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概述与优势

航天宏图道路气象服务平台基于不同尺度的观测资料,并分析历史道路气象灾害数据,实现多源气象资料在道路上的快速综合应用,建立了基于道路物理特性的道路预报模式,实现对道路基础气象要素、道路决策气象信息的预报预警,与各级气象部门合作向交通等单位提供针对道路交通行业的临近、中短期精细化道路天气实况及行驶条件、地面高温、道路大雾等信息的跟踪预报和预警服务。

气象遥感监测及分析

卫星监测分析与遥感应用服务平台(SMART)是综合利用风云、环境减灾卫星、资源卫星等卫星数据,面向防灾减灾、资源环境监测等业务,开展环境监测、分析、服务为一体的综合应用平台,为国内首个“以多源卫星数据为主的遥感应用服务平台”,面向全国气象、减灾、环境等部门从事灾害环境遥感应用的专业技术人员,提供专业化遥感应用服务平台。

SMART平台功能强大,是一款集统一业务管理、多源数据综合显示、遥感专业图像处理、遥感信息提取分析、地理信息综合应用、专题产品制作、专题信息发布服务等一体化的综合业务应用平台。SMART平台由业务支撑系统、监测产品发布系统、监测分析服务系统三个部分组成。监测分析服务系统主要负责提供多源遥感数据的几何纠正、辐射校正、数据拼合、数据裁剪、信息提取、分类、综合显示等多种功能,并基于以上功能生产得出沙尘、大雾、火情、水情、积雪、海冰等各种大气、海洋专题产品;监测产品发布系统主要负责对监测分析服务系统生产的各种专题产品进行实时和准实时的发布;业务支撑系统基于监测分析服务系统提供的监测分析服务进行业务管理调度、运行状态监控和数据产品综合管理。

卫星监测分析平台集成框架图
卫星监测分析平台系统组成图
卫星监测分析平台功能展示图

大气颗粒物监测分析系统主要是利用国内外等源气象卫星数据,根据不同粒径的颗粒物的电磁波谱特性,监测反演生成沙尘、PM10、PM2.5浓度等相关产品,为气象、环保等行业提供专业应用产品。

大气颗粒物监测分析系统主要是利用国内外现有的FY-3、MODIS、OMI、CALIPSO多源、多时相卫星遥感业务化数据为基础数据源,以公司自主研发的遥感图像处理软件PIE底层技术为支撑,反演大气气溶胶光学厚度,建立沙尘高度与气溶胶光学厚度训练样本,以及2002-2012年中国及周边区域沙尘天气案例,提取分析沙尘特征,显示沙尘强度和范围。本软件为风云三号沙尘反演算法研制与改进提供了良好的展示平台。

不同通道AIRS亮温对比图
AIRS与CALIPSO反演沙尘高度对比图(左) OMI光学厚度和AIRS叠加图(右)

卫星气象数据实时系统实时接收目前世界上最先进第三代气象卫星向日葵8数据, 处理生成立体云图、半球云图、区域红外、水汽、可见光云图、云信息、降水、云雾监测、灰霾监测、沙尘暴监测及危险天气诊断和短时预报产品,充分提高灾害性天气、降水、大雾、灰霾、沙尘暴等监测的精度和准确率,服务满足气象、交通、林业、电力和环境等多个专业部门对产品高时空分辨率精细化程度和监测预报准确率的行业需求。

葵花-8卫星是世界上最先进的第三代静止气象卫星,具备很高的时空分辨率,每10分钟扫描生成一张全圆盘卫星影像, 应用平台的接收资料滞后时间仅8-10分钟。接收的云图数据包括14个通道云图数据,日本全球数值预报产品,空间分辨率1.25°,时间分辨率6小时,预报时效48小时,以及东亚和西太平洋常规气象观测数据、太平洋洋面风场观测数据。

