CN109410527B - 空间天气灾害监测预警方法、系统、存储介质及服务器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间天气灾害监测预警方法、系统、存储介质及服务器，其方法包括：采集空间天气监测数据；对采集的所述数据进行预处理，所述预处理包括将不同格式的所述数据进行数据提取和格式转换；存储预处理后的所述数据；根据预先设定的评价规范，对存储的所述数据进行评价；根据评价结果对空间天气灾害进行预警；本发明可以将通信、电力等空间天气灾害监测技术进行整合，形成一个可以直接与业务系统嵌合的空间天气灾害监测预警示范系统，使之成为已有空间天气业务系统重要的组成部分，可以科学应对可能发生的空间天气灾害。

Description

空间天气灾害监测预警方法、系统、存储介质及服务器

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种空间天气灾害监测预警方法、系统、存储介质及服务器。

背景技术

空间天气是指由太阳活动引起的短时间尺度的变化，空间天气灾害会给地球磁层，电离层和中高层大气，卫星运行和安全，以及人类健康，带来严重影响和危害，以及通讯损坏，从而导致国民经济蒙受损失、国家安全受到威胁，空间天气灾害在导航、通信、航空、航天、勘探、能源、气象、国防等行业或层面上都可能发生。在空间天气灾害中，受电离层天气强烈影响的短波通信和星地无线电链路信号以及受地磁感应电流(GIC)影响的长距离电网受灾最为严重，同时它们也是对普通社会活动影响最大的系统。

目前，我国在空间天气监测预警方面已经具有很好的基础。风云系列卫星上进行这连续的天基空间天气业务监测，其他一些应用卫星也搭载了不少空间天气监测载荷。但是，我国已有的空间天气监测均针对空间天气现象本身，而对于灾害的监测还是一个空白。目前的空间天气业务体系还不能实现对空间天气灾害本身的监测，因而其对用户的保障服务就缺乏针对性，服务的有效性因此而大大降低，我国应对和减缓空间天气灾害的能力也因此而大大受到影响。

国外对于空间天气灾害的监测预警已经有了一些成功的例子，但分散在不同部门，各自针对不同领域。目前，还没有一个单位或团队全面系统地来开展涉及不同技术系统的空间天气灾害监测和预警技术研发和业务准备工作，因此，亟需建立一个空间天气灾害监测预警系统，以加强已有灾害性空间天气监测数据的综合应用，科学应对可能发生的空间天气灾害，尤其是对我国重大基础设施和国民经济影响显著的领域。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种空间天气灾害监测预警方法、系统、存储介质及服务器，以解决上述技术问题。

本发明提供的空间天气灾害监测预警方法，包括：

采集空间天气监测数据；

对采集的所述数据进行预处理，所述预处理包括将不同格式的所述数据进行数据提取和格式转换；

存储预处理后的所述数据；

根据预先设定的评价规范，对存储的所述数据进行评价；

根据评价结果对空间天气灾害进行预警。

进一步，所述评价规范包括电离层天气对短波通信质量影响的评价规范、电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范，以及地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范；

将影响短波通信质量的电离层天气进行分类和定级，将影响星地通信质量的电离层不规则结构进行分类；

通过对短波通信质量下降的表现形式进行归类，并对短波通信质量下降对信息传输的影响进行定级，根据所述归类和定级的结果与空间天气要素的关联性，获取所述电离层天气对短波通信质量影响的评价规范；

根据电离层不规则结构与星地通信闪烁的相关性，获取所述电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范；

根据地磁感应电流的理论计算值、实测值和地磁活动影响参数，获取所述地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范，所述地磁活动影响参数至少包括电网线材质、电网的空间分布、网络拓扑结构和电网直流参数；

根据所述评价规范，当采集的空间天气监测数据达到预警级别时，预警模块生成相应的预警信息。

进一步，所述预处理包括：

对采集数据进行数据解析，对其中的物理量进行识别；

对数据解析的解析结果进行质量检查；

根据配置信息，将不同的文件中的元数据进行提取；

将提取出来的元数据保存为格式统一的数据。

进一步，对所述预处理后的所述数据进行管理，所述管理包括：

将数据预处理生成的中间文件进行入库处理，并根据所述配置信息，将所述中间文件存储到相应的数据库表中；

对数据库进行数据维护；以及，

记录系统各模块在运行过程中形成的运行日志，并对日志数据进行存储。

进一步，对各种空间天气监测结果，空间天气灾害监测数据和空间天气灾害预警信息进行绘图和集成显示；

所述集成显示包括：

对显示的信息内容和显示的方式进行控制；

提供不同的显示信息，所述显示信息至少包括电离层监测结果、地磁监测结果、短波通信质量监测结果、星地通信质量监测结果、电网地磁感应电流监测结果、空间天气灾害预警信息、空间天气监测结果详细信息、空间天气灾害监测结果详细信息和空间天气灾害预警详细信息中一种或多种的组合。

