CN104299037A - 一种自动化空间环境模式评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动化空间环境模式评估系统及方法，包含：数据库，用于存储空间环境数据信息以及空间环境模式信息；模式初评模块，用于对空间环境模式潜在的业务能力进行初步评估；数据服务模块，用于以空间环境数据库数据为基础，构造通用的数据输入模板，为空间环境模式自动运行构造输入数据；规范空间环境模式输出数据；模式运算模块，用于实时监测运算集群负载情况，自动为待运算和评估的空间环境模式分配运算和评估机器；为待运算空间环境模式分配所需要的输入文件并调用空间环境模式自动运算，且该输入文件由数据服务模块生成；可视化和评估验证模块，和归档和分发模块。
Description
技术领域
本发明涉及空间环境研究级模式向业务级转换模式转化领域，具体涉及一种自动化空间环境模式评估系统及方法。
背景技术
业务化的空间环境模式是航天和军事空间活动空间环境预报保障的重要组成部分。目前，在空间环境模式的研究中，研究人员已经针对太阳、磁层、辐射带、电离层、中高层大气等各类环境要素的分布及其变化规律建立了各种研究级空间环境模式，但其输入条件和计算精度往往与实际应用操作需求有很大距离，且缺乏普遍的评估验证，必须通过一定的转化、改造和评估验证，才能转化为可操作的业务化空间环境模式。
国内外现有技术的状况：
美国在国家空间天气预报中心和国防部的相关部门中，建立了一个协作建模中心（CCMC）和两个快速原型中心（RPCs）的机构负责空间环境模式研究成果的技术转化。
CCMC和快速原型中心（RPC）对空间环境模式的评估过程对用户是“透明的”，用户只能通过web页面或者其它官方方式提交空间环境模式并留下联系方式，待评估完成后再通知空间环境模式研究人员，具体的评估数据和评估方式只能在最终的评估报告中获知，整个评估运行过程空间环境模式研究人员无法参与。
因此，CCMC和快速原型中心（RPC）对空间环境模式的转化过程只是体现在转化的业务流程上，目前并没有利用计算机技术系统将空间环境模式业务转化流程成为一个可以自动运行的、空间环境模式提交者可全程参与的、快速和客观地实现空间环境模式评估的计算机系统。
国内目前没有自动化的空间环境模式评估系统或者方法。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有空间环境业务机构在对研究级空间环境模式进行评估时，需要人不断地参与空间环境模式的评估过程，从而导致空间环境模式转移转化过程中人工参与过多、评估效率低等缺点，本发明提供一种自动化的空间环境模式评估系统及方法。
为实现上述目的，本发明提供一种自动化空间环境模式评估系统，所述系统包含：数据库，用于存储空间环境数据信息以及空间环境模式信息；模式初评模块，用于基于空间环境数据库存储的信息对空间环境模式潜在的业务能力进行初步评估，确定空间环境模式是否具有进入下一步测试运行和评估环节的条件；数据服务模块，用于以空间环境数据库数据为基础，构造通用的数据输入模板，为空间环境模式自动运行构造输入数据；并以空间环境数据库数据为基础，以CDF格式为数据模板，规范空间环境模式输出数据，便于空间环境模式的自动评估；模式运算模块，用于实时监测运算集群负载情况，为经过初评的待运算和评估的空间环境模式分配分配运算和评估机器；为待运算空间环境模式分配所需要的输入文件并基于该输入文件进行运算，且该输入文件由数据服务模块生成；可视化和评估验证模块，用于为待评估的空间环境模式分配评估方法和评估数据，利用配置的评估方法和评估数据，为空间环境模式的输出结果进行评估验证；和归档和分发模块，用于对空间环境模式的基本信息和评估结果进行登记入库，以web方式对这些信息进行集中管理并将空间环境模式的评估结果分发给提交空间环境模式的用户。
上述空间环境模式包括：太阳和太阳风模式、磁层模式、高能辐射环境模式、电离层模式和中高层大气模式。
上述输入数据包括：太阳活动监测数据、太阳风监测数据、高能粒子监测数据、宇宙线监测数据、地磁监测数据、电离层监测数据和中高层大气监测数据。
