內(nèi)蒙古飛機(jī)增雨作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立

畢力格+佟小林+單久濤+賀志宇

摘 要：為了提升飛機(jī)增雨作業(yè)規(guī)范化程度和科學(xué)性，設(shè)計研發(fā)了飛機(jī)增雨作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了飛機(jī)增雨作業(yè)過程中的數(shù)據(jù)實時采集顯示、通訊聯(lián)絡(luò)整合為一體，并增加了儀器操作提示功能，確保了儀器設(shè)備的使用安全。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)了飛機(jī)增雨作業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化存儲，提高了數(shù)據(jù)采集間隔，對飛機(jī)增雨業(yè)務(wù)和科學(xué)研究提供了數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：內(nèi)蒙古；飛機(jī)增雨作業(yè)；數(shù)據(jù)采集；業(yè)務(wù)系統(tǒng)

0 引言

飛機(jī)人工增雨具有覆蓋面廣、見效快、機(jī)動靈活等特點(diǎn)，已成為人工影響天氣最主要、最有效的手段之一，也是入云探測的最主要途徑[1]。目前內(nèi)蒙古有8架飛機(jī)在執(zhí)行人工增雨作業(yè)，每年飛機(jī)人工增雨作業(yè)130余架次，累計每年飛行作業(yè)將近350小時，所收集的數(shù)據(jù)資料也較多，但是目前飛機(jī)人工增雨作業(yè)的規(guī)范化、業(yè)務(wù)化程度還不高，許多飛行作業(yè)和大氣探測的數(shù)據(jù)資料處于無序狀態(tài)，給業(yè)務(wù)和科研帶來很大的不便。

我區(qū)飛機(jī)增雨作業(yè)所采集的數(shù)據(jù)除了飛行航跡、速度、高空溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、液態(tài)水含量等探測儀器采集到的數(shù)據(jù)外，還有登機(jī)作業(yè)人員通過目測收集到的云低（頂）高度、云狀、云量、飛機(jī)在云體的位置、顛簸、結(jié)冰狀況、催化播撒量等數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)中，通過儀器采集的數(shù)據(jù)雖有連續(xù)的記錄，但各種探頭的數(shù)據(jù)采集方式不同，所采集的數(shù)據(jù)的瀏覽方式和存儲格式各不相同，給作業(yè)過程中的數(shù)據(jù)瀏覽帶來極大的不便。同時，各類探測數(shù)據(jù)存儲比較混亂，系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)與探測數(shù)據(jù)摻雜在一起，加大了數(shù)據(jù)應(yīng)用的難度。登機(jī)作業(yè)人員目測所得到的數(shù)據(jù)一般都是每10分鐘或者更長時間記錄一次，數(shù)據(jù)連續(xù)性不強(qiáng)，難以滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用和分析研究的需求。

隨著業(yè)務(wù)現(xiàn)代化的推進(jìn)，機(jī)載儀器探測的數(shù)據(jù)類型不斷在增加，所采集的數(shù)據(jù)量也隨之增加。因此，為滿足大規(guī)模飛機(jī)增雨作業(yè)和大氣探測需求，迫切需要開發(fā)研制一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對飛機(jī)增雨整個過程的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集和整理，實時顯示在同一界面平臺，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，為飛機(jī)增雨過程中的實時觀測和應(yīng)用提供方便，也為飛機(jī)人工增雨作業(yè)技術(shù)和作業(yè)效果評估奠定基礎(chǔ)。

1 需求分析

系統(tǒng)需要匯集機(jī)載儀器探測的數(shù)據(jù)，實時顯示在采集系統(tǒng)界面上，并設(shè)計登機(jī)作業(yè)人員目測數(shù)據(jù)的采集功能，供實時瀏覽或決策指揮使用。同時，系統(tǒng)后臺建立數(shù)據(jù)庫，存儲機(jī)載探測數(shù)據(jù)和登機(jī)作業(yè)人員目測的數(shù)據(jù)，為科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)源。此外還需要設(shè)計儀器操作提示功能，能夠安全使用探測儀器，避免因操作失誤而導(dǎo)致的儀器設(shè)備損壞。

2 功能實現(xiàn)

內(nèi)蒙古飛機(jī)增雨作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用Microsoft.NET環(huán)境下，C#語言和MapXtreme控件集成開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫運(yùn)用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)界面分為四個部分，頂端為系統(tǒng)菜單欄和工具欄，左上部為基于地理信息的飛機(jī)軌跡顯示界面，左下部為實時數(shù)據(jù)的折線圖顯示區(qū)，右側(cè)為探測數(shù)據(jù)和目測數(shù)據(jù)顯示區(qū)。

2.1 探測儀器數(shù)據(jù)采集

在作業(yè)過程中，機(jī)載儀器所探測的數(shù)據(jù)文件里包含系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)和大氣探測數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)，為了采集和整理與飛機(jī)作業(yè)密切相關(guān)的、對科學(xué)研究具有較高應(yīng)用價值的數(shù)據(jù)信息，對這些數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行篩選，選出了飛行航跡、速度、高空溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、水汽含量、液態(tài)水含量（kLWC），云狀、云量、飛機(jī)在云體的位置、顛簸、結(jié)冰狀況，催化劑類型及播撒量等數(shù)據(jù)內(nèi)容。

在系統(tǒng)主界面上設(shè)置了飛機(jī)作業(yè)過程中的飛行航跡、速度、高空溫度、濕度、亮溫、航線總長、作業(yè)總長、液態(tài)含水量儀、亮溫等探測儀器數(shù)據(jù)的采集顯示界面，并把數(shù)據(jù)內(nèi)容記錄到數(shù)據(jù)庫文件里。

