(1)省级:省级配有专门服务器,在其上建立省对市的业务平台,依托基本气象通信网络(内网),完成上下信息的发布和接收,作业反馈等工作.(2)市级:依托市级预报,通信,可视会商等资源,建立市级人工影响天气作业决策指挥平台,建立与省级平台和县级人影办沟通的通信网络.市级平台.市级地面人工影响天气作业决策指挥系统,以GIS和双屏计算机为可视化作业指挥平台(图1),通过内网完成与雷达,省级服务器,县人工影响天气部门作业监测和3G系统监控之间的通信,通过Inter网利用GPRS通信经过省级服务器完成指挥中心到作业点的指令下达和反馈功能,实现利用该系统直接指挥作业点作业的工作模式.市级指挥中心对作业点的监控或指令下达也可用其他通信方式(如电话,高频电话,有,无线音视频等)完成.机网络监控.音,视频3G网络监控作为近几年新兴的产业,在各行各业中起到的作用越来越大,市场已由传统的单纯安防监控向管理监控等方向发展.基于IP网络的远程音,视频监控系统,是在宽带网上以多点到点为主要特征的多媒体采集类业务.远程人工影响天气作业点的音,视频监控可为安全作业护航,也是指挥中心与作业点上传下达作业信息的一种方式.音,视频3G网络实时监控系统,通过硬件解码器可在远程监视器,电视墙上实现实时音频交互对话和视频图像监控.播放客户端可实现包括多画面监视,翻屏,字幕叠加,时钟显示,视频参数,屏幕锁定,录像等项功能.录像分为终端录像,远程中心录像以及PC客户端本地录像,支持播放客户端的录像检索及回放功能.在音,视频3G网络监控拓扑图上(图2)可以看到,省,市,县人工影响天气指挥中心对作业点的监控由前端设备(作业点硬件设备),中心服务器和监控终端3部分组成.图2音,视频3G网络监控拓扑图前端设备安装在作业点,由音,视频服务器,摄像头,拾音器和音箱组成.音,视频网络视频服务器采用H.264压缩标准设计,集音,视频采集,实时压缩,网络传输等功能为一体.通过该设备,可以轻松地将模拟音,视频信号压缩成数字信号,并通过有线或无线的方式接入因特网.中心服务器是整个监控系统的核心部分,通过管理平台软件进行访问和可视化查询,管理,负责对系统各个控制单元信令进行解析,分发.并且实现对整个系统的数据参数进行保存和认证管理.管理主要包括前端设备的配置参数,用户数据,系统配置信息,报警信息,访问日志,故障日志等.监控终端由网络中的一台计算机完成客户监控.主要包括客户端软件和音,视频解码器.通过该软件负责将前端设备采集到的音,视频流提交给监控用户,也可以根据监控用户要求操纵前端转发设备(如云台,镜头等).如果用智能手机作为监控客户端,可以将手机视频播放客户端软件安装在智能手机上.用户通过WAP上网,运行该视频播放客户端,可观看到实时图像,并可进行云镜操作.监控终端可以和中心服务器共用一台微机,根据聊城市的使用情况,一般中心服务器装在地市级人工影响天气指挥中心,在该中心通过解码器可以实现电504气象科技第39卷视墙监控.省级和县级指挥中心通过互联网可同时监视作业点.在作业点实现音,视频监控具有7个特点:无论是有线,无线或移动监控都可以统一,方便地接入同一监控系统.实现了真正的三网(视频,音频,数据)合一,解决了网络重复建设问题.图像的存储,检索安全方便,可异地存储,多机备份存储以及快速非线性查找等.采用流媒体技术,解决了多用户访问同一监控点出现在的网络堵塞问题,可远程检索,回放,下载历史录像文件.点名访问模式,无客户观看及媒体录像时不发送视频数据流,可大大提高网络的资源利用率.系统音频功能支持语音对讲和音频监听功能.系统可以设置不同等级的操作者权限,仅有最高级权限的用户才可对整个系统进行设置或更改,没有权限的用户接收不到图像.图像数据的存储通过加密处理,必须采用专用的软件才能播放.(3)县级:县级人工影响天气办公室在地面作业中有两种工作模式:如果实行市级指挥中心直接指挥作业点进行作业的工作模式,县级与市级通过内网链接的计算机或通过音视频都能完成作业监测任务.县级人工影响天气办公室指挥作业的工作模式,应安装与市级同样的作业决策指挥系统,应用该系统实施作业指挥.同时无论哪种模式县级都应在计算机上应用信息上报系统,完成作业和灾情信息上报及作业点管理等项工作.3市级人影决策指挥系统3.1系统功能市级人工影响天气决策指挥系统在GIS平台上,把人工影响天气业务和作业指挥汇集到一个工作平面内,能够完成天气预警,实时作业指挥,作业监控,信息管理等日常人影业务.它融合了先进的电子通信,GIS,网络等项技术,是具有可视化程度高,扩展性和可移植性好的现代化人工影响天气工作平台.系统通过内网将多普勒或其他型号的实时雷达图像叠加在GIS平台上,依据作业指标,回波强弱和系统的功能,用鼠标勾画出作业区的范围;根据催化剂扩散理论,以高炮,火箭射程计算各作业点的方位仰角,以给定的催化剂浓度阈值模拟不同仰角的用弹量;系统自动把作业参数转换成作业指令;通过省级服务器和GPRS通信,将作业指令无延时地显示在作业人员的智能手机上;实现了利用该系统直接指挥作业点作业的工作模式.市级人工影响天气作业决策指挥系统,由12个子系统和4个主要显示区组成:图层控制,知识库,天气预警,地图控制,探测数据,人影指挥,人影资料库,系统设置,系统管理,通信子系统,值班日志,帮助子系统,主操作区,图层控制区,作业指令待发区,作业指令执行监控区.3.2作业流程按照系统工作流程,市级人工影响天气办公室在接到省级(或同级)作业预警指令后,启动市级人工影响天气决策指挥系统.