空间环境模式评估数据包括：太阳活动监测数据、太阳风监测数据、高能粒子监测数据、宇宙线监测数据、地磁监测数据、电离层监测数据和中高层大气监测数据、参考空间环境模式输出数据。
空间环境模式评估方法包括：连续值的评估方法或事件分类评估方法。
所述输入数据模板包括：普通模板、定制模板和体数据模板；
所述CDF数据模板支持多维、混合数据类型存储。
此外，基于上述系统本发明还包括一种自动化空间环境模式评估方法，所述方法包含：
步骤101，通过“数据服务模块”定义空间环境模式的输入数据文件，并通过Web浏览器在线编辑空间环境模式运行所需要的输入数据格式模板；具体包含：
根据空间环境模式输入数据文件的特性，选择模板类型，并对模板内容进行在线定义和编辑，将编辑好的模板以XML格式存储在“空间环境数据库“中；数据服务模块按照选定的空间环境数据库中的数据类别自动向模板中填充空间环境模式运行所需要的数据，生成空间环境模式运行所需要的输入数据文件，并将其保存在指定的目录下；
其中，输入数据格式模板共分三类：普通模板、定制模板和体数据模板
步骤102，数据服务模块规范空间环境模式的输出文件，通过Web浏览器上传空间环境模式输出文件样例，根据空间环境模式输出数据格式模板，对输出数据文件样例进行规范，将规范好的输出数据格式以XML格式存储在“空间环境数据库”中；
步骤103，通过空间环境模式运算模块请求空间环境模式运行和评估，具体为：
通过Web浏览器请求进行空间环境模式的运算和评估，并改变空间环境数据库中的空间环境模式信息中的“运行状态信息”，即由0变为1；
空间环境模式运算模块实时监测运算集群的资源利用情况以及上传空间环境模式的目录，在指定目录下调用用户上传的待评估的空间环境模式，空间环境模式自动到相应目录下读取空间环境模式输入数据文件，空间环境模式运行完毕后在当前路径下输出数据文件；空间环境模式运行完毕后，空间环境数据库中空间环境模式中的“运行状态信息”发生变化，由1变为2；
其中，表示3个不同状态的0,1,2并不是唯一的，采用其余的任意不同的3个数字或者采用这3个数字的任意不同组合表示3各状态均可以；
步骤104，在可视化和评估验证模块中为各类空间环境模式分配评估度量方法和评估度量参考数据，可视化和评估验证模块监测到空间环境数据库中空间环境模式相应信息中的“运行状态信息”为“2”时，便会启动相应的评估程序，调用配置好的评估方法和平度度量参考数据对空间环境模式进行业务能力的综合评估；评估结果通过可视化和评估验证模块中的可视化模块进行图表和图像的输出，从而达到对空间环境模式评估和验证的目的。
上述步骤104之后还包含：
步骤105，归档和分发模块将空间环境模式的评估结果保存至“空间环境数据库”中相应表格，并生成评估报表Email发送至空间环境模式用户。
上述步骤101）之前还包含：
通过“空间环境模式初评模块”上传空间环境模式及其基本信息，由“空间环境模式初评模块”完成对空间环境模式业务级和代码级的初评；
当”空间环境模式初评模块”判断空间环境模式不能满足初评标准时，继续改进其空间环境模式；当初评标准全部满足时，通过WEB浏览器上传待评估的空间环境模式至“空间环境模式运算模块”，等待进行运算和评估，同时“空间环境数据库”会保存空间环境模式的基本信息。
所述CDF数据模板支持多维、混合数据类型存储。上述空间环境模式评估方法包括：连续值的评估方法或事件分类评估方法。其中连续值评估方法包括：观测均值、预报均值、预报标准偏差、观测标准偏差、观测中值、预报中值、观测和预报最小值最大值百分比分值、平均误差、绝对误差、平均绝对误差、平均相对误差、平均相对百分比差、均方差、均方差根、相关系数、概率空间中的线性误差、距相关系数、SI评分、技巧评分；事件二分类评仿方法包括：报准数、漏报数、虚报数、正确否定数、报准率、虚报率、伪击率、威胁指数或临界成功指数、Gilbert技巧评分、真实技巧统计量、Heidke技巧评分。
所述输入数据模板包括：普通模板、定制模板和体数据模板；