进一步，所述预警包括：

对工作任务进行调度；

根据电离层天气对短波通信质量影响、电离层不规则体对星地通信质量影响和地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价结果，获取相应的空间天气灾害等级；

根据空间灾害等级，对预警级别进行判断，若判定达到预设预警条件，则生成预警信息；

将所述预警信息进行存储；

将所述预警信息按照预先设置的格式生成相应的预警产品；

将所述预警产品发送至相应的用户。

进一步，所述采集空间天气监测数据包括：

采集数据，并保存至本地工作区，对采集到的数据文件进行重命名，再将数据存储到数据滚动存储区，供数据解析；

按时间节点监视数据文件的到达状态，如数据超时未到达，则进行报警并反馈。

本发明还提供一种空间天气灾害监测预警系统，包括：

采集模块，用于采集空间天气监测数据；

预处理模块，用于对采集的所述数据进行预处理，所述预处理包括将不同格式的所述数据进行数据提取和格式转换；

数据库模块，用于存储预处理后的所述数据；

评价模块，用于根据预先设定的评价规范，对所述数据库模块内存储的所述数据进行评价；

预警模块，用于根据评价结果对空间天气灾害进行预警。

进一步，还包括评价规范模块，用于提供评价规范，根据所述评价规范，当采集的空间天气监测数据达到预警级别时，生成相应的预警信息；

所述评价规范包括：电离层天气对短波通信质量影响的评价规范、电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范，以及地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范。

进一步，所述预处理模块包括：

数据解析单元，用于对采集数据进行解析，对其中的物理量进行识别；

数据质量检查单元，用于对数据解析单元的解析结果进行质量检查；

元数据提取单元，用于根据配置信息，将不同的文件中的元数据进行提取；

格式转换单元，用于将元数据提取单元提取出来的元数据保存为格式统一的数据。

进一步，还包括：

数据管理模块，用于对所述数据库模块中的入库数据进行管理；

外部接口模块，用于提供外部接口，并通过所述外部接口与外部网络和外部系统进行数据交换，

所述数据管理模块包括：

数据入库单元，用于将数据预处理生成的中间文件进行入库处理，并根据所述配置信息，将所述中间文件存储到相应的数据库表中；

数据维护单元，用于对所述数据库模块进行数据维护。

日志管理单元，用于系统各模块在运行过程中形成运行日志，并对日志数据进行存储。

进一步，还包括集成显示模块，用于对各种空间天气监测结果，空间天气灾害监测数据和空间天气灾害预警信息进行绘图和集成显示；

所述集成显示模块包括：

显示控制单元，用于对显示的信息内容和显示的方式进行控制；

显示信息单元，用于提供不同的显示信息，所述显示信息至少包括电离层监测结果、地磁监测结果、短波通信质量监测结果、星地通信质量监测结果、电网地磁感应电流监测结果、空间天气灾害预警信息、空间天气监测结果详细信息、空间天气灾害监测结果详细信息和空间天气灾害预警详细信息中一种或多种的组合；

图像导出单元，用于将不同的显示信息进行导出。

进一步，所述预警模块包括：

任务调度单元，用于对预警模块各模块工作任务进行调度；

空间天气灾害等级单元，用于根据电离层天气对短波通信质量影响、电离层不规则体对星地通信质量影响和地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价结果，获取相应的空间天气灾害等级；

预警信息生成单元，用于根据空间灾害等级，对预警级别进行判断，若判定达到预设预警条件，则生成预警信息；

预警信息存储单元，用于将所述预警信息进行存储；

预警产品制作单元，用于将所述预警信息按照预先设置的格式生成相应的预警产品；

预警产品发布单元，用于将所述预警产品发送至相应的用户。

进一步，所述采集模块包括：

数据获取单元，用于采集数据，并保存至本地工作区，对采集到的数据文件进行重命名，再将数据存储到数据滚动存储区，供数据解析单元读取；

数据监视模块，用于按时间节点监视数据文件的到达状态，如数据超时未到达，则进行报警并反馈。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法。

