FY-4A卫星资料在民航气象信息融合显示平台中的应用

朱国栋，安志强，刘晓明，陈福康

（1.民航新疆空中交通管理局空管中心气象中心，新疆 乌鲁木齐 830016；2.民航新疆空中交通管理局气象服务部，新疆 乌鲁木齐 830016）

FY-4A气象卫星是中国的第二代静止气象卫星，其中风云四号A星（FY-4A）于2016年12月11日成功发射，后续逐渐替代我国第一代静止气象卫星风云二号系列卫星，该卫星的观测时间分辨率和空间分辨率大幅超越风云二号系列卫星，能够实现对中国及周边区域天气的连续观测[1]。目前，FY-4A为了确保观测的及时性，采取全圆盘和中国区域的组合观测模式，确保最短获取5 min间隔的中国及周边区域的卫星观测[2]。通过高时空分辨率的卫星观测，可以获得对流等天气的分布和演变，来弥补天气雷达无法覆盖区域的天气监测。

随着民航机场航班运行数量的增长、航班正常性需求的激增以及通用航空业务的发展[3-4]，考虑现有的FY-4A信息处理应用平台仅用于显示卫星云图，没有将气象卫星图层与民航气象及空管运行信息融合处理，无法充分发挥FY-4A资料的高时空分辨率的特性，为改善气象信息应用水平，充分发挥新型探测资料在民航业务运行中的效果，本文尝试开发设计基于风云四号卫星的信息融合显示平台，利用WebGIS技术，将气象卫星图层与民航气象、空管航迹等信息融合显示[5-7]，提升FY-4A在民航业务运行中的作用。

1 平台设计

结合FY-4A卫星数据接收系统输出的原始卫星数据，本平台开发设计数据收集与解码模块，通过投影转换，绘制中国区域各个通道的卫星云图，同时收集雷达、闪电定位、空管运行等信息，利用WebGIS技术实现各类信息的融合显示。具体平台流程图如图1所示。

图1 平台业务流程示意图

针对本平台涉及的资料收集、数据处理绘图及前端显示，平台采用多种编程语言进行开发，例如资料收集模块采用python脚本语言，设计开发基于文件系统或ftp的多线程文件比对和下载，实现不同数据源的资料下载和存储功能。FY-4A的数据解析、投影转换和绘图，采用python中成熟的卫星云图处理库，进行卫星圆盘图的数据解析，通过匹配分辨率、区域及通道信息，按照给定的配色方案，将各个通道的数据进行读取，同时结合WebGIS显示需要，将圆盘图进行投影转换，进而输出符合WebGIS叠加显示的png图片，为后续显示提供数据支持。由于卫星数据处理耗费计算资源，本平台通过多任务方式进行云图的数据处理，确保数据处理效率及时。前端显示采用C#asp.net进行开发，通过资料收集模块获取的各类气象数据，结合不同数据的显示特点开发数据显示接口，为用户提供高效、友好的交互显示页面。

2 功能模块

结合平台业务流程设计，本平台主要包含气象信息收集、FY-4A卫星资料处理模块、信息融合显示模块及资料监控模块。通过上述功能模块实现各类气象信息收集、处理与显示管理功能，为用户提供高效、稳定的数据处理显示平台。

2.1 气象信息收集模块

通过分析现有业务运行信息和用户需求，本平台通过编写数据收集脚本，利用计划任务方式，自动收集卫星资料、天气雷达、闪电定位以及航迹信息，其中卫星资料、天气雷达、闪电定位等气象数据资料，通过文件存储系统及FTP服务，实时比对数据源与本地数据存储的数据差异，利用多线程传输、复制任务进行新增数据的下载和存储工作。为了提高数据检索效率，本模块按照时间信息进行分类存储和归档，为后续产品处理、显示模块提供高效的数据收集模块。

2.2 FY-4A卫星资料处理模块

本模块通过实时监控FY-4A卫星资料目录数据，对未解码绘图的数据进行解析，通过文件名获取分辨率数据，同时结合分辨率设置通道数量，采用预制好的配色方案进行绘图，绘图期间将圆盘图进行投影转换，实现与WebGIS地图瓦片的匹配。具体流程如图2所示。

图2 FY-4A卫星资料处理模块流程示意图

按照上述流程，本模块将数据解析、投影及绘图任务进行封装，用于后续的绘图任务，具体模块代码如下所示：

2.3 信息融合显示模块

结合FY-4A卫星资料、天气雷达、闪电定位以及航迹信息的数据特点，卫星资料、天气雷达为png图片，通过定义统一的投影方式和绘图区域，按照leaflet平台规则设定图片图层进行显示。闪电定位及航迹信息则采用json方式存储，通过解析json数据设置成标签图层，同时按照各个资料的时间序列标识，实现资料的前后时次翻页、指定时间动画演示等功能，具体功能界面如图3所示。

图3 信息融合显示示意图

2.4 资料监控管理模块

本平台涉及的资料种类较多，时间更新频率差异较大，为了确保平台数据更新的及时有效，本模块通过自动监控数据存储路径，按照卫星云图、天气雷达、闪电定位等数据文件的命名规则，分析数据是否及时收集获取，判断数据处理后的产品是否有效，确保WebGIS显示平台底层的数据支撑运行正常，如出现数据缺失、产品超时等问题，及时进行告警提示，排查相关故障，避免资料缺失导致的显示问题。

由于FY-4A卫星原始数据及后处理产品文件数量巨大，每日存储空间占用可达4TB左右，考虑到现有存储设备的规模，本模块自动监控数据目录存储实时情况，动态管理各类数据存储时间，通过设置阈值自动清理超过存储能力的数据，避免数据无法存储导致的平台运行异常情况。

3 结束语

民航机场航班正常性需求的激增以及通航业务的发展，亟需提高气象与空管的信息融合，进而改善气象在民航运行中的辅助决策能力。通过空中航空器综合数据与气象信息的融合显示，建立信息综合显示系统，不仅提高了复杂危险天气下的监视能力，还将FY-4A卫星数据通过WebGIS技术，与航路、导航点、管制区域等管制目标信息做到融合显示，实现管制信息与气象数据在时间轴的一致性展示，改善现有运行数据孤立分布的窘境，积极提升气象在空管运行中的作用，确保民航运行的安全与效率。