所述CDF数据模板支持多维、混合数据类型存储。所述CDF数据模板：CDF是通用数据格式（Common Data Format）的缩写，具有自描述特点和支持多维、混合数据类型存储。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
为空间环境模式运行和评估提供数据资源，节省空间环境模式研究者自己寻找和组织空间环境模式输入数据和评估数据的时间；以数据库数据为基础，构造通用的数据输入模板，为空间环境模式自动运行构造输入数据；以数据库数据为基础，以CDF格式为数据模板，规范空间环境模式输出数据，便于空间环境模式自动评估；对各类空间环境模式的评估数据和评估方法使用配制策略，配制专业评估结构认可的评估方法，使评估本身更加灵活、客观和科学；自动监测运算集群资源使用情况，为空间环境模式分配最优的运算机器，便于空间环境模式的快速运算和评估。综上，本发明明利用WEB技术，使远程用户可以在线进行空间环境模式的自动在线评估，大大节省了空间环境模式研究过程中评估环节所用的时间，提高了空间环境模式的评估效率，增加了空间环境模式评估结果的客观性和科学性。本发明针对研究级空间环境模式向业务级空间环境模式转移转化过程中所必须的评估过程，提出一种自动化评估系统及方法。
附图说明
图1-a是本发明的自动化的空间环境模式评估系统物理结构图；
图1-b是本发明自动化的空间环境模式评估方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1-a和图1-b所示为本发明的系统和方法的示意图，所述方法包含如下步骤：
首先，用户通过“空间环境模式初评模块”上传空间环境模式及其基本信息。用户通过web浏览器访问，以人机交互的方式通过系统的“空间环境模式初评模块”完成对空间环境模式业务级和代码级的初评。当”空间环境模式初评模块”根据人机交互结果判断空间环境模式不能满足初评标准时，空间环境模式开发人员需离开平台继续改进其空间环境模式；当初评标准全部满足时，用户通过WEB浏览器上传待评估的空间环境模式至平台的“空间环境模式运算模块”，等待平台对其进行运算和评估，同时“空间环境数据库”会保存空间环境模式的基本信息。
第二步，用户通过“数据服务模块”定义空间环境模式的输入数据文件。用户通过Web浏览器在线编辑空间环境模式运行所需要的输入数据格式模板，输入数据格式模板共分三类：普通模板、定制模板和体数据模板。用户根据空间环境模式输入数据文件的特性，选择模板类型，并对模板内容进行在线定义和编辑，平台将编辑好的模板以XML格式存储在“空间环境数据库“中；平台的“数据服务模块”会按照用户选定的“空间环境数据库“中的数据类别自动向模板中填充空间环境模式运行所需要的数据，生成空间环境模式运行所需要的输入数据文件，并将其保存在指定的目录下。
第三步，用户通过“数据服务模块”规范空间环境模式的输出文件。用户通过Web浏览器上传空间环境模式输出文件样例，根据空间环境模式输出数据格式模板（CDF模板），对输出数据文件样例进行规范，平台将规范好的输出数据格式以XML格式存储在“空间环境数据库”中。
第四步，用户通过“空间环境模式运算模块”请求空间环境模式运行和评估。用户通过Web浏览器要求进行空间环境模式的运算和评估，相应的，“空间环境数据库“中空间环境模式相应信息中的“运行状态信息”会发生变化，比如由0变为1（代表从“未运行”变为“请求运行”）。“空间环境模式运算模块“实时监测运算集群的资源利用情况以及上传空间环境模式的目录，以最优化为原则，在指定目录下调用用户上传的待评估的空间环境模式，空间环境模式会自动到相应目录下读取空间环境模式输入数据文件，空间环境模式运行完毕后在当前路径下输出数据文件。空间环境模式运行完毕后，相应的，“空间环境数据库”中空间环境模式相应信息中的“运行状态信息”会发生变化，比如由1变为2（代表从“请求运行”变为“请求评估”）。
