自适应通用航空应急救援气象保障系统的制作方法

1.本发明涉及应急救援技术领域，具体为自适应通用航空应急救援气象保障系统。


背景技术：

2.现有的航空气象保障系统主要以图层叠加的方式，在地图底图上叠加各种气象信息，其气象信息主要来源于气象观测数据和全球数值模式预报产品，同时，该气象信息的显示方式局限于公众气象的标准，同航空气象的标准存在较大差异，例如：航空气象的云量是八分制云量，而公众气象的标准是十分制云量；航空气象主要关注各垂直飞行高度层上气象要素的变化，而现有的航空气象平台主要关注公众气象常用的850hpa，700hpa，500hpa等各等压面上气象要素的变化；现有的航空气象保障系统仅仅显示机场的基本位置信息，缺乏对通航机场按照民航标准的详细区分，其对机场的信息描述也不够完善；现有的航空气象保障系统智能化程度低，由于采集的信息较为单一，导致无法智能规划出最优的航线；现有的航空气象保障系统数据处理效率低，无法快速为各单元模块提供数据支持；现有航空气象保障系统的预报产品显示效果单一，无法满足使用需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供自适应通用航空应急救援气象保障系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：自适应通用航空应急救援气象保障系统，包括前端集成控制模块和后端大规模处理模块，所述前端集成控制模块与后端大规模处理模块建立数据连接。
5.优选的，所述后端大规模处理模块包括自适应应急救援范围划分模块、多源气象资料收集整理模块、数值模式前处理模块、快速资料同化模块、精细化数值预报模块、数值预报后端订正模块、危险天气监测预报算法模块、气象保障产品高效并行处理模块、应急救援安全飞行路线智能规划模块、产品及数据存储模块、机场及起降平台信息处理模块、地形及障碍物模块和救援单位信息加工处理模块，自适应应急救援范围划分模块分别与前端集成控制模块、多源气象资料收集整理模块、数值模式前处理模块、气象保障产品高效并行处理模块和应急救援安全飞行路线智能规划模块建立数据连接。
6.优选的，所述多源气象资料收集整理模块分别与数值模式前处理模块、危险天气监测预报算法模块、气象保障产品高效并行处理模块和应急救援安全飞行路线智能规划模块建立数据连接。
7.优选的，所述应急救援安全飞行路线智能规划模块分别与产品及数据存储模块、机场及起降平台信息处理模块、地形及障碍物模块和救援单位信息加工处理模块建立数据连接。
8.优选的，所述数值模式前处理模块与快速资料同化模块建立数据连接，快速资料同化模块与精细化数值预报模块建立数据连接，精细化数值预报模块与数值预报后端订正
模块建立数据连接，数值预报后端订正模块与危险天气监测预报算法模块建立数据连接，危险天气监测预报算法模块与气象保障产品高效并行处理模块建立数据连接，气象保障产品高效并行处理模块与产品及数据存储模块建立数据连接。
9.优选的，所述前端集成控制模块包括产品显示及发布模块，且产品显示及发布模块数据连接于产品及数据存储模块。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用自适应精细化数值预报系统技术，实现数值预报系统的自适应搭建，实现最优物理参数化过程的优选；通过采用航线智能规划技术和人工智能方式，结合危险天气信息、机场及起降平台信息、地形及障碍物信息等，实现航线的智能规划；通过采用高效并行数据处理技术，实现数据的高效并行处理；通过采用基于webgis的预报产品发布技术，实现预报产品在地图底图上的图层叠加显示、无缝拼接、自由拖动等技术，并基于以上技术，建立专业化的通航应急救援气象保障产品，以保障通航应急救援的运行安全和运行效率。
附图说明
11.图1为本发明的模块框图；
12.图2为本发明的系统流程图；