本发明还提供一种服务器，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上述任一项所述方法。

本发明的有益效果：本发明中的空间天气灾害监测预警方法、系统、存储介质及服务器，可以将通信、电力等空间天气灾害监测技术进行整合，形成一个可以直接与业务系统嵌合的空间天气灾害监测预警示范系统，使之成为已有空间天气业务系统重要的组成部分，填补了我国空间天气灾害监测预警空白，加强了灾害性空间天气监测数据的综合应用，本发明可以科学应对可能发生的空间天气灾害，尤其是对我国重大基础设施和国民经济影响显著的领域，尤为重要。

附图说明

图1是本发明实施例中空间天气灾害监测预警系统的结构框架示意图。

图2是本发明实施例中空间天气灾害监测预警系统的预处理模块和数据管理模块的结构示意图。

图3是本发明实施例中空间天气灾害监测预警系统的监测预警工作流程示意图。

图4是本发明实施例中空间天气灾害监测预警方法的流程示意图。

图5是本发明实施例中空间天气灾害监测预警服务器的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。

如图1所示，本实施例中的空间天气灾害监测预警系统，包括：

采集模块，用于采集空间天气监测数据；

预处理模块，用于对采集的数据进行预处理，将不同格式的数据进行数据提取和格式转换后，存储至数据库模块；

数据库模块，用于存储电离层特征结构和变化数据和空间天气灾害要素数据；

评价模块，用于根据预先设定的评价规范，对所述电离层特征结构和变化数据和空间天气灾害要素数据进行评价；

预警模块，用于根据评价结果对空间天气灾害进行预警。

如图2所示，在本实施例中，预处理模块主要包括：数据解析单元，用于对采集数据进行解析，对其中的物理量进行识别；数据解析单元可以对下载到的空间天气物理量文件进行解析，根据输入文件名称参数调用对应的方法进行解析，对其中的物理量进行识别；数据质量检查单元，用于对数据解析单元的解析结果进行质量检查，数据解析后，需要对解析结果进行质量检查，只有格式和内容都无误文件才能进行存储。数据质量检查单元负责数据的质量检查工作，读取数据质量检查配置文件，根据文件类型得到不同的质量检查准则，运用相应的检查准则对数据进行格式和内容进行检查；元数据提取单元，用于根据配置信息，将不同的文件中的元数据进行提取，数据文件解析后，根据配置信息，不同的文件使用不同的元数据提取方法，将具有物理意义的元数据提取出来；格式转换单元，用于将元数据提取单元提取出来的元数据保存为格式统一的数据，将元数据提取单元提取出来的元数据保存为格式统一的文件，以便于入库操作。

本实施例中的数据管理模块，主要用于数据库模块中的入库数据进行管理；数据管理模块包括数据入库单元，将数据预处理软件生成的中间文件进行入库处理，根据配置信息，将各中间文件存储到相应的数据库表中；数据维护单元，可以根据一定策略，对数据库进行定时清理和备份，以达到有效地维持运行效率及防止意外数据丢失的目的；日志管理单元，在运行中形成运行日志并对日志数据进行存储。