第五步，评估小组通过可视化界面事先在可视化和评估验证模块中为各类空间环境模式分配评估度量方法和评估度量参考数据，可视化和评估验证模块监测到“空间环境数据库”中空间环境模式相应信息中的“运行状态信息”为“2“时，便会启动相应的评估程序，调用配置好的评估方法和平度度量参考数据对空间环境模式进行业务能力的综合评估。评估结果通过可视化和评估验证模块中的可视化模块进行图表和图像的输出，从而达到对空间环境模式评估和验证的目的。
第六步，归档和分发模块将空间环境模式的评估结果保存至“空间环境数据库”中相应表格，并生成评估报表Email发送至空间环境模式用户。
空间环境模式运行所需要的输入数据格式模板实施例
空间环境模式所涉及的范围广，从太阳到近地空间，空间环境模式的输入数据具有数据量大、种类繁杂、数据格式多样等特点，而空间环境模式评估系统的设计要求是能够对空间环境模式进行自动评估，因此有必要在系统中构造空间环境模式运行所需要的输入数据。
由于不同空间环境模式的输入数据情况复杂，有的空间环境模式读取单个输入文件，有的空间环境模式则是通过读取多个输入文件；有的输入文件数据来自空间环境数据库表同一个表的不同列，有的输入文件来自不同数据库表的不同列；并且每个数据文件的数据排列样式也各不相同。如果通过指定数据格式，那么无疑给空间环境模式研发者增加了不必要的负担，也违反了评估系统的普适、通用的原则，所以需要研究制定输入数据格式模板。
通过收集大量的各种空间环境模式的输入数据文件格式，分析各种输入文件的数据排列特点，明确了各排列数据与数据库中该数据字段的对应关系，考虑到时频冲突、坏值处理等多种复杂情况，研究出数据生成空间环境模式的三种情况：普通模板、定制模板、体数据模板。
1)普通模板
根据总结得出的输入文件规律发现，大部分输入文件具有相同的特点，可以通过普通模板生成，其具体内容包括：
● 文件名称的设置，包括后缀名；
● 数据的起止时间，精度到天；
● 数据的时间频率设置，时间频率单位分别是天、时、分、秒；
● 数据之间的分隔符设置。有两种情况：一种情况是数据排列之间是固定的分隔符，如逗号，空格，分号，其他；另一种情况是通过数据所占位数来排列数据；
● 数据文件的说明信息内容。信息内容不是纯文本信息，具有排列样式，和数据内容一起构成数据文件；
● 数据文件的变量参数选择。
空间环境数据库中已经具有各分类空间环境模式的数据参数名录，通过判断用户在上游空间环境模式初评的物理问题和技术问题中的选择，可选参数列表中已经筛选出供本次转移转化过程的变量列表。参数属性的具体内容如下所示：
表1 普通模板参数属性设置表
2)定制模板
由于一些空间环境模式的输入参数并不是来自数据库的某些字段生成的数据文件，而是需要手工设置参数值，并且这些空间环境模式需要设置的参数范围较固定，为此特别为这些空间环境模式定制了相应的模板，由于这些空间环境模式的参数范围有限，所以这些定制的模板对同一类的空间环境模式同样具有普适性。定制模板包括：中高层大气密度和风场的空间环境模式模板（简称“中高层大气模板”）、太阳耀斑未来48小时有无预报空间环境模式模板（简称“带活动区编号模板”）、辐射带粒子分布模式模板（简称“辐射带模板”）。
定制空间环境模式除了参数范围较固定外，参数属性的设置情况和普通模板相同，下表列出了各个空间环境模式和对应的参数设置：
表2 定制模板参数属性设置表
3)体数据模板
体数据模板里参数的设置分为四部分，分别是文件说明信息、体数据头信息、体数据单元和体数据单元之间的属性设置。
具体内容包括：
● 文件名称的设置，包括后缀名；
● 文件说明信息。不是纯文本信息，具有排列样式，和数据内容一起构成数据文件。
● 体数据头信息。头信息里有些参数是固定，需要用户手工添加；有些参数是可选的，例如时间。用户需要选择时间精度、开始时间、结束时间。参数之间分隔符设置、坏值处理和时频冲突处理等情况的处理同“普通模板”。
● 体数据单元。体数据单元首先进行参数选择、时频设置。参数之间的分隔符设置、时频冲突处理、坏值处理等情况的处理同“普通模板”。
● 体数据单元之间的属性设置。包括体数据单元之间的分隔符设置、一行中排列的体数据单元的个数。