台风定位定强分析图
精细化灰霾监测图

农业气象遥感应用服务平台主要是集成各地气象局业务积累的针对农业气象、生态、预测预报、卫星遥感等气象产品的模型算法,建设一套业务产品可灵活配置、扩展性强的自动化业务平台,实现数据、模型、产品的整合管理,建立省/市/县三级服务体系,从而实现业务能力和服务能力的整合。该平台具备以下功能:

调度规则灵活配置,自动调度专业模型生产业务产品;

算法模型可扩展、可编辑;

可灵活配置产品目录,支持无限扩展;

可配置发布策略,实现产品自动发布;

发布对象(用户)可扩展、可管理,支持省、市、县三级使用;

发布对象(用户)的权限可控制,用户可配置个性菜单;

可根据模板自动生成doc报告(旬报,月报等)。

产品应用案例展示图
气象大数据管理及可视化

气象资料解析处理系统具备对常规观探测气象报文资料(GTS)、航空天气报告、船舶报、自动气象观测站、城镇精细化预报产品等11种报文资料进行数据解码的能力,能对气象卫星、数值预报产品、天气雷达、风廓线雷达等资料的常用数据存储格式(GRIB、netCDF、hdf、buffer)进行文件解析读取,对多源数据进行排重,具备对各类气象数据采用气候极值法、要素一致性、连续性、静力学等多种方法进行质量控制。

系统功能组成图
大气环境仿真项目数据质量检验与仿真结果验证图

气象水文大数据管理平台的建设目标是满足新一代海量气象数据存储管理需求的大数据综合平台。

该平台具备以下能力:

无限水平扩展:系统可在线扩充存储容量或提高处理性能,有效解决企业由于数据增长导致的处理性能缓慢或频繁迁移数据的问题。

统一数据处理平台:改进的分布式资源管理框架,可在同一份数据集上运行多种计算框架,动态创建SQL统计、数据挖掘、机器学习、流处理等计算。

高速数据分析: Inceptor交互式内存分析引擎,同时支持SQL 2003和R语言;内置改进后的Apache Spark,SQL执行性能比Apache Hadoop 快10倍左右。

灵活数据处理: Hyperbase实时数据库支持结构化、半结构化 、非结构化等多种类型数据的在线存储、OLTP事务、OLAP检 索、全文搜索 、图分析和批处理统计业务等全方位需求。

实时流计算: Stream分布式实时流处理引擎提供强大的流计算表达能力,可支持复杂的实时处理逻辑。

超高性价比: 采用普通商用服务器构建集群,最大程度降低成本;

系统主要包括NEWSQL应用架构、SPARK开源计算框架、非结构化文件存储访问架构、流式数据处理架构、分布式智能搜索引擎。

系统总体技术架构如下:

气象水文大数据平台总体框架图

气象通用业务调度平台主要针对气象软件的产品生成、产品发布、业务调度、系统监控等通用功能需求,研发的一款适用于支持上述功能需求的通用业务调度基础软件。系统支持定时触发,数据触发,能够动态分配作业计算资源,并对作业流进行监控,可定制化监控信息。具备丰富的二次开发接口,能够跨平台使用。在公司的多个项目中得到应用。

作业调度管理图
作业监控图
触发器设置图
触发器设置图

气象资料二三维一体化展示系统基于公司自主开发的三维地理信息平台PIE-Map开发的一款气象资料综合显示软件,是气象分析预报的基础PIE-Map是采用“云+端”架构的新一代空间地理信息平台,结合三维GIS、遥感底图,为气象水文综合显示系统提供完备的三维电子地理信息开发系统环境。气象资料二三维一体化展示系统实现了地面、高空图填绘分析、云图的立体显示及动画、雷达图显示、台风路径显示、气象水文要素的等值线、流线、色斑图、剖面图等多种显示方式。支持二、三维一体化切换显示,支持多种投影方式。