2.2 目測數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)設(shè)計了錄入登機(jī)作業(yè)人員目測數(shù)據(jù)的采集錄入窗口，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括作業(yè)序號、登機(jī)作業(yè)人員、航跡點(diǎn)、高空風(fēng)向風(fēng)速、云狀和云量、飛機(jī)在云體的位置、作業(yè)類型、催化劑種類和用量、作業(yè)效果和特殊情況等。其中作業(yè)序號、高空風(fēng)向風(fēng)速、催化劑量等內(nèi)容需要手工錄入，其它內(nèi)容都從下拉菜單里進(jìn)行選擇即可。

（1） 高空風(fēng)向風(fēng)速：手工輸入高空風(fēng)向（度）和風(fēng)速（m/s）。

（2） 云量和云狀：云狀分高中低三大類13個常遇云狀，云量為0～10。當(dāng)云量為0時，云狀無選項，云量大于零時可選擇云狀。高中低云可以復(fù)選。

（3） 飛機(jī)位置：飛機(jī)在云體的位置，選項有云低、云中、云間、云頂飛四種。

（4） 作業(yè)類型：飛機(jī)的催化播撒作業(yè)類型，選項有未作業(yè)、航線作業(yè)和作業(yè)區(qū)作業(yè)三項。

（5） 催化劑類型及劑量：作業(yè)播撒時的催化劑類型和劑量，催化劑類型有煙條、碘化銀煙彈、干冰和其它四種選項，可復(fù)選。催化播撒劑量以手工錄入方式完成。

（6） 作業(yè)效果：登機(jī)作業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗判斷的作業(yè)效果，選項有無效果、一般和有效三種。

（7） 作業(yè)情況：包括飛行情況、結(jié)冰狀況和特殊情況。

飛行情況：飛機(jī)在飛行過程中的穩(wěn)定狀態(tài)，有穩(wěn)定、輕顛、中顛和重顛四種選項。

結(jié)冰狀況：飛機(jī)在飛行過程中的結(jié)冰狀態(tài)，選項有無結(jié)冰、輕度、中度和重度結(jié)冰四種選項。

特殊情況：飛機(jī)在飛行作業(yè)過程中遇到的其他特殊情況，包括露天、見地、閃電或其它情況。

2.3 數(shù)據(jù)庫建立

系統(tǒng)后臺建立了Microsoft Access數(shù)據(jù)庫，存儲機(jī)載探測數(shù)據(jù)和登機(jī)作業(yè)人員目測采集的所有數(shù)據(jù)。系統(tǒng)以1s的間隔向數(shù)據(jù)庫寫入所采集的數(shù)據(jù)信息。并且飛機(jī)作業(yè)結(jié)束退出系統(tǒng)時，系統(tǒng)自動生成本次飛行作業(yè)的概要數(shù)據(jù)文件（excel格式），導(dǎo)出飛行作業(yè)過程中重要節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。

2.4 儀器操作提示

系統(tǒng)設(shè)計了儀器操作提示功能和催化播撒結(jié)束提示功能。

3.4.1 熱線含水量儀開關(guān)探測提示

使用熱線含水量儀時，須有一定的飛行速度和液水條件，以保證熱線圈的散熱。如果在飛機(jī)起飛前或落地時，依然通電觀測，5秒鐘之內(nèi)將熱線圈燒斷[2]，因此需要通過系統(tǒng)提示功能，提示熱線含水量儀的通電探測和停止探測時間。系統(tǒng)根據(jù)GPS設(shè)備采集到的海拔高度信息進(jìn)行提示（一般情況下設(shè)置為高于機(jī)場海拔高度800m的高度值），當(dāng)海拔高度達(dá)到所設(shè)置的高度時，彈出提示對話框，提示開啟或關(guān)閉熱線含水量儀。此功能避免了因操作疏忽而導(dǎo)致的儀器設(shè)備損壞。

3.4.2 催化劑播撒完畢提示

目前飛機(jī)作業(yè)使用的煙條、焰彈等催化劑的燃燒時長為10-15分鐘，有時因疏忽而沒能按時點(diǎn)燃催化劑而出現(xiàn)催化間斷的情況，為了避免此類問題，系統(tǒng)設(shè)置了催化播撒提示功能。每次開始點(diǎn)燃催化劑10分鐘后（或者15分鐘），將彈出對話框提示繼續(xù)作業(yè)。

3 結(jié)論

飛機(jī)增雨作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)了飛機(jī)增雨作業(yè)過程中的數(shù)據(jù)顯示、通訊聯(lián)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集錄入等工作整合為一體，能夠在同一平臺、同一界面完成所有工作，無需切換界面、無需手工記錄，實現(xiàn)了儀器操作流程提示功能，確保了儀器設(shè)備的使用安全，提升了飛機(jī)增雨作業(yè)科技水平。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)了各類機(jī)載儀器數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化存儲，提高了數(shù)據(jù)采集間隔，終結(jié)了以往數(shù)據(jù)雜亂無章，應(yīng)用不方便的局面，對飛機(jī)增雨業(yè)務(wù)和科研有較好的應(yīng)用價值。

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局青年氣象科技項目“飛機(jī)增雨作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立”（nmqnqx201221）資助。

參考文獻(xiàn)

[1] 李茂侖，金德鎮(zhèn)等.飛機(jī)人工增雨空地傳輸系統(tǒng)[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報，2001（12）：194-199endprint