数据模板用一个xml文件来描述，主要由模板头、模板体组成，除体数据模板外，其他模板体是由一个个变量构成，每个变量都和数据库某个表的一个字段对应，空间环境模式在运行前可以先解析数据模板，到数据库检索数据，形成数据文件。
数据模板的XML标签具体描述如下：
表3 数据模板XML标签说明表
空间环境模式运行所需要的输出数据格式模板实施例
空间环境模式研究者不同，空间环境模式的输出文件格式也会多样，但是针对多样的输出文件格式，评估程序无法自动进行格式辨认而进行进一步的读取和评估，因此，需要在空间环境模式评估前规范和统一空间环境模式的输出格式。在统计和分析各类空间环境模式普遍输出文件格式的基础上，我们采用国际标准数据格式CDF（Common Data Format）格式作为空间环境模式的标准输出格式。为此，需要制定CDF模板，通过用户在线在模板上填写相应数据信息，而自动将空间环境模式的输出数据转换成CDF格式数据。具体模板实施例如下：
用户通过系统web界面指定文本输出与CDF变量之间的对应关系，系统把用户填写或选择的信息写入XML中，系统通过解析XML把空间环境模式输出变量以及相应的属性写入CDF文件中。
空间环境模式输出CDF模板的XML标签具体描述如下表所示：
表4 CDF模板XML标签说明表
以上通用CDF模板能把大多数的输出文件转化成CDF文件，但是也有少数特殊情况不能处理，为此，我们专门为这些特殊的输出文件定制了具有一定共性的空间环境模式运行输出模板，这样的订制模板有中高层大气模式CDF模板、辐射带模式CDF模板、电离层模式CDF模板等。
空间环境模式评估方法实施例
太阳和太阳风模式评估方法
太阳和太阳风模式输出结果的评估重点是太阳活动爆发事件预报模式和太阳F10.7流量预报模式的评估。太阳活动爆发事件预报模式包括太阳耀斑和太阳质子事件的短期预报，属于事件二分类预报，采用的评估方法为事件二分类评估方法；太阳F10.7预报模式包括未来3天和未来27天预报，属于连续值预报，采用的评估方法为连续值评估方法。
● 太阳质子事件短期预报模式评估
太阳质子事件属于小概率事件，但一旦发生它们对空间环境能够产生很大影响。实际应用中，用户也因此更加关注事件发生的情况，以采取必要的防护措施。模式的预报结果中，事件报对、漏报、虚报的情况也都会给用户带来不同的影响。
针对质子事件的发生特征，我们选取了以下评估方法：
· 偏差BIAS
· 报准率POD
· 虚报率FAR
· 临界成功指数CSI
· Gilbert技巧评分GSS
BIAS度量了质子事件发生的预报频次和实际发生频次的比值，以描述模式整体对事件预报发生频次与实际发生频次的偏离程度。POD和FAR联合起来能够完备描述模式对事件的报准情况。POD=1同时FAR=0时，模式对实际质子事件发生全部报对且无虚报。CSI对模式中质子事件报对、虚报、漏报进行了综合评估，CSI=1意味着一个理想情况下的模式预报。GSS度量了预报模式相对参考模式的预报能力。由于质子事件是小概率事件且发生具有一定的随机性，故采用随机模型作为参考模型；质子事件又具有一定的持续性，1天到几天不等，故同时采用持续模型作为参考模型。
● 太阳F10.7流量中期预报模式评估
太阳F10.7流量中期预报方法主要采用自回归方法。太阳F10.7流量反映了太阳活动的活跃程度，具有明显的11年周期和27天回转周期。预报评估应该分不同活跃年份或不同数值范围进行分层次评估。
为了评估太阳F10.7流量观测值和预报值的分布及对比情况，我们使用以下评估方法：
· 观测均值Mean(O)与预报均值Mean(F)
· 观测标准偏差Std Dev(O)与预报标准偏差Std Dev(F)
· 观测中值Median(O)与预报中值Median(F)
· 观测和预报最小值、最大值、百分比分值（1%，25%，75%，99%）
对太阳F10.7流量观测值和预报值的分布描述主要是定性评估。定量评估是根据太阳F10.7流量的发生特征和预报输出结果形式，我们使用以下评估方法：
· 平均误差ME
· 平均绝对误差MAE
· 平均相对误差MRE
· 平均绝对百分比差MAPE