13.图中：1、前端集成控制模块；100、产品显示及发布模块；2、后端大规模处理模块；200、自适应应急救援范围划分模块；201、多源气象资料收集整理模块；202、数值模式前处理模块；203、快速资料同化模块；204、精细化数值预报模块；205、数值预报后端订正模块；206、危险天气监测预报算法模块；207、气象保障产品高效并行处理模块；208、应急救援安全飞行路线智能规划模块；209、产品及数据存储模块；210、机场及起降平台信息处理模块；211、地形及障碍物模块；212、救援单位信息加工处理模块。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：自适应通用航空应急救援气象保障系统，包括前端集成控制模块1和后端大规模处理模块2，前端集成控制模块1与后端大规模处理模块2建立数据连接；后端大规模处理模块2包括自适应应急救援范围划分模块200、多源气象资料收集整理模块201、数值模式前处理模块202、快速资料同化模块203、精细化数值预报模块204、数值预报后端订正模块205、危险天气监测预报算法模块206、气象保障产品高效并行处理模块207、应急救援安全飞行路线智能规划模块208、产品及数据存储模块209、机场及起降平台信息处理模块210、地形及障碍物模块211和救援单位信息加工处理模块212，自适应应急救援范围划分模块200分别与前端集成控制模块1、多源气象资料收集整理模块201、数值模式前处理模块202、气象保障产品高效并行处理模块207和应急救援安全飞行路线智能规划模块208建立数据连接；多源气象资料收集整理模块201分别与数值模式前处理模块202、危险天气监测预报算法模块206、气象保障产品高效并行处理模块207和应
急救援安全飞行路线智能规划模块208建立数据连接；应急救援安全飞行路线智能规划模块208分别与产品及数据存储模块209、机场及起降平台信息处理模块210、地形及障碍物模块211和救援单位信息加工处理模块212建立数据连接；数值模式前处理模块202与快速资料同化模块203建立数据连接，快速资料同化模块203与精细化数值预报模块204建立数据连接，精细化数值预报模块204与数值预报后端订正模块205建立数据连接，数值预报后端订正模块205与危险天气监测预报算法模块206建立数据连接，危险天气监测预报算法模块206与气象保障产品高效并行处理模块207建立数据连接，气象保障产品高效并行处理模块207与产品及数据存储模块209建立数据连接；前端集成控制模块1包括产品显示及发布模块100，且产品显示及发布模块100数据连接于产品及数据存储模块209。
16.工作原理：该系统采用前后端分离算法，系统后端采用计算规模达到50万亿次/秒的高性能计算服务器，完成精细化数值预报系统的建设，完成所有资料及数据的处理，完成所有算法的实现；前端采用vue框架，实现所有预报产品在网页端(app端)的专业化显示；当重大公共安全事件发生的时候，用户从网页端(app端)输入事件发生的时间、地点等信息，后端大规模处理模块2接收到前端集成控制模块1输入的信息，自动确定需要提供应急保障的空间范围；同时，针对任务保障区域，自动启动多源气象资料收集整理模块201，实现气象资料的快速收集整理；搭建数据搜集、快速资料同化、数值预报、数值预报产品后端订正于一体的精细化数值预报系统；实现通航飞行危险天气的监测预报以及气象保障产品的快速制作，并生成飞行气象文件；结合机场及起降平台信息，多源气象资料，地形及障碍物信息，救援单位信息等，实现应急救援安全飞行路线智能规划；系统将所有产品及数据入库，并依据前端的用户请求，在前端实现对所有产品的快速调用、显示和发布；本发明各个模块的功能如下：
17.自适应应急救援范围划分模块200：依据前端输入的重大公共安全事件发生信息，确定需要调度的通航应急救援力量的区域范围、精细化数值预报系统的模式范围等，并将位置、时间、分辨率等信息生成namelist，以供方便其他功能模块的调用；
18.多源气象资料收集整理模块201：实现机场metar报、气象自动站、气象常规站、全国高空站、全国雷达观测资料、全国卫星观测资料等的收集整理，对各种观测资料进行解码、质量控制、格式转换等；实现机场metar报、气象自动观测资料和气象常规观测资料的融合；将全国高空观测资料按照标准飞行高度层进行插值转换，实现高空观测资料同民航实际运行的有机结合；实现fy-4卫星云图的实时处理，实现葵花卫星云图的实时绘制，实现全国雷达拼图的实时下载拼接等；实现taf报的实时收集和解码；实现欧洲中期数值预报中心ecmwf天气预报数据和美国全球数值预报产品gfs的收集，实现ecmwrf和gfs数据的格式转换；采用高阶拉格朗日插值方法，实现气象变量从气象坐标向民航高度坐标之间的转换；采用平滑时间插值方法，实现ecmwrf和gfs数据分钟级数据的加工处理；
