北斗地空通信指挥系统在飞机人工增雨作业中的应用

刘泉　张佃国　刘文　樊明月　王永政

摘要

北斗地空通信指挥系统集作业航线设计、GPS跟踪定位、电子记录、数据传输及短信通讯等功能为一体，可以叠加天气、卫星和新一代多普勒等资料，笔者在此对该系统的功能、工作原理以及系统的应用、升级和存在的问题进行了详细分析。该系统实现了同时对多架作业飞机的实时监控和跟踪指挥，强化了飞机人工增雨作业的分析和指挥技术，提高了工作效率和作业效益。

关键词北斗地空通信指挥系统；北斗；GPS；飞机人工增雨

中图分类号S161文献标识码A文章编号0517-6611（2014）28-09856-02

基金项目山东省气象局重点课题（2012sdqxz07）。

作者简介

刘泉（1988-），男，山东郯城人，助理工程师，从事人工影响天气相关技术研究。

收稿日期20140820

地空通信指挥系统在飞机人工增雨作业过程中发挥重要作用[1]，该系统为地面决策部署、监控指挥与空中飞机作业之间搭建了一座密切联系的桥梁。通过这座“桥梁”，空中作业人员可实时与地面指挥人员交流云层信息，捕捉最佳作业时机和条件，最大程度提升作业效益。

山东省自1989年恢复飞机人工增雨工作以来，为提高作业成效，针对其工作联动性强、作业面积大、天气变化快等特点，曾先后采用了高频电话、GPS（全球定位系统）[2]等地空通信指挥设备。高频电话实现了地空点对点联络，但易受噪音、地形、距离等因素的干扰和限制；GPS可以实现较大范围飞机作业跟踪监控，但无法实时联络，不能及时针对实际天气情况调整作业方案，缺乏灵活性。2009年2月份，山东省人影办引进了北京神州星宇科技有限公司研制的北斗地空通信指挥系统。该系统是北斗与GPS 2种系统的融合，有效解决了以前设备受距离、地形等因素限制以及无法通信的问题[3-6]。通过实际应用和改进升级，目前，在保留了其原有功能的前提下，又实现了电子记录、监控指挥多架飞机同时作业等功能。笔者在此对该系统的功能、工作原理以及系统的应用、升级和存在的问题进行了详细分析。

1系统介绍

1.1 主要功能

北斗地空通信指挥系统包括全球定位功能和地空通信功能。全球定位功能可以实时定位作业飞机位置，显示其作业航线与区域，实时监控指挥，提高了作业安全性、强化了作业能力；地空通信功能可以对所采集数据打包传输、进行地空短信联络等，空中作业人员与地面指挥人员实现数据共享、实时联络通信，使作业更加科学有效。

1.2框架结构

该系统分为三级，一级为指挥系统，布设在省人影办人工影响天气作业指挥中心，可同时对多架飞机监控部署；二级为地面监控系统（以下简称监控系统），布设于外场试验基地或其他地市试验站点，跟踪指挥下级增雨飞机作业；三级为飞机作业系统（以下简称作业系统），装载于作业飞机舱内，实施播撒催化剂、数据收集、环境观测等具体作业。目前，山东省已经实现在一个指挥系统下两架增雨飞机（省人影办飞机、青岛人影办飞机）同时作业并对其实时监控指挥。

1.3工作原理

指挥系统、监控系统和作业系统三者之间的数据传输、信息联络全部通过北斗卫星完成；作业系统所

采集的飞机定位信息由GPS卫星完成（图1）。监控终端由

图1地空通信指挥系统工作原理流程图

一台计算机和北斗地空通信指挥专用软件构成。

1.3.1

指挥系统。由北斗指挥机、监控终端（指挥端）、相关数据采集终端及其他设备组成，可自动读取雷达原始体扫数据[7-8]、Micaps云图数据，分析天气条件[9] ，设计作业航线，传至下级系统，可生成word文档。作业中，三级系统通过北斗卫星实时共享所有相关数据，对作业过程进行监控分析，适时作出调整。系统之间的指令传达及联络信息以短信的方式进行（非共享）。作业过程同时在指挥中心大屏幕显示。

1.3.2

监控系统。由北斗监控机和监控终端（地面端）组成。可通过映射网络驱动器共享并参照雷达原始体扫数据、Micaps云图数据，协助指挥系统设计作业航线，并对增雨飞机进行跟踪指挥。

1.3.3

作业系统。由北斗用户机、监控终端（飞机端）和相关信息采集器组成。作业过程中自动采集储存GPS信息（飞机当前的所在位置、速度、方向、高度）、温湿度数据，手动录入作业及环境信息等数据，同时，将所有数据通过北斗卫星传输至上级系统。

从图1可以看出，两架飞机同时进行作业时，二三级系统即组成单独的工作组（A，B），在指挥系统的统一部署调度下，分别实施具体作业。指挥系统与工作组之间通过北斗卫星传输数据，以短信方式实时联络。随着技术的不断进步发展，在同一指挥系统下可以延展出更多的作业工作组（二三级系统）。

2系統应用

2.1预设航线

自动采集Micaps、雷达及其他气象资料信息叠加于电子地图（图2a），分析预测天气情况、可作业区域，制定作业航线，生成相应数据，并可转换为word格式打印。由图2b可以清晰看到山东省人影指挥中心在2014年4月27日所设计航线，具体地点从济南出发，先后经过诸城、昌邑、城阳等地返回济南，作业区域围成了2个三角形。图2b下半部分显示预计航程、时间等具体数据。

注：a为雷达叠加；b为航线预设；c为数据采集系统操作界面；d为作业回放。

图2 地空通信指挥系统在增雨作业中的应用

2.2地图显示

以GIS（地理信息系统）为核心，以山东区域为重点并整合了全国其他省市的地图显示服务，可被所采集信息叠加。图2c左侧是地图显示区，山东区域显示到县区（最大精度可显示到村庄），其他省市显示主要城市。可进行放大、缩小、漫游、测距等操作。

2.3信息采集

实时采集飞机位置、速度、空气温湿度、作业环境等数据并自动记录储存（图2c右侧区域），通过北斗卫星传输，三级工作平台对数据共享。手动录入人员、飞机、播撒方式、作业环境等相关信息（图2c中间区域）自动转换为excel文档存储。

2.4监控指挥

飞机作业航线直观地显示于电子地图，各工作平台均可实时监控飞机飞行航线，根据其位置以及相关天气情况，以短信的形式交换指令，对飞机的具体作业路线、方向可进行适当调整。图2c右下侧区域为收发短信的位置，航线预设和作业回放也在此区域进行操作。

2.5作业回放

作业结束之后，调出数据库所存储数据，用该软件系统可以重新回放作业航线以及作业中飞机经纬度、速度、高度等相关数据信息。从图2d可以看到2014年4月27日10：38作业飞机所处位置和相关数据，紫色线条表示碘化银作业航线，红色线条表示非作业航线。

3系统升级

为了更好地完成作业任务，提高工作效率，相关工作人员通过反复研究与实际测试，对系统的软硬件进行了多项改进。在硬件方面，以扁圆形用户机取代了以前由圆锥形发射

接收器和正方体控制盒组成的北斗用户机，设备减少、体积