· 均方差根RMSE
· 相关系数CC
· 绝对误差技巧评分MAESS
· 均方差技巧评分RV
考虑到太阳F10.7流量自身的持续性和27天回转性，对于技巧评分中的参考模型选用持续模型和27天回转模型。同时，平均模型（如取30天平均）也作为参考模型。
磁层模式评估方法
● 地磁活动指数预报模式评估方法
地磁活动指数AP、Kp和Dst与F10.7的模式评估相似，属于连续值预报评估，但地磁指数在地磁扰动时会发生较大的变化，因此象相对误差这样的参量对于模式的结果评估参考意义不大，经过分析，地磁指数预报模式的评估方法如下：
· 观测均值Mean(o)
· 预报均值Mean(f)
· 观测标准偏差Std Dev(o)
· 预报标准偏差Std Dev(f)
· 观测中值Median(o)
· 预报中值Median(f)
· 观测和预报最小值、最大值、百分比分值（1%，25%，75%，99%）
· 平均误差ME
· 平均绝对误差MAE
· 均方差根RMSE
· 相关系数CC
· 绝对误差技巧评分MAESS
· 均方差技巧评分RV
对于技巧评分中的参考模型推荐持续模型（即前一天的观测值为第二天的预测值）和27天回转模型，也可以取平均模型（如27天平均）进行参考。
由于地磁活动指数Dst、AP、Kp不同的取值范围可以反应出是否发生地磁暴事件和时间的强度，因此，在评估中也应该对地磁指数数据分段进行评估，就是将Dst指数按-30nT＜Dst，-50nT＜Dst≤-30nT，-100nT＜Dst≤-50nT，Dst≤-100nT分类，这样可以对4个地磁活动等级对模型进行评估。
高能辐射环境模式评估方法
● 高能电子通量预报模式评估方法
评估的高能电子通量预报模式包括未来一天的电子日积分通量预报和电子通量增强事件预报。电子日积分通量预报属于连续值预报，电子通量增强事件预报属于事件二分类预报。预报方法采用径向扩散方法。
1)连续值预报评估
电子日积分通量在不同地磁条件下可能相差四、五个数量级，通量值相差如此悬殊，用平均误差、均方根误差等一般的评估参量不能很好地进行误差描述。为了评估预报值与实测值的变化趋势的符合程度，选用相关系数CC来描述；为了评估预报值对实测值的准确程度，用预报效率PE来描述。
预报效率PE定义为：
其中的n是评估的天数，Fi是预报值，Oi是测量值。Ri是第i天的参考模式值，有三种取法：1）取第i-1天的实测值作为第i天的参考模式值；2）取n天的实测平均值作为每天的参考模式值；3）取第i-27天的实测值作为第i天的参考模式值。
2)事件二分类预报评估
当一日内地球同步轨道大于2MeV电子积分通量超过1×109pfu时，就说发生了高能电子通量增强事件。
对于电子通量增强事件预报，比较适用的评估度量为
· 偏差BIAS
· 报准率POD
· 虚报率FAR
· 临界成功指数CSI
· Gilbert技巧评分GSS
电离层模式评估方法
● 电离层总电子含量（TEC）模式评估方法研究
电离层的TEC很少有直接的观测量，TEC基本上都是通过一定的方法反演得出的，因此，关于TEC模式的评估很难用基于实测数据连续值的评估方法进行评估，而是需要通过间接的对比来评估模式。。
1)与国际参考电离层IRI的对比
国际参考电离层是国际上通用的电离层预报模式，这个模式在不断的完善，模式对电离层气候特征的预测较为准确。因此，TEC模式应该与IRI－TEC比较，判断模式是否反映了电离层的一些平均的变化特征。评估的度量包括
· 平均误差ME
· 平均绝对误差MAE
· 平均相对误差MRE
· 平均绝对百分比差MAPE
· 均方差根RMSE
· 相关系数CC
另外可以用对比分布图的方法定性的比较两种方法计算的TEC的差别。
（2）与欧洲定轨中心（Center for Orbit Determination in Europe,CODE）计算的TEC对比
由于CODE是利用GPS测量反演全球TEC的。应用也非常广泛。现今大部分的TEC模式也都是基于GPS观测得到的。因此，与CODE的计算结果进行对比是非常有必要的。评估的度量包括：
