《GIS和GPS技术在人工增雨作业的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GIS和GPS技术在人工增雨作业的应用（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1G I S 和 GPS技术在人工增雨作业的应用 徐明芳 广西区气象技术装备中心南宁5 3 0 0 2 2 摘 要 P S 全球定位技术是目前最理想的空间对地空间对空间地对空间的定位技术系统它与遥感技术R S地理信息系统技术G I S 集成组成3 S 技术系统是当今国内外地学界的高新技术之一本文通过对 G P S 及 G I S 技术的分析并总结其技术特点简要介绍集成了 G P S G I S 数据采集无线通讯技术而研制开发的人工增雨通信系统旨在提高人工增雨作业的科技含量为提高人工催化增雨作业的科学性和实效服务 关键词G I S 技术G P S 技术R S 2 3 2 串口通讯控件无线通讯技
2、术 1 概述 1 . 1 G P S 技术 全球卫星定位系统( G l o b a l P o s i t i o n S y s t e m 简称 G P S ) 是一门结合了太空卫星与通讯的技术G P S 系统由分布在 6 个不同的地球同步轨道上的 2 4 颗卫星位于地面的卫星控制系统及用户的 G P S接收机 组成G P S 接收机通过接收所在区域能够收到的卫星的信号从而得到这些卫星与 G P S 接收机之间的距 离由于卫星发出的信号中已经给出了当时卫星的准确位置因而 G P S 接收机可以提供精确的定位并 对于速度时间方向及距离亦能准确提供讯息 1 . 2 G I S 技术 地理信息系
3、统G e o g r a p h i c a l I n f o r m a t i o n S y s t e m 简称 G I S是 2 0 世纪 6 0 年代开始迅速发展 起来的包含多种学科交叉内容的地理学研究技术是一种特定而十分重要的空间信息系统它在计算机 硬件软件系统的支持下以地理空间数据库为基础采集储存管理分析和描述整个或部分地球 表面与空间和地理分布有关的数据为地理研究和地理决策服务地理信息系统主要由硬件系统软件 系统组成其中硬件系统一般由计算机与一些外围设备组成计算机是硬件系统的核心用作数据和 信息的处理加工与分析外围设备包括数据的采集设备软件系统是 G I S 的核心组成包括
4、数据输入 与转换图形及文本编辑数据存储与管理空间查询与分析及数据输出与表达五个子系统 1 . 3 G I S 及 G P S 技术的应用 G P S定位技术应用现状G P S技术已广泛应用于海空导航交通运输资源管理环境监测精密 定位工程测量与设计设备安装速度测量等领域尤其在测绘行业用于建立全球性地球动态参数 和全国性的大地测量控制网建立陆地海洋大地测量基准监测现代板块运动状态测定航空航天摄影 的瞬间位置等工作已取得可喜成果此外G P S 定位技术在水土保持工程建设水土流失监测和生态 建设中的应用发展也很快在气象部门也有部分项目已经使用或正在使用 G P S 定位技术如 G P S 高空 探测系
5、统的研制等但就目前的应用现状看G P S 技术在人工增雨方面的应用还落后于其它行业有待 进一步发展 2 G I S 及 G P S 技术在人工增雨的应用 世界上很多国家都把人工影响天气作为一项减灾措施广泛地研究和实施 从规模上讲 我国位居第二 但是在作业的科学水平科技设备上却远远落后于国际先进水平除了加强对整体云水资源状况的认识 之外还需要加强对增雨条件的识别监测技术和作业指挥系统的研究等充分利用 G P S 及 G I S 技术的 优势对提高人工增雨作业的科技含量具有着非常重要的作用为此我们研制了集成 G P S G I S 数 据采集无线通讯技术于一体的人工增雨通信系统该系统在近两年的人工
