重要天气预警和预报系统基于GIS的界面设计与实现

摘 要：影响深圳机场飞行安全的重要天气，主要为雷雨等强对流天气，深圳空管站研发的“深圳空管重要天气预警和预报系统”，提升了重要天气的预警和预报水平，该系统界面、雷达云图的展示方面均是基于GIS来实现。本文介绍了该软件的开发背景、思路、设计等内容，以便开发类似系统的航空气象技术人员借鉴。

关键词：重要天气； GIS；图层 C#

深圳机场作为国内第五大航空运输港，为经济发展发挥了积极作用。随着飞行量增长，影响飞行安全的重要天气（主要为雷雨等强对流天气）频发，安全和流量增长的矛盾日益突出。深圳空管站提出研发“深圳空管重要天气预警和预报系统”，提升重要天气的预警和预报水平，增强因重要天气导致大面积航班延误时的处置能力，提高机场运行效率和航班正常率水平。该系统以香港雷达与深圳机场多普勒雷达的拼图外推为主，结合卫星积云识别等技术做出强对流天气的预警预报。因其对未来临近天气的预报结果比较准确，加上贴合管制、进近、气象等部门的工作需要，其重要作用得到凸显，逐渐成为管制、进近部门日常业务工作必不可少的可靠工具。而该系统界面是基于GIS技术进行开发和设计的。

1 GIS介绍及应用

地理信息系统，英文全称为Geographic Information System，简称GIS。顾名思义，该信息系统与地理空间信息密不可分，它一般基于计算机软、硬件技术，达到获取、储存、分析、显示、输出地理数据的作用。如果仅仅是从概念出发，可能很难有深入或者准确的认识。其实可以认为GIS是一种工具，技术人员利用其将实际中的世界进行一定程度的抽象化处理，深度挖掘与地理数据有关的各种有用信息，然后以地图等可视化的方式进行呈现，从而达到研究、分析、统计等目的。

重要天气系统统是以雷达拼图外推为主要技术手段，雷达图必然与机场及周边的地理对应起来，才能判断雷达回波移动的位置与方向，因此机场周围甚至更大区域范围的地理信息必须进行展示。但碍于现有技术条件下，大多数地理数据都需要购买才能获得，而GIS则是提供了一个平台，让我们从网上下载后就能快速绘制出地图，其便利性不言而喻。此外因空管站所有业务电脑均需处于内网，无法直连互联网的实际情况，地图数据还需要离线时能顺畅使用，GIS正好也能满足这种需求。因此，最终技术方案选择GIS作为此次系统开发可视化展示的重要手段。

2 系统主界面演示

如图1所示，重要天气预警预报系统的展示界面，界面系统上方为时间、动画播放控制、小工具等按钮，例如：“更新”、“最新”按钮可将雷达回波起始图片分别更新至左侧更改时刻、最新时刻的图像；下面的绿色、蓝色色块按钮鼠标移动或者点击可显示间隔6分钟的雷达回波图像，也可任意暂停、播放雷达动画；播放速度可控制播放的快慢；测距按钮可显示两点间的距离（KM为单位）；检验点击进入可进入检验模块，查看该时刻预报时次雷达回波与未来实况图对比的准确率检验结果；全屏则不限于在浏览器区域显示，实现整个界面在电脑屏幕全屏化的功能。

界面左侧为各航路点影响时间变化轴，航路点主要是深圳机场周边的广州、珠海机场以及深圳本场各航线上重要的航路点，随着时刻变化，用“红绿灯”来进行未来对流天气强度预测，红色表示强回波影响，黄色表示中等强度回波影响，绿色表示弱回波影响；

界面右侧为基于GIS的产品叠加展示，主要为雷达回波的外推展示，以及卫星积云识别展示的结果。右侧则是雷达回波图的展示结果，其中白色圆圈为20KM、50KM、100KM的距离圈，以便使用人员推断回波距离，各重要航路点用棕色三角形标出，航线用棕色线连接，回波覆盖航路点时，可直观发现，并能迅速结合图像和左侧时间轴显示强度判断航路点受影响程度。

3 系统主要设计

重要天气预警预报系统设计基于GIS技术进行可视化展示，主要是考虑空管站内网的工作环境，可在雷达外推图界面中实现离线地图功能，且地图自由缩放时过渡平滑顺畅，使得系统用户能方便快捷地识别判断雷达回波位置。[1]使用GIS技术开发的同时，我们采用了C#语言进行编程处理，雷达回波等产品的展示分解为多个图层的叠加处理：地图原始图层、多种地理信息数据图层（包含本场跑道、周边机场、航路点、距离圈等）、雷达回波图层、大风暴雨雷电等重要天气区域图层、卫星云图图层等图层。

地图原始图层通过GIS基本数据即可实现绘制，再按需要设置显示范围等参数。其中，在编写航路点（如图2所示）这一地理信息数据图层过程中，通过将深圳进近管制区内所有重要航路点的经纬度数据收集齐全后，对经纬度数值进行坐标转换后，添加至地理信息数据图层中，也就实现了图1中的棕色三角形航路点及航路的展示。

地图原始图层和多种地理信息图层包含的地理数据信息一般绘制后较少改变，类似于背景场。变化较多的图层，主要是雷达回波等重要天气图层的变化。雷达回波方面主要是对雷达拼图进行处理，将其经纬度信息转换成地理位置数据，然后叠加至地图上，通过透明度的调节，实现图1的实际效果。卫星云图也是采取类似方法进行展示。而重要天气的移動，则是将它作为椭圆进行处理，根据雷达外推的速度和方向，将其沿质心移动后绘制，实现重要天气区域的展示。这些也都是GIS结合C#进行开发，因为C#可以轻松在开发电脑的Windows环境下部署，可视化易用的界面让编程人员效率倍增。

4 结论

（1）受空管部门内网及开发环境的条件限制，基于GIS开发具有开发成本门槛低的先天优势，结合其能实现离线地图情况下缩放平滑的操作特点，最终提供给气象、管制等用户直观易懂的服务产品，无疑是开发强对流雷达回波外推系统首选的技术手段。

（2）重要天气预警和预报系统的展示主要通过GIS实现以下多个图层的叠加处理：地图原始图层、多种地理信息数据图层、雷达回波等重要天气区域图层。

（3）C#配合GIS，具有Windows开发环境下表现良好，可视化等诸多优点，开发类似系统可考虑在GIS基础上将其作为主要编程语言。

参考文献：

[1]张成伟，胡美，李珅，等.深圳空管重要天气预警预报系统的功能应用和发展.空中交通，2013，12（增刊）：4145.

作者简介：李珅（1988），男，汉族，江西抚州人，硕士，主任工程师，民航深圳空管站，研究方向：航空气象预报。