在本实施例中，针对电离层天气对短波通信质量影响的评价规范，首先对影响到短波通信的电离层天气进行分类、定级，各种电离层扰动会对短波通信产生各种不同的影响，为了描述这些电离层扰动的强度，需要对这些扰动分级，不同级别的扰动将会对短波通信链路产生程度不同的影响。例如：需要分类和定级的电离层天气包括：电离层暴、Es层、电离层突然骚扰等。再对短波通信质量下降的表现形式进行总结归类，优选地，可以建立起各类短波通信故障的特征库，该库包含短波通信故障对频率、时间、纬度和经度、太阳黑子数等的依赖关系。然后对短波通信质量下降及其可能对信息的传输带来的影响进行定级，针对不同的通信指标的变化对影响分级，完成建立标准规范。针对电离层不规则结构对星地通信闪烁影响的评价规范，收集受空间天气影响的历史记录数据，包括多源卫星接收的闪烁指数，电离层电子总含量数据，星地通信闪烁空间天气导致的静止气象卫星测距跟踪不稳定以及信号强度跳变的连续跟踪记录数据、气象卫星在空间天气事件期间受影响的卫星云图数据等。通过对历史数据的统计分析，确定多源卫星及多频段闪烁影响的时间和空间影响范围，及对卫星信号的影响程度情况。对历史数据利用功率谱曲线、多台站相关性及电离层电子总含量变化率等方法反演不规则结构特征参数，统计反演的不规则结构漂移速度、空间分布位置、尺度大小等参数特征。根据电离层闪烁对星地通信质量影响程度，对不规则结构进行分类，确定不同星地通信闪烁灾害事件过程中不规则结构的参数特征；根据不规则结构漂移速度、空间分布位置、尺度大小等参数值的范围或空间分布等对不规则结构进行分类。将电离层不规则结构的尺度、漂移速度大小和方向以及出现的空间范围等特征与星地通信闪烁所受影响强弱之间进行比较分析，通过统计分析和物理分析的方法，找出不规则结构尺度、漂移速度和方向等特征与星地通信闪烁影响的相关性。进而评估不规则结构与星地通信闪烁事件之间的联系，完成电离层不规则结构对星地通信闪烁影响的评价。针对地磁活动对长距离管网GIC影响的评价规范，首先获取长距离管网的GIC理论。GIC产生的物理过程是当地磁场发生强烈扰动(磁暴)时，随时间变化的磁场(dB/dt)在导电地球内部感应出电场E，如果电场E足够强则在地球内部和电网中相应地感应出电流。在一定条件下(地球介质是线性、各向同性介质；磁导率、介电常数和电导率都与时间、频率、温度和压力无关；在GIC频率范围内，位移电流远小于感应电流)，对电磁场进行平面波展开，利用Maxwell方程组推出GIC是电场不同分量的线性组合，其系数的单位具有电导率量纲，系数大小与电网线材质有关、电网的空间分布、网络拓扑结构和电网直流参数有关。另外，利用地表阻抗与磁场的乘积算出频率域上的电场，再经过傅里叶逆变换可到时间域上的电场值。上述过程全部完成后即可估算出地磁感应电流的大小。然后通过收集电网变压器中性点直流的监测数据，分析地磁场瞬变特征及其温升、腐蚀等次生灾害效应，统计地磁场一阶变化与中性点直流大小的相关性。就电导率参数，电网拓扑结构与布局等三方面考察其对电网GIC幅度的影响，特别是对长距离、特(超)高压电网的破坏程度，从而完整建立地磁活动对长距离管网GIC影响的标准。

在本实施例中，还包括外部接口模块，用于提供外部接口，并通过所述外部接口与外部网络和外部系统进行数据交换。例如可以通过外部接口模块可以从空间天气数据库获取电离层等效电流体系数据、电离层电导率数据、电离层垂测和斜测数据、电离层特征参量数据、短波通信信噪比数据、星地通信质量数据、电网GIC数据、太阳10.7厘米射电流量预报、地磁Ap指数预报、太阳耀斑爆发概率预报、地磁暴概率预报数据等。

如图3所示，在本实施例中，还包括集成显示模块，用于对各种空间天气监测结果，空间天气灾害监测数据和空间天气灾害预警信息进行绘图和显示。集成显示模块包括：

显示控制单元，用于对显示的信息内容和显示的方式进行控制；

显示信息单元，用于提供不同的显示信息，显示信息单元包括电离层监测结果显示模块、地磁监测结果显示模块、短波通信质量监测结果显示模块、星地通信质量监测结果显示模块、电网地磁感应电流监测结果显示模块、空间天气灾害预警信息显示模块、空间天气监测结果详细信息显示模块、空间天气灾害监测结果详细信息显示模块和空间天气灾害预警详细信息显示模块；

图像导出单元，用于将不同的显示信息进行导出至本地。

通过显示控制单元，分别配置电离层监测结果显示模块、地磁监测结果显示模块、短波通信质量监测结果显示模块、星地通信质量监测结果显示模块、电网GIC监测结果显示模块和空间天气灾害预警信息显示模块的显示方式，此六模块在显示控制单元的统一管理下实时显示各自最新数据。通过空间天气监测结果详细信息显示模块、空间天气灾害监测结果详细信息显示模块和空间天气灾害预警详细信息显示模块来显示单站点的详细信息，包括：站点名称、站点经度和纬度、站点当前数值等信息，及一定时间范围内单站数据的曲线图。主要包括电离层等效电流体系分布图、电离层电导率分布图、电离层垂测廓线图和斜测廓线图、电离层特征参量数据分布图、短波通信质量分布图、星地通信质量分布图、电网GIC数据分布图、短波通信质量、星地通信质量以及电网GIC等具有区域特征的物理量需生成基于地理信息的分布图等。

在本实施例中，预警模块主要包括：

任务调度单元，用于对预警模块各模块工作任务进行调度

空间天气灾害等级单元，用于根据电离层天气对短波通信质量影响、电离层不规则体对星地通信质量影响和地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价结果，获取相应的空间天气灾害等级，空间天气灾害等级单元可以根据通过输入的相应的空天天气数据，计算空间天气灾害等级；