6、增雨飞降作业中发挥了较重 要的作用 2 . 1 系统技术分析 22 . 1 . 1 通信方式的选择 在飞机和人降基地指挥中心之间需要利用通信设备来传输接收信息选择标准第一是该通讯方式 是否能够准确地把定位信息发给指挥中心 并有效地进行错误检测和纠正 第二是取决于通信覆盖面积 有效范围第三是通信设备的投资成本和使用成本 虽然目前比较常用的无线通信方式为数字蜂窝通信技术但在我们的系统中却无法使用而使用无 线电台建立专用无线数据传输具有投资少运行维护简单等优点还可以充分利用无线电管理委员会分 配给气象部门的频率段所以选择了无线车载电台搭建系统的通信通道 2 . 1 . 2 定位方式的选择 定位设备的
7、作用是准确地确定飞机的位置以便基地指挥中心可以有效快速的了解飞机的飞行轨 迹及飞行状况G P S 技术由于其覆盖全球全天侯价格低廉高精度和己被证实的诸多功能而成为被 普遍使用的定位技术所以系统使用 G P S 接收仪取得飞机的定位数据 2 . 1 . 3 G P S 定位数据的显示 利用 G I S 系统的二次开发平台集成了广西 1 比 2 5 万的电子地图进行开发增加了放大缩小 地图浏览高度及速度显示等功能模块使得飞机及基地指挥中心都可以实时地显示飞机的定位数据 2 . 2 系统工作原理 机载 G P S 接收仪接收到 G P S卫星定位数据通过 R S 2 3 2 串口送入笔记本电脑由安装
8、在电脑内的数 据处理及发送程序对数据进行处理计算出实时飞行速度航向经纬度高度等飞行轨迹参数另一 方面处理程序控制无线调制解调器将每一组经纬度 高度值等飞行轨迹数据通过机载无线电台发送给基 地指挥中心同时电脑内的 G I S 显示平台则实时地显示飞机的飞行轨迹及飞机的经纬度高度值 地面指挥中心通过无线机载电台及无线调制解调器接收定位数据 再通过基地的计算机的 G I S 平台 实时地追踪飞机的飞行轨迹显示飞机的飞行轨迹同时得到飞机的经纬度高度值即可清楚和直观 地掌握飞机的动态位置及实施人降作业的情况 同时通过机载电台的对讲功能基地指挥人员可以与飞机上的人降作业人员及塔台指挥人员保持 联系实时的掌
9、握飞机所处位置的云状情况以使人降作业指挥人员做出科学的决策保证人降作业可 以取得最佳效果 2 . 3 系统组成 人降通信系统由指挥中心机载部分中转台塔台话传四个部分组成除塔台只有话传外每个 部分都包含了话音传输及数据传输两个方面系统结构原理见图 1 图 1 系统工作原理图 将话传与数传分为两个通道是为了避免话音传输对数据传输信号造成干扰同时减少误码率以 保证数据传输的质量 2 . 3 . 1 机载部分 话传通道及数传通道均由特高频车载电台改装的吸盘移动天线低损耗电缆充电稳压电源等组 成天线安装在飞机腹部车载电台天线及 G P S 天线安装在飞机顶部改装后的充电稳压电源使用飞机3的 2 4 V
10、直流电为输入电源 此外G P S 卫星定位仪无线调制解调器笔记本电脑等设备是系统机载部分必不可少的笔记本 电脑内安装了卫星定位数据处理发送程序及 G I S 显示平台 2 . 3 . 2 基地部分 话传通道及数传通道由特高频车载电台固定高增益全向天线低损耗电缆充电稳压电源等设备 构成话传及数传天线架设在基地楼顶两套天线要距离 6 m 以上以避免互相之间的干扰 此外还有无线调制解调器以及用于显示 G I S 平台的计算机等设备 2 . 3 . 3 中转台 设置中转台的目的是为了达到增加通讯传输的有效距离及保证通讯的质量所以必须设在高山上 话路及数传中转台由特高频中转机固定高增益定向天线低损耗电缆
11、充电稳压电源应急备用 电源等设备组成两套天线架设在山顶水平距离为 1 0 m 以上 话路中转和数传中转均系无人值守自动中转台处于 2 4小时连续待机工作状态所以每次执行 飞机人工增雨作业任务时无需对高峰山中转台进行开关机设置一旦接收到基地或飞机上的话音信 号和数传信号中转台立即自动转入中转状态将接收到的信号自动中转发送出去起到基地与飞机的 链路接力作用如遇市电停电应急备用电源自动接入可供中转机连续工作 1 0小时以上恢复市电 供电后应急备用电源自动切换至市电供应从而保证中转台的正常运行 2 . 3 . 4 塔台话传 塔台话传的主要用于塔台作业指挥人员了解飞行作业全过程并指挥机上工作人员进行飞降