在认真分析降雨天气系统的同时进入雷达12h预警状态,确定具体增雨或防雹方案.同时对作业点发出作业预警指令,使其作业点人员全部到位,做好作业准备工作.该系统通过雷达确定各作业点作业时间,作业仰角,方位角,用弹量等作业参数,并形成作业指令,直接通过省局服务器和Internet网,将作业指令下达到作业点拥有的智能手机上.指挥中心与作业点的互动,完成作业信息的实时传递,同时也完成了向省级业务技术系统提供作业信息的任务.为了适应县级两种作业模式,市级人工影响天气决策指挥系统可以分为两个版本:具有发送,接收作业指令的决策指挥系统,它把决策,形成指令,指令自动下达到作业点,作业和信息反馈连成一体,是一个功能较完善的决策指挥系统.只有指挥功能的决策指挥系统,在没有实现智能手机接收作业指令的地方,该系统只完成作业决策和形成作业指令的指挥功能,延用已有的下达作业指令方式完成作业指挥.通过该系统在作业过程中形成的全部数据自动存入系统中作业流水数据库和作业数据库.作业流水数据库记载作业指令收发的详细记录,作业数据库只储存实施作业后要上报的作业数据.3.3作业指令接收机由作业人员携带的作业指令接收机具有接收,回复和反馈作业指令的功能,已在多种型号的智能手机上实现(诺基亚N72,摩托罗拉A1200,三星U608).即将编制的Jave程序写入手机,通过GPRS通信将作业指令实时显示在智能手机上,接收作业指令不影响手机的其他功能.市级人工影响天气决策指挥系统,通过作业指令接收机对作业点进行点名,发送预警和作业指令,第4期王以琳等:地面人影作业决策指挥系统建设的技术问题探讨5O5接收指令的回执和进行时间校准,显示作业指令.作业人员根据显示的指令进行作业.3.4下达指令的通信方式为适应不同地市实际情况,在市级人工影响天气决策指挥系统中,采用4种方式下达作业指令.(1)通过互联网和省局服务器采用GPRS通信与作业点拥有的智能手机相连,将作业指令传递到作业点.形成指挥中心直接指挥作业点的指挥模式.作业点使用智能手机接收作业指令时,手机会发出各种不同声音和显示作业指令,提示作业人员完成各种指令,并有反馈信息告知指挥中心的指挥人员,形成指挥人员和作业人员互动.其优点是作业指令传递快,一般在15S内完成多点作业信息传递.(2)如果作业点使用普通手机或座机,市级指挥中心可以通过话路传达作业指令.在市级指挥中心进行指挥时,通过点击屏幕上对应的作业点图标,完成指挥中心向作业点下达作业指令任务.(3)如果指挥中心与作业点采用高频电话通信方式,在指挥中心快速形成作业指令后可以用高频电话实现上传下达指令进行作业.(4)在实现音,视频网络实时监控的作业点,音频部分可以用来满足指挥中心与作业点之间的通话,完成作业指令的传递任务.4县级作业指挥在本文第2节涉及的县级地面指挥作业的两种工作模式中.市级直接指挥作业点时作业指令直接下达到作业点,县级可以通过内网与市级系统的数据库相连,以网页形式实时显示市级指挥中心与作业点之间的信息交流,掌握作业进程.从网页上可以清楚看到某个作业点什么时间收到或发送什么信息,该网页起作业监督作用,也可以起辅助指挥的作用.由于有些县开展人工影响天气工作时间特别长,作业经验特别丰富,他们要求采用县级直接指挥作业点的作业方式.可以在县人工影响天气指挥中心安装县级人工影响天气决策指挥系统.该系统在市级作业预警的指导下进行工作.如县级人工影响天气办公室在接到市级作业预警指令后,启动县级人工影响天气决策指挥系统.通过雷达确定各作业点作业时间,作业仰角,方位角,用弹量等作业参数,形成作业指令,直接通过省局服务器和Internet网,将作业指令下达到作业点.指挥中心与作业点的互动完成作业信息的实时传递,同时也完成了向省市级提供作业信息的任务(图3).县级人I.影响人气决策指挥系统市级直接指挥作,lk点作业州网络监视市级预警指令下达和作业点反馈情况络视市级作业指令下达和作,1点指令执行情况监视作业完毕信息反馈县级直接指挥作,J点作,Ik通过决策指挥系统形成各种作,f指令通过于机,商频电话,爵视频等发布作业指令接收作业点作业情况反馈二报作业,灾情等信息K作业完毕向市级系统报图3县级人工影响天气指挥作业流程5申报空域系统由于我国人工影响天气地面作业规模越来越大,根据对空射击活动空域管理办法的规定,军民航管部门安装人工影响天气对空作业监视终端的要求,在需要申请空域的省市县指挥中心安装申报空域系统.改变传统口头申报空域的做法,解决因电话占线或口误造成作业时机丧失等问题.空域申报系统与决策指挥系统相连,把系统自动确定的准备作业等信息通过专线或网络报给航管部门,也可以通过视频会议系统申报空域.该系统在省局服务器和指挥中心安装服务器端软件和客户端软件,客户端音视频采集需要安装摄像头,音箱和麦克风.系统中身份的设置确定不同用户的权限.6结束语(1)在地面人工影响天气业务中,省级人影办综合国家级产品和本省的预报指标,做好潜势预报和作业预警,信息上报等项工作.市级人工影响天气办公室办利用决策指挥系统下达作业指令,做好作业指挥,信息收集上报,作业监测,效果检验等项工5O6气象科技第39卷作.