安全射界技术在人工影响天气对空作业中的应用研究

魏宇星

（乡城县气象局，四川 甘孜藏族自治州 627850）

随着社会经济的快速发展，人工影响天气作业发生了很大改变，受到传统高炮安全射击方面的限制，很难满足新时期各项工作的需要。这就需要工作人员对作业点周围区域分布情况进行准确把握，通过对设计参数进行调整，以对安全射界图进行绘制，避免出现安全事故。面对新时期人工影响天气作业要求，对地理信息技术和计算机技术进行充分利用，以对高炮、火箭位置、射程信息、地形矢量等数据信息进行全面收集，对人工影响天气作业安全射界绘制技术不断进行优化，提升其的高精确度水平，进而满足实际工作需要。通过研究人工影响天气对空作业中的安全射界技术，可以对传统技术方面的不足进行完善，为人工影响天气作业提供参考借鉴。

1 安全射界概述

1.1 射界分类

人影作业的专业性较强，其装备射界主要包括三类：装备射界、作业射界和安全射界。其中装备射界主要是指人影作业炮弹、火箭弹发射装置方位、俯仰角所能达到的二维界限。作业射界是结合不同的作业目标和作业规范需要将作业装备瞄准发射方位角与俯仰角的范围。安全射界则是保证作业人员和地面设备安全的前提下，装备可以发射方位角与俯仰角的范围。这三种不同类型的射界相互包含，安全射界是满足人影装备对空作业任务需求的发射范围，人影作业指挥中需对安全射界范围进行实时掌握。

1.2 人影对空作业装备分类

按照催化方式不同，人影对空作业装备涉及空域安全，主要包含点源爆炸式、线源伞降式两种类型。

1.2.1 点源爆炸式

将含有人影催化剂的炮弹通过地面高炮将其向目标位置进行发射，通过延时引线引爆弹丸的方式，将催化剂瞬时撒播到作业目标区域内，从而实现人工影响天气的目的。点源爆炸式的炮弹型号包括57 mm、37 mm两种不同型号。因装备性能不同，57mm、37mm炮弹的最大射高分别为7～8 km、4～5 km。

1.2.2 线源伞降式

将含有人影催化剂、助燃剂的火箭弹通过地面火箭将其推送到作业目标位置后，在火箭飞行期间的延时控制系统利用燃烧方式对催化剂进行播撒，播撒完成后，剩余的火箭残骸会通过火箭弹伞降系统降落到地面上，进而完成催化作业。大部分情况下，人工影响天气作业用火箭弹时采用线源伞降式较为频繁。

1.3 安全射界影响因素

1.3.1 装备性能

对于人影作业中使用的高炮，大都是部队退役设备，受到设备自身制作工艺、配件不足、核心部件磨损、年检保养不及时等方面的限制，对装备性能产生了严重影响。可以定期组织技术人员定期检测专用设备，以预防和减轻因性能下降引发的问题。

1.3.2 弹药稳定性

人工影响天气作业中使用的弹药，在制造过程中涉及的人工参与环节较多，尤其是早期受到成本、制造工艺等方面的影响，使得炮弹、火箭弹经常会有瞎火、未开伞等情况出现。对于不同型号的弹药来说，其外形、质量、发射性能有一定差异，使得弹药出膛速度、抗干扰能力、惯性存在系统方面的差异。只有制定出科学有效的弹药生产工艺标准，增强验收标准，才能提升弹药的稳定性和安全性水平。

1.3.3 操作水平

人影作业中发射高炮及火箭的装置大都没有精准方位标识。因此，作业人员在调整作业方位角、俯仰角的过程中会存在一定的操作偏差。通过加强技术培训，严格标准执行，可以有效降低人为因素方面产生的误差。

2 估算与设计人影作业安全射界

2.1 设计思路

结合人工影响天气工作实际和安全射界绘制规范，通过人工方式在高分辨率卫星遥感影像数据和DEM数据底图上将安全敏感区域绘制出来，并根据生产厂家提供的不同海拔高度炮弹未爆炸、火箭弹未开伞时落点数据，将高空气流对弹道偏移的影响考虑进去，通过计算机技术和地理信息将高炮、火箭人影作业安全射界范围考虑进去，确保地面人员和相关设施安全。具体步骤为：①通过信息化方式处理弹药生产厂家提供的弹射数据表；②利用高分辨率卫星影像数据对安全作业敏感区进行识别；③将弹丸命中点对应的弹道初始数设计诸元进行反酸；④修正设计不同影响因素误差；⑤融合处理地理信息数据；⑥对安全射界进行确定。