· 平均误差ME
· 平均绝对误差MAE
· 平均相对误差MRE
· 平均绝对百分比差MAPE
· 均方差根RMSE
· 相关系数CC
另外也可以用对比分布图的方法定性的比较两种方法计算的TEC的差别。
在电离层TEC模式的评估方法中，一种常用的方法是通过结算出的某一点的垂直TEC，反算出某一射线路径上的斜向TEC，与用原始的GPS相位观测数据得到的斜向TEC作比较，由此得到TEC模式的精度。
例如在TEC的反演公式如下
TEC＝(TECsl-bs-br)cosχ
上式左边是待求的TEC，右边TECsl是观测的斜向TEC，bs、br是待求的卫星和接收机的硬件偏差，经过将多个卫星的观测数据经过一定的数学方法计算后，我们求出了某一点的TEC和偏差，那么可以反推出一个斜向TECsli，
TECsli＝TECisecχ+bsi+bri
这个TECsli作为模式计算值与观测TECsl作比较可以得到模式的一种评估结果，评估的度量包括：
· 平均误差ME
· 平均绝对误差MAE
· 均方差根RMSE
这种方法虽然能具体给出模式的精度值，但主要是检验模式计算的正确性，模式实际的精度仍然无法得到。
中高层大气模式评估方法研究
对于中高层大气模式的评估，根据待评估的中高层大气模式建立的全球性或区域性特征，评估方法主要分类两类：一为特征区域比较法，即针对某特定高度或特定区属，与目前国际上先进的参考中高层大气模式进行比对，体现局部优越性特征；二为误差比较法，即在有实测数据基础上，待评估中高层大气模式与国际参考模式在整体计算结果上的误差比较。
1)特征区域图像对比：针对需要比较的区域，新开发模式与国际参考大气模式在相同时刻进行剖面结构比较。
2)误差计算法：在有卫星观测数据的基础上，可进行相同点的模式结果与观测值之间的误差比较，采用均方差根（RMSE）或者平均绝对误差（MAE）。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种自动化空间环境模式评估系统，其特征在于，所述系统包含：
数据库，用于存储空间环境数据信息以及空间环境模式信息；
模式初评模块，用于基于空间环境数据库存储的信息对空间环境模式潜在的业务能力进行初步评估，确定空间环境模式是否具有进入下一步测试运行和评估环节的条件；
数据服务模块，用于以空间环境数据库数据为基础，构造通用的数据输入模板，为空间环境模式自动运行构造输入数据；并以空间环境数据库数据为基础，以CDF格式为数据模板，规范空间环境模式输出数据，便于空间环境模式的自动评估；
模式运算模块，用于实时监测运算集群负载情况，为经过初评的待运算和评估的空间环境模式分配运算和评估机器；为待运算空间环境模式分配所需要的输入文件并基于该输入文件进行运算，且该输入文件由数据服务模块生成；
可视化和评估验证模块，用于为待评估的空间环境模式分配评估方法和评估数据，利用配置的评估方法和评估数据，为空间环境模式的输出结果进行评估验证；和
归档和分发模块，用于对空间环境模式的基本信息和评估结果进行登记入库，以web方式对这些信息进行集中管理并将空间环境模式的评估结果分发给提交空间环境模式的用户。
2.根据权利要求1所述的自动化空间环境模式评估系统，其特征在于，所述空间环境模式包括：太阳和太阳风模式、磁层模式、高能辐射环境模式、电离层模式和中高层大气模式。
3.根据权利要求1所述的自动化空间环境模式评估系统，其特征在于，所述输入数据包括：太阳活动监测数据、太阳风监测数据、高能粒子监测数据、宇宙线监测数据、地磁监测数据、电离层监测数据和中高层大气监测数据。
4.根据权利要求1所述的自动化空间环境模式评估系统，其特征在于，空间环境模式评估数据包括：太阳活动监测数据、太阳风监测数据、高能粒子监测数据、宇宙线监测数据、地磁监测数据、电离层监测数据和中高层大气监测数据、参考空间环境模式输出数据。
5.根据权利要求1所述的自动化空间环境模式评估系统，其特征在于，空间环境模式评估方法包括：连续值的评估方法或事件分类评估方法。
所述输入数据模板包括：普通模板、定制模板和体数据模板；