县级人工影响天气办公室主要负责作业监测,部分作业点的指挥工作,作业和灾情信息上报,作业点管理等项工作.(2)作业指标是决策指挥系统的核心.GIS,雷达图像,作业点位置叠加,以高炮,火箭射程计算方位仰角等作业参数,是系统的关键.智能手机或音视频等通信手段可从时间上保障作业指令快速下达到作业点.(3)在有条件的地市推广市级指挥中心直接指挥作业点作业模式,不仅有效利用技术资源,加快作业指令下达速度,争取了作业时间.GPRS通信和音视频网络是无延时下达作业指令最好的方式,可以进入业务使用.(4)与航管部门联动的空域申报系统,直观,快速,减少失误,值得推广.作业点的音,视频监控系统可在省市县三级指挥中心安装监控终端,以增加作业的规范性,安全性,提高作业过程的可视性.(5)在重视系统建设的同时,要提高作业人员的素质,使他们正确理解和执行作业指令,保证人工影响天气作业能按照指挥中心的意图顺利实施.参考文献1刘春文,李文祥,冯庆明.基于多雷达产品的市县级人工防雹作业指挥系统J.气象科技,2009,37(4):486491.2王以琳,黄磊.地市级人工影响天气业务技术系统EJ.气象科技,2007.35(4):535540.3张中平,刘高平,刘洪民,等.水库蓄水人工增雨业务系统J.气象科技,2007,35(5):687691.4黄毅梅,周毓荃,鲍向东,等.人工影响天气高炮(火箭)作业空域自动化申报系统J.气象科技,2006,34(3):301305.53袁正腾,高进,向玉春,等.基于.NET平台B/S模式的人工影响天气管理信息系统设计与实现J.气象科技,2008,36(3):364368.6蒋年冲,吴必文,袁野,等.江淮地区对流云人工增雨技术研究基地的可行性分析J.应用气象,2003,14(s1):151155.7李培仁,封秋娟.山西省人工影响天气示范基地的设计功能和建设Ec第十五届全国云降水与人工影响天气科学会议文集,2008:10481051.E83杨凡,黄明政,薛允传,等.基于高分辨率卫星影像的高炮作业点安全射界图的制作EJ.气象,2008,34(4):124126.ConstructionofDecisionMakingandCommandSystemforGroundWeatherModificationWangYilinZhangXinhuaJiaBinWangHualingYuJinyuan(1ShandongInstituteofMeteorology,Jinan250031;2LaochengMete0ro1ogicalOffice,ShandongProvince,Liaocheng252060)Abstract:Inordertoenhancetheresearchanddevelopmentofgroundweathermodificationdecisionmakingandcommandsystems,theresponsibi1itiesandoperationproceduresofweathermodificationofficesatvariouslevelsarediscussed.Underthesystemthatthesurfaceweathermodificationoperationsarecommandedmainlybycitylevelweathermodificationoffices,themajortasksoftheprovinciallevelweathermodificationofficesaretomakepotentialforecastandoperationearlywarning.Inthecitylevelweathermodificationdecisionmakingandcommandsystem,operationsarebasedonthecombineduseofGIS,radarandotheroperationlocationdata,withemphasesontheoperationindexesandthecalculatedoperationparametersofartilleryandrocketrange,usingGPRStorealizecommunicationbetweenthecommandcentertooperatingpoints.Themainresponsibilitiesofcounty-levelweathermodificationofficesaretomonitoroperations,makereportsonoperationsanddisasterstothecityoffice,aswellascommandoperationssometimes,anddealwithsomemanagementaffairs.Theschemecanimprovethereasonabilityandtransmittingspeedsofoperationinstructions,andcanbeputintooperation.Keywords:weathermodification,decisionmaking,commandsystem,3Gnetworkmonitoring