12、作业 2 . 3 . 5 数传原理框图 数传通道原理如图 2 如示 图 2 数传原理图 2 . 3 . 6 话传原理框图 话传通道原理如图 3 所示 图 3 话传原理图 2 . 2 技术关键 2 . 2 . 1 天馈线的选择 天线作为通信系统的重要组成部分其性能的好坏直接影响通信系统的指标我们在选择天线时主 要从两个方面考虑即天线的类型和天线的电气性能选择天线类型的意义是所选天线的方向图是否 符合系统设计中电波覆盖的要求选择天线电气性能的要求是选择天线的频率带宽增益额定功率 等电气指标是否符合系统设计要求 4从这些方面考虑我们在飞机上使用的是改装的可移动高增益全向天线在基地及塔台则使用固定 式
13、高增益全向天线 2 . 2 . 2 数据的接收处理发送 串行通讯是现代工业应用广泛使用的通讯方式在系统中利用机载笔记本电脑的 C O M 1串口采集 机载 G P S 的定位数据一方面在笔记本电脑的 G I S 平台上实时显示飞机的飞行轨迹另一方面将经过处 理的飞行轨迹参数从另一个串口送至无线调制解调器由无线数传电台向人降基地发送基地指挥中心 则利用无线数传电台接收飞机上发来的信号经过无线调制解调器再送回基地计算机的 C O M 1串口 将飞行轨迹参数回显到计算机的 G I S 平台上 对于 Windows 下的串行通讯可使用 Visual Basic6.0 提供的串行通讯控件 Mscomm该
14、控件包含了 使用 RS-232 串行通讯上层开发的所有细则既可以使用查询方式又可以使用事件驱动方式来完成串行 通讯 根据实践工作的经验利用 VB通讯控件开发 RS232 串口在无线通讯中的应用掌握无线调制解调 器的 P T T 延迟时间选择合理的通讯协议是至关重要的 2 . 3 . 3 G I S 显示平台设计 编制 G I S 显示软件时采用了北京慧图公司自主开发的 TopMap 所提供的地理信息系统二次开发平 台利用 TopMap ActiveX 开发组件以 V i s u a l B a s i c 6 . 0 为编程工具对国家 1 / 2 5 万基础地理信息数 据库广西分库的内容进行集
15、成开发该电子地图具有精确的地理坐标定位包括行政区境界道路 河流地形等信息 2 . 3 . 3 . 1 实时显示飞机飞行轨迹 将 G P S 接收到的飞机定位数据进行处理挑出经纬度及高度值在电子地图上实时地显示出飞机飞 行轨迹并使数据可视化更直观地揭示数据记录蕴含的直观意义使飞机上的作业人员和地面的工作 人员可以同时了解到当时的作业情况对整个作业的分析和记录提供了方便的途径 2 . 3 . 3 . 2 回放飞行轨迹功能 利用历史数据资料回放飞行轨迹可以模拟实时轨迹播放图形与数据同时显示在分析历史数据 记录时更为直观 2 . 3 . 3 . 3 恢复连接上一次轨迹功能 在飞行作业过程中因一些无法预
16、测的错误导致 G P S 数据无法接收程序出错死机或是突然停 电等原因使数据接收中断等为了保证一次完整的作业过程的记录使用此功能连接中断前后的数据 记录 2 . 3 . 3 . 4 设置飞行航线 在一次飞行作业之前预设飞行航线便于作业结束后进行飞行记录对比 2 . 3 . 3 . 5 地图的常规操作 在对实时或历史定位数据进行处理的同时可以对电子地图进行放大缩小浏览等操作还增加 高度及速度显示的功能 2 . 3 . 3 . 6 系统的可扩展性 在开发过程中还考虑了系统的扩展诸如在电子地图上增加各县市乡镇的年降水量信息增 加炮点信息等操作简单功能强大是一个较理想的 G I S 显示平台 3 应用实例 基于 G I S 及 G P S 技术研制开发的人降通信系统已于 2 0 0 2 年投入飞机人工增雨作业中以下为 2 0 0 3 年 3 月 1 4 日的一次飞行作业
