基于空间GIS的天津市人工影响天气电子沙盘系统设计与开发

孟辉 郭晓军 宋薇 靳瑞军

摘要  为提高人工影响天气信息综合管理能力和作业指挥能力，设计开发了人工影响天气电子沙盘系统。系统基于国内自主研发的空间GIS平台EV？鄄Globe，集成天津市高分遥感地理信息数据、人影信息数据以及气象监测数据，实现天津人影作业全域精细化三维地理场景的漫游展示，飞机、燃烧炉、火箭及高炮等人影作业工具的仿真模拟、展示与管理，卫星云图、雷达回波及降雨量等气象信息空间可视化分析展示，实时或历史人影飞机作业状态管理查询以及作业过程空间可视化监控等功能，同时系统可实现基本空间GIS测量功能。系统的建设为天津人影业务完全三维空间GIS可视化和安全作业提供了保障。

关键词 空间GIS;电子沙盘;人工影响天气

中图分类号：P208;P48 文献标识码：A 文章编号：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

電子沙盘是遥感、地理信息系统、三维仿真等高新技术结合，为使用者提供了一个实时、可交互操作的虚拟现实环境。电子沙盘突破传统实物沙盘占地面积大，携带不便，表现内容单调而且难以更新的缺点，可以动态演示、便于参数修订以获取更加丰富的演示效果。天津市人工影响天气电子沙盘系统主要依托天津市气象局的常规观测资料及预报产品、地面自动气象站监测数据、多普勒天气雷达资料、高分辨静止、极轨气象卫星资料，有效利用3G网络、GPS全球定位系统定位和GIS地理信息系统资源，通过技术集成和整合，构建天津市人工影响天气信息平台，形成一个统一、集中、数字化的人工影响天气系统，有利于提高人工影响天气管理与作业科技水平和经济、社会效益。

1 开发平台简介

天津市人工影响天气电子沙盘是利用国遥新天地公司的拥有自主知识产权的新一代海量空间信息服务平台EV-Globe进行开发的。该平台集成最新的地理信息和三维软件技术，具有大范围的、海量的、多源的数据一体化管理和快速三维实时漫游功能，支持三维空间查询、分析和运算，可与常规GIS软件集成，提供全球范围基础影像资料，方便快速构建三维空间信息服务系统，也可快速从二维GIS系统完成向三维扩展，是新一代大型空间信息服务平台。EV？鄄Globe已成功应用在数字油田、土地利用监测、山洪监测、军事等领域。

2 数据库设计

天津市人工影响天气电子沙盘系统数据库包括3个部分：一是地理信息和卫星影像数据库，该数据库提供基于EV？鄄Globe的三维信息展示所需卫星影像、DEM等数据，主要从EV？鄄Server获取。二是人工影响天气信息管理数据库，包括站点信息库、雨量数据信息库和人影作业信息库。站点信息库记录人影作业站点、雷达站点、自动站和人影特种观测等5类站点的经纬度、编号、设备类型等信息;雨量数据信息库用于存储自动站收集的降雨量值、风速、风向及温湿度等信息和人影特种观测信息;人影作业信息数据库记录人影作业任务的详细资料及人影作业中作业设备详细信息。三是以数据文件形式存储雷达、卫星云图等数据文件，直接以文件形式分类存储在服务器硬盘中。

3 系统功能

系统功能包括人影基本信息管理展示、人影作业信息管理展示、气象卫星云图数据管理展示、雷达回波三维可视化展示、雨量监测数据展示、三维空间GIS测量等6个功能（图1）。

3.1 基本信息管理展示功能

基础信息管理功能主要实现人影作业点（飞机、高炮、火箭、燃烧炉）、雷达站点、自动站及人影特种观测站点等信息分布展示及仿真模型可视化浏览，可实现作业区任意范围、任意角度二三维场景漫游，作业点火炮精细化展示及属性信息查询，雷达数据可视化和云图浏览播放，同时可实现地标、人影作业点、气象站点等信息任意添加、修改、删除等操作。

3.2 人影作业信息管理展示功能

人影作业信息展示包括实时作业展示和历史作业展示，展示内容包括作业点信息、航迹及视频。实时作业信息监控功能能实现人影作业点实时监控、作业飞机状态统计及作业飞机航迹描述与展示。以不同颜色显示人影作业点状态，并标注正在作业、作业结束、作业申请等提示字样。根据基础地理信息数据、三维模型数据和作业航迹数据，在所构建的真实地理场景中实时展示人影作业飞机仿真模型、航线，以三维粒子效果展示作业播撒效果。

历史作业信息查询功能包括历史作业信息查询，包括作业点、范围、航迹等信息查询。用户通过作业点空间属性和作业点专题属性查询作业点基本信息、范围等信息，实现作业点三维飞行轨迹回放。

3.3 卫星云图数据显示功能

该功能读入FY卫星数据，按照影像方式进行不同时间连续播放。数据读入方式有实时从数据库读取和手动选择文件夹方式，动态播放有自动时间序列播放和手动逐幅图像播放。

3.4 雷达数据三维回波显示功能

系统以雷达资料数据解析为基础，实现雷达回波数据的三维展示功能，系统根据指定回波强度值计算生成三维效果模型来展示三维雷达数据，改变指定值，呈现不同颜色和大小效果模型（图2）。

3.5 雨量监测数据显示功能

系统从已有数据库中直接读取全区不同时次降水量数据，并以等值线或色斑图方式展示（图3）。

3.6 三维空间GIS测量

系统实现三维地理信息场景的点位测量、高度测量、面积测量、距离测量等操作。其中点位信息有经纬度及高程数据;高度信息为起始点距离兴趣点高度值;距离信息有贴地距离和直线距离;面积信息有贴地面积和投影面积。

4 总结

（1）系统基于三维空间GIS平台，可实现高分辨率、海量、多源遥感数据高效集成，为人影作业指挥决策提供基础地理信息数据支持。

（2）系统可实现人影作业信息、雷达探测数据、卫星云图数据、雨量等气象监测数据无缝高效读取、管理、展示、统计及分析，结合地理信息数据，用户可制作输出精细化预报预警产品。

（3）系統具有强大的空间可视化展示分析功能，可形象直观地为用户提供仿真地理场景、人影作业设备仿真模型、人影飞机作业过程仿真模拟、飞机穿云模拟及降雨降雪等自然天气过程，完善了中心人影作业指挥业务现代化、信息化建设。

参考文献

[1] 陈靓，路海涛，谢庆胜，等.基于3D GIS和RS的安徽省地震监测台网电子沙盘制作的实现[J].西北地震学报，2010，32（4）：388-392，310，415.

[2] 宋建予.市级人影作业地理沙盘辅助指挥调度系统设计与应用[J].气象与环境科学，2013，36（3）：75-79.