北斗地空通信指揮系統在飛機人工增雨作業中的應用

劉泉　張佃國　劉文　樊明月　王永政

摘要

北斗地空通信指揮系統集作業航線設計、GPS跟蹤定位、電子記錄、數據傳輸及短信通訊等功能為一體，可以疊加天氣、衛星和新一代多普勒等資料，筆者在此對該系統的功能、工作原理以及系統的應用、升級和存在的問題進行了詳細分析。該系統實現了同時對多架作業飛機的實時監控和跟蹤指揮，強化了飛機人工增雨作業的分析和指揮技術，提高了工作效率和作業效益。

關鍵詞北斗地空通信指揮系統；北斗；GPS；飛機人工增雨

中圖分類號S161文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）28-09856-02

基金項目山東省氣象局重點課題（2012sdqxz07）。

作者簡介

劉泉（1988-），男，山東郯城人，助理工程師，從事人工影響天氣相關技術研究。

收稿日期20140820

地空通信指揮系統在飛機人工增雨作業過程中發揮重要作用[1]，該系統為地面決策部署、監控指揮與空中飛機作業之間搭建了一座密切聯系的橋梁。通過這座“橋梁”，空中作業人員可實時與地面指揮人員交流云層信息，捕捉最佳作業時機和條件，最大程度提升作業效益。

山東省自1989年恢復飛機人工增雨工作以來，為提高作業成效，針對其工作聯動性強、作業面積大、天氣變化快等特點，曾先后采用了高頻電話、GPS（全球定位系統）[2]等地空通信指揮設備。高頻電話實現了地空點對點聯絡，但易受噪音、地形、距離等因素的干擾和限制；GPS可以實現較大范圍飛機作業跟蹤監控，但無法實時聯絡，不能及時針對實際天氣情況調整作業方案，缺乏靈活性。2009年2月份，山東省人影辦引進了北京神州星宇科技有限公司研制的北斗地空通信指揮系統。該系統是北斗與GPS 2種系統的融合，有效解決了以前設備受距離、地形等因素限制以及無法通信的問題[3-6]。通過實際應用和改進升級，目前，在保留了其原有功能的前提下，又實現了電子記錄、監控指揮多架飛機同時作業等功能。筆者在此對該系統的功能、工作原理以及系統的應用、升級和存在的問題進行了詳細分析。

1系統介紹

1.1 主要功能

北斗地空通信指揮系統包括全球定位功能和地空通信功能。全球定位功能可以實時定位作業飛機位置，顯示其作業航線與區域，實時監控指揮，提高了作業安全性、強化了作業能力；地空通信功能可以對所采集數據打包傳輸、進行地空短信聯絡等，空中作業人員與地面指揮人員實現數據共享、實時聯絡通信，使作業更加科學有效。

1.2框架結構

該系統分為三級，一級為指揮系統，布設在省人影辦人工影響天氣作業指揮中心，可同時對多架飛機監控部署；二級為地面監控系統（以下簡稱監控系統），布設于外場試驗基地或其他地市試驗站點，跟蹤指揮下級增雨飛機作業；三級為飛機作業系統（以下簡稱作業系統），裝載于作業飛機艙內，實施播撒催化劑、數據收集、環境觀測等具體作業。目前，山東省已經實現在一個指揮系統下兩架增雨飛機（省人影辦飛機、青島人影辦飛機）同時作業并對其實時監控指揮。

1.3工作原理

指揮系統、監控系統和作業系統三者之間的數據傳輸、信息聯絡全部通過北斗衛星完成；作業系統所

采集的飛機定位信息由GPS衛星完成（圖1）。監控終端由

圖1地空通信指揮系統工作原理流程圖

一臺計算機和北斗地空通信指揮專用軟件構成。

1.3.1

指揮系統。由北斗指揮機、監控終端（指揮端）、相關數據采集終端及其他設備組成，可自動讀取雷達原始體掃數據[7-8]、Micaps云圖數據，分析天氣條件[9] ，設計作業航線，傳至下級系統，可生成word文檔。作業中，三級系統通過北斗衛星實時共享所有相關數據，對作業過程進行監控分析，適時作出調整。系統之間的指令傳達及聯絡信息以短信的方式進行（非共享）。作業過程同時在指揮中心大屏幕顯示。

1.3.2

監控系統。由北斗監控機和監控終端（地面端）組成。可通過映射網絡驅動器共享并參照雷達原始體掃數據、Micaps云圖數據，協助指揮系統設計作業航線，并對增雨飛機進行跟蹤指揮。

1.3.3

作業系統。由北斗用戶機、監控終端（飛機端）和相關信息采集器組成。作業過程中自動采集儲存GPS信息（飛機當前的所在位置、速度、方向、高度）、溫濕度數據，手動錄入作業及環境信息等數據，同時，將所有數據通過北斗衛星傳輸至上級系統。

從圖1可以看出，兩架飛機同時進行作業時，二三級系統即組成單獨的工作組（A，B），在指揮系統的統一部署調度下，分別實施具體作業。指揮系統與工作組之間通過北斗衛星傳輸數據，以短信方式實時聯絡。隨著技術的不斷進步發展，在同一指揮系統下可以延展出更多的作業工作組（二三級系統）。

2系統應用

2.1預設航線

自動采集Micaps、雷達及其他氣象資料信息疊加于電子地圖（圖2a），分析預測天氣情況、可作業區域，制定作業航線，生成相應數據，并可轉換為word格式打印。由圖2b可以清晰看到山東省人影指揮中心在2014年4月27日所設計航線，具體地點從濟南出發，先后經過諸城、昌邑、城陽等地返回濟南，作業區域圍成了2個三角形。圖2b下半部分顯示預計航程、時間等具體數據。

注：a為雷達疊加；b為航線預設；c為數據采集系統操作界面；d為作業回放。

圖2 地空通信指揮系統在增雨作業中的應用

2.2地圖顯示

以GIS（地理信息系統）為核心，以山東區域為重點并整合了全國其他省市的地圖顯示服務，可被所采集信息疊加。圖2c左側是地圖顯示區，山東區域顯示到縣區（最大精度可顯示到村莊），其他省市顯示主要城市。可進行放大、縮小、漫游、測距等操作。

2.3信息采集

實時采集飛機位置、速度、空氣溫濕度、作業環境等數據并自動記錄儲存（圖2c右側區域），通過北斗衛星傳輸，三級工作平臺對數據共享。手動錄入人員、飛機、播撒方式、作業環境等相關信息（圖2c中間區域）自動轉換為excel文檔存儲。

2.4監控指揮

飛機作業航線直觀地顯示于電子地圖，各工作平臺均可實時監控飛機飛行航線，根據其位置以及相關天氣情況，以短信的形式交換指令，對飛機的具體作業路線、方向可進行適當調整。圖2c右下側區域為收發短信的位置，航線預設和作業回放也在此區域進行操作。

2.5作業回放

作業結束之后，調出數據庫所存儲數據，用該軟件系統可以重新回放作業航線以及作業中飛機經緯度、速度、高度等相關數據信息。從圖2d可以看到2014年4月27日10：38作業飛機所處位置和相關數據，紫色線條表示碘化銀作業航線，紅色線條表示非作業航線。

3系統升級

為了更好地完成作業任務，提高工作效率，相關工作人員通過反復研究與實際測試，對系統的軟硬件進行了多項改進。在硬件方面，以扁圓形用戶機取代了以前由圓錐形發射

接收器和正方體控制盒組成的北斗用戶機，設備減少、體積