2.2 地图数据源选择

对于电子地图来说，在对现实世界进行模拟的过程中主要选用矢量和栅格两种不同模型。其中前者是通过二维以点、线、面的方式来表达自然界，后者则是通过方格对实体进行模拟。为了对作业点周围城镇、村庄、工程等禁射区进行准确分辨，需对安全射界进行合理选定，结合目前测绘地图、卫星遥感影像图以及数据高程模型数据技术，选用分辨率不低于5 m的卫星遥感影像图绘制安全射界图。

2.3 弹丸落区数字化处理

在对空气中弹丸运动规律、飞行特征、相关现象进行研究的过程中主要是利用外弹道学范畴，若弹丸质量、弹形、弹径、炮身仰角、初始速度不同，气象条件对弹道均有一定影响。结合命中点位置可以对人影作业装备的设计诸元，避免了通过弹道微分方程对弹道轨迹进行计算而求解射击诸元的复杂过程。

2.4 不同影响因素误差修正设计

2.4.1 风对未爆弹丸预期落点水平距离影响

在风力的作用下，发射后炮弹的落点水平距离同静风预期距离间有一定偏差存在。顺风较大的情况可以延伸炮弹的弹道，逆风则恰恰相反，横风会造成炮弹弹丸左右偏移。由于旋转稳定弹丸落地点散步的纵向偏差比横向偏差大，在对低海拔地区的安全射击最小范围极坐标进行选取时，其标准为径向1 500 m，法向为1 000 m。

2.4.2 不同海拔高度对未爆弹丸射程的影响

对于高原地区来说，其空气密度要远远小于低海拔地区，由于火箭弹阻力系数降低，风速却相对较大，高原地区的弹道落地点的散布方差更大。相关研究结果表明，海拔高度增加的过程中，高原气象对高炮弹道的影响也比平原气象的影响要大，这种影响以冬季表现的最为明显，其次是夏季。根据相关统计结果表明，由于高原地区的海报高度在1 500 m以上，需要将高原气象条件对弹道的影响考虑进去，安全射界极坐标的最小范围需进一步扩大到径向为2 000 m，法向为1 500 m。

3 人影作业安全射界绘制系统

3.1 系统设计及功能

根据中国气象局《人工影响天气安全管理规定》的安全作业要求，在人影作业安全射界绘制系统中，需要严格按照QX/T151《人工影响天气作业术语》和QX/T256《37 mm高炮人工影响天气作业点安全射界图绘制规范》对人工影响天气作业安全射界进行设计，该系统的功能需包含地图管理、地标管理、射界编辑、制图打印、系统管理五个方面的功能。

3.2 安全射界绘制步骤

3.2.1 绘制射界图

将人工影响天气作业点坐标值数据作为圆心，分别画出半径为1 km、10 km的圆。结合不同炮弹和火箭弹型号在不同海拔区域以及不同仰角的弹道参数，绘制射界圈。需要注意的是，射界圈的间隔大都在2°～5°之间。

3.2.2 确定非安全区域

在借助于高分辨率卫星影像数据和DEM数据识别、避让人工地物的过程中，需要标记处作业弹药覆盖半径范围内的地面厂矿企业、村镇人口稠密区域、高速铁路、学校等安全敏感区域，以对非安全区域进行确定。

3.2.3 射界分析

通过叠加分析非安全区域数据用户标记和射界圈形成的区域，进而形成安全射界区域。其中安全射界区域极坐标最小范围需要满足在海拔不高于1 500 m的作业点：1 500 m（径向）×1 000 m（切向）；高于1 500 m的作业点：2 000 m（径向）×1 500 m（切向）。

3.2.4 制图打印

应选用分辨率不低于5 m的卫星遥感影像图叠加在精度为30 m的DEM底图上作为安全射界成图，并在确定出图范围的影像图中确定图层信息，其中安全射界区域编号需要从初始方位开始，沿着顺时针方向从内到外将阿拉伯数字从小到大标注在安全区域内。将“37 mm高炮安全射界图”或“火箭作业安全射界图”标注在制图区域影像图的正上方。在示意图的右上方有指北方向的标记，下方则是射界范围、作业点信息、海拔信息、分辨率信息以及弹药类型信息，而审核人、出图人、出图单位和出图时间则标注在最下方。

4 结论

综上所述，安全射界技术对人工影响天气对空作业的影响较大，作业人员应对作业点周围设施和人口分布情况进行全面掌握，对弹药设计参数进行动态调整，以准确绘制安全射界图。针对人工影响天气对空作业中可能出现的事故问题，制定出有效的防控措施，以更好地满足安全作业和科学管理的需求。