19.数值模式前处理模块202：依据应急搜救范围，构造数值模式的网格信息、投影信息，构建模式地形数据，对ecmwrf和gfs数据进行格式转换，并将其插值到数值模式的网格，生成同数值预报模式相匹配的变量场；
20.快速资料同化模块203：为了获得更好的同化效果，参考目前国际上业务数值预报方法，采用循环同化更新，选取系统预报起始时间的前6小时进行循环同化更新，更新时间为1小时，同化更新过程中采用暖启动方式，即上一次预报场作为当前时刻的初始场，这时
初始场中已包含了云和水物质的特征量，这对于同化雷达和卫星资料十分重要，而冷启动方式启动同化方式时，初始场中将不包含云和水物质量；将各个暖启动方式按1小时频率进行组合，进行连续各时次预报，就过程循环同化预报；为了保证模式预报不偏离大尺度环境场或背景场，经过一段时间循环同化后，需进行冷启动；因此，为了体现完整的日变化特征，项目设计将经过24小时后进行一次冷启动，同时考虑到夜间对流活动不活跃，且边界层较稳定，冷启动时间在凌晨时刻2时北京时；
21.精细化数值预报模块204：精细化数值预报的性能对物理参数化方案具有很大的依赖性；物理参数化方案主要用来对一些不能被模式网格分辨或直接表示的过程进行合理的参数化，wrf模式中包含多种物理选项：云微物理方案、积云参数化方案、长波辐射方案、短波辐射方案、边界层pbl湍流方案、表层、陆面过程参数化方案和次网格尺度扩散方案等；每一种物理过程都有多种可选的参数化方案，针对不同的地区，选取不同的物理参数化方案的组合，直接影响数值预报的精度；本模块会自动实现最优参数化方案组合的选取，从而确保数值预报的性能；
22.数值预报后端订正模块205：利用实时观测资料，综合利用mos方法、多元线性回归方法等，建立其同数值预报产品预报效果之间的统计关系；实现用实测数据对数值预报的预报效果进行有效订正；
23.危险天气监测预报算法模块206：研发飞机颠簸、飞机积冰集合诊断技术，研发基于多源观测资料的强对流监视预警技术，研发基于光流算法的雷达回波外推技术，研发基于tc bogus的台风预报修正技术，研发基于卫星观测的雾和低云识别技术，研发低空风切变识别算法，研发地形影响的瞬时大风影响诊断算法，研发数值预报产品在通航领域的释用技术等；实现以上算法在系统平台上的程序实现；
24.气象保障产品高效并行处理模块207：基于mpich和fortran程序设计语言，实现数据并行处理算法的设计，实现数据处理和产品加工的大规模并行化处理；
25.应急救援安全飞行路线智能规划模块208：支持在地图底图上鼠标点选通航飞行起点、途经点、终点，在地图上绘制航线图；支持手动输入通航飞行起点、途经点、终点，在地图上绘制航线图；支持自定义飞行高度、飞行速度、飞行时间等；采用拉格朗日方式实现飞行信息同气象预报信息的融合，保障飞行安全；结合危险天气信息、机场及起降平台信息、地形及障碍物信息等，采用人工智能的方法，综合决策最优飞行路线；
26.机场及起降平台信息处理模块210：收集整理全国所有机场信息；将机场按运输机场和通航机场进行分类；将通航机场按是否对公众开放分为a类和b类机场；将a类机场进一步按照允许起降飞行器的载客数细分为a1、a2、a3类通航机场；将通航机场按起降类型分为跑道型机场、直升机场、水上机场等；实现所有机场按以上分类在地图底图上的精确位置显示，以及相关机场信息(如机场类型、机场详细地址、机场联系电话等)在地图上的显示；
27.地形及障碍物模块211：实现高分辨率高程数据的处理，研制高程数据分块存储算法，按地图缩放层级的要求，对地理高程数据进行分级稀疏处理，以保证地理信息大数据从后台向前台的瞬时传输；实现典型障碍物在地图底图上的友好显示和精准标注；
28.救援单位信息加工处理模块212：实现应急救援单位精确位置、联系电话、救援力量等信息的加工处理；
29.产品及数据存储模块209：实现所有产品按标准格式进行存储，并建立详细的数据
库索引，方便前端的快速调用；
30.产品显示及发布模块100：采用vue框架，通过网页(app)实现图片显示功能，完成各种气象保障产品，以及安全飞行辅助决策产品在网页(app)端以图片、数字等方式展示，实现飞行气象文件、辅助决策路线规划文件的自动生成和下载功能。
31.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。