彩色立体云图显示图
地面实况填图
动态流线显示图
手机APP显示图
气象模式预报产品

台站短期天气集成预报平台主要依托卫星数据广播系统,获取实时气象资料和数值预报产品,并结合台站观探测资料,采用动力统计、人工智能等多种释用方法和集成预报技术,客观定量制作台站气象要素短期预报。该平台具备气象信息收集处理、气象资料分析、数值产品释用、集成预报和预警预报产品制作等功能,为提高台站精细化气象服务能力提供有效的综合天气分析预报手段。

短期天气集成预报系统框架图
地面图填图分析图
集成预报结果展示图

中尺度数值模式系统针对常规气象要素的数值预报建设和业务预报工作。模式本身开展多种模式评估、模式优化(地形订正、动力修正、参数化的本地化调优),并开展业务化的同化工作,实现对常规地面观测资料、探空资料、雷达资料、卫星资料有效的循环同化。在模式后处理方面,创新性应用了大数据机器学习的方法有效修正模式预报的误差,提升模式预报工作。宏图模式实现在专业IDC机房的业务化运行,预报产品服务于道路交通、航空、农业、旅游等不同行业,预报结果精度得到客户的肯定和认可。

航天宏图数值预报系统框架图
航天宏图业务化气象模式系统预报区域图

短临预报平台是基于雷达原始基数据的集雷达质控,雷达坐标转换,标准层处理,雷达拼图、雷达短临外推预报等功能的短临气象预报产品。实现了对目标区域两小时内逐分钟、逐公里集合雷达反射率和降水强度的精准预报,产品基于GIS进行便捷化展示,预报产品在水利预报、航空保障中得到有效应用。其中外推方面基于雷达拼图做外推,避免单部雷达覆盖范围小,涵盖了完整的中小尺度系统信息,同时外推技术能预测出云团的合并和生消信息,提高短时监测预警和临近预报的准确性和及时性。同时降水反演方面加入地面逐分钟雨量站资料,并采用基于云团分类动态Z-R关系拟合技术和自适应最优插值法技术,订正了反演系统偏差并提供反演精度。

短临雷达集合反射率预报(预测)与观测(实况)对比图
基于雷达资料的降水反演(QPE)与实况观测对比图
行业气象服务

道路气象服务产品是通过开展针对各种气象因素、基础地理条件、交通条件对公路安全行驶影响的分析,基于不同尺度的气象观测资料及基础地理资料,并分析历史道路气象灾害数据,实现多源气象资料在道路上的快速综合应用,建立了基于道路物理特性及统计规律的道路预报模式。实现对气象基础要素、道路气象要素、道路气象高影响气象条件、道路决策气象信息的监测和预报预警。服务产品在高速公路运营管理、市政交通管理、快递物流等业务中得到应用。由道路气象精细化监测体系、道路气象精细化预报预警体系和道路气象信息服务发布体系三个部分构成。

面向道路要素的预报技术示意图及与传统气象预报的区别图
航天宏图道路气象服务网页版界面图

航空气象服务产品是基于基础气象观测数据、机场气象观探测数据,开展多源资料融合分析、中尺度数值天气预报以及快速循环同化系统,针对机场气象保障对低云大雾、大风、强降水、雷暴等危险天气的特殊需求,提供机场常规气象预报、机场起降飞行条件预报、飞机航线预报、机场短临预报等业务保障产品。其中机场监测预报服务系统已在武汉天河机场、神农架机场投入业务使用。

武汉天河国际机场
气象监测与预报服务平台图
湖北神农架机场气象监
测与预报服务平台图
机场天气分析图
华中区域雷达

基于高分辨率数值天气预报信息,针对农业无人机植保、农业机械作业保障以及精准农业生产保障,开发了无人机农业植保气象、农业机械作业气象保障接口,提供细化至具体作业地块、未来3天逐小时的精准气象预报信息,协助农业作业和植保选择植保作业窗口时间,提升植保效率,从而有效降低无效植保和重复植保的比例。

旬月报降水量距平百分率图
微信公众号界面图
大气案例