所述CDF数据模板支持多维、混合数据类型存储。
6.一种自动化空间环境模式评估方法，所述方法包含：
步骤101，通过“数据服务模块”定义空间环境模式的输入数据文件，并通过Web浏览器在线编辑空间环境模式运行所需要的输入数据格式模板；具体包含：
根据空间环境模式输入数据文件的特性，选择模板类型，并对模板内容进行在线定义和编辑，将编辑好的模板以XML格式存储在“空间环境数据库“中；数据服务模块按照选定的空间环境数据库中的数据类别自动向模板中填充空间环境模式运行所需要的数据，生成空间环境模式运行所需要的输入数据文件，并将其保存在指定的目录下；
其中，输入数据格式模板共分三类：普通模板、定制模板和体数据模板
步骤102，数据服务模块规范空间环境模式的输出文件，通过Web浏览器上传空间环境模式输出文件样例，根据空间环境模式输出数据格式模板，对输出数据文件样例进行规范，将规范好的输出数据格式以XML格式存储在“空间环境数据库”中；
步骤103，通过空间环境模式运算模块请求空间环境模式运行和评估，具体为：
通过Web浏览器请求进行空间环境模式的运算和评估，并改变空间环境数据库中的空间环境模式信息中的“运行状态信息”，即由0变为1；
空间环境模式运算模块实时监测运算集群的资源利用情况以及上传空间环境模式的目录，在指定目录下调用用户上传的待评估的空间环境模式，空间环境模式自动到相应目录下读取空间环境模式输入数据文件，空间环境模式运行完毕后在当前路径下输出数据文件；空间环境模式运行完毕后，空间环境数据库中空间环境模式中的“运行状态信息”发生变化，由1变为2；
其中，表示3个不同状态的0,1,2并不是唯一的，采用其余的任意不同的3个数字或者采用这3个数字的任意不同组合表示3各状态均可以；
步骤104，在可视化和评估验证模块中为各类空间环境模式分配评估度量方法和评估度量参考数据，可视化和评估验证模块监测到空间环境数据库中空间环境模式相应信息中的“运行状态信息”为“2”时，便会启动相应的评估程序，调用配置好的评估方法和平度度量参考数据对空间环境模式进行业务能力的综合评估；评估结果通过可视化和评估验证模块中的可视化模块进行图表和图像的输出，从而达到对空间环境模式评估和验证的目的。
7.根据权利要求6所述的自动化空间环境模式评估方法，其特征在于，所述步骤104之后还包含：
步骤105，归档和分发模块将空间环境模式的评估结果保存至“空间环境数据库”中相应表格，并生成评估报表Email发送至空间环境模式用户。
8.根据权利要求6所述的自动化空间环境模式评估方法，其特征在于，所述步骤101）之前还包含：
通过“空间环境模式初评模块”上传空间环境模式及其基本信息，由“空间环境模式初评模块”完成对空间环境模式业务级和代码级的初评；
当”空间环境模式初评模块”判断空间环境模式不能满足初评标准时，继续改进其空间环境模式；当初评标准全部满足时，通过WEB浏览器上传待评估的空间环境模式至“空间环境模式运算模块”，等待进行运算和评估，同时“空间环境数据库”会保存空间环境模式的基本信息。
9.根据权利要求6所述的自动化空间环境模式评估方法，其特征在于，所述空间环境模式评估数据包括：太阳活动监测数据、太阳风监测数据、高能粒子监测数据、宇宙线监测数据、地磁监测数据、电离层监测数据和中高层大气监测数据、参考空间环境模式输出数据。
10.根据权利要求6所述的自动化空间环境模式评估方法，其特征在于，所述空间环境模式评估方法包括：连续值的评估方法或事件分类评估方法。
所述输入数据模板包括：普通模板、定制模板和体数据模板；
所述CDF数据模板支持多维、混合数据类型存储。
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| CN106610345A (zh) * | 2015-10-27 | 2017-05-03 | 北京卫星环境工程研究所 | 一套用于空间环境模拟试验设备的健康状态监测系统 |
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