预警信息生成单元，用于根据空间灾害等级，对预警级别进行判断，若判定达到预警条件的，则生成预警信息，其中包括预警内容、发生时间、发生地点、预警级别等；

预警信息存储单元，用于将所述预警信息进行存储，以文件的形式按照日期、产品类型的目录结构存储于系统目录中；

预警产品制作单元，用于将所述预警信息按照预先设置的格式生成相应的预警产品，例如括图片、文字等信息的预警产品；

预警产品发布单元，用于将所述预警产品发送至相应的用户，例如以FTP，Email的形式自动发送给相应的用户，还可通过短信预警平台等形式发送给相应的用户。

在本实施例中，采集模块主要包括：数据获取单元和数据监视模块，数据获取单元可以将地磁分量数据、太阳10.7厘米射电流量数据和地磁Ap指数数据等从互联网中定时下载到本地工作区，并对采集到的数据文件进行重命名，以便于数据解析软件能够根据文件名称识别文件。最后将数据存储到数据滚动存储区，以供数据解析软件读取数据监视模块，用于按时间节点监视数据文件的到达状态，如数据超时未到达，则进行报警并反馈；数据监测模块可以按下载时间节点监视数据文件的到达状态，在超时范围内数据未到达，及时报警并反馈，如提供查看未下载文件详细信息的接口。此外，尚未超时但是下载失败的，可以重新尝试下载。

相应地，本实施例还提供一种空间天气灾害监测预警方法，如图4所示，包括：

采集空间天气监测数据；

对采集的所述数据进行预处理，所述预处理包括将不同格式的所述数据进行数据提取和格式转换；

存储预处理后的所述数据；

根据预先设定的评价规范，对存储的所述数据进行评价；

根据评价结果对空间天气灾害进行预警。

在本实施例中，采集空间天气监测数据的过程主要包括：采集数据，并保存至本地工作区，对采集到的数据文件进行重命名，再将数据存储到数据滚动存储区，供数据解析；按时间节点监视数据文件的到达状态，如数据超时未到达，则进行报警并反馈。

在本实施例中，评价规范包括电离层天气对短波通信质量影响的评价规范、电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范，以及地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范；

将影响短波通信质量的电离层天气进行分类和定级，将影响星地通信质量的电离层不规则结构进行分类；

通过对短波通信质量下降的表现形式进行归类，并对短波通信质量下降对信息传输的影响进行定级，根据所述归类和定级的结果与空间天气要素的关联性，获取所述电离层天气对短波通信质量影响的评价规范；

根据电离层不规则结构与星地通信闪烁的相关性，获取所述电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范；

根据地磁感应电流的理论计算值、实测值和地磁活动影响参数，获取所述地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范，所述地磁活动影响参数至少包括电网线材质、电网的空间分布、网络拓扑结构和电网直流参数；

根据所述评价规范，当采集的空间天气监测数据达到预警级别时，预警模块生成相应的预警信息。

在本实施例中，预处理的过程主要包括：

对采集数据进行数据解析，对其中的物理量进行识别；

对数据解析的解析结果进行质量检查；

根据配置信息，将不同的文件中的元数据进行提取；

将提取出来的元数据保存为格式统一的数据。

在本实施例中，对所述预处理后的所述数据进行管理，所述管理包括：

将数据预处理生成的中间文件进行入库处理，并根据所述配置信息，将所述中间文件存储到相应的数据库表中；

对数据库进行数据维护；以及，

记录系统各模块在运行过程中形成的运行日志，并对日志数据进行存储。

在本实施例中，对各种空间天气监测结果，空间天气灾害监测数据和空间天气灾害预警信息进行绘图和集成显示；

集成显示包括：

对显示的信息内容和显示的方式进行控制；

提供不同的显示信息，所述显示信息至少包括电离层监测结果、地磁监测结果、短波通信质量监测结果、星地通信质量监测结果、电网地磁感应电流监测结果、空间天气灾害预警信息、空间天气监测结果详细信息、空间天气灾害监测结果详细信息和空间天气灾害预警详细信息中一种或多种的组合。

本实施例中的预警过程主要包括：

对工作任务进行调度；

根据电离层天气对短波通信质量影响、电离层不规则体对星地通信质量影响和地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价结果，获取相应的空间天气灾害等级；

根据空间灾害等级，对预警级别进行判断，若判定达到预设预警条件，则生成预警信息；

将所述预警信息进行存储；

将所述预警信息按照预先设置的格式生成相应的预警产品；

将所述预警产品发送至相应的用户。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。

如图5所示，本实施例还提供一种服务器，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行本实施例中任一项方法。

本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例提供的服务器，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子终端执行如上方法的各个步骤。

在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

注意，在实施例的对应附图中，用线来表示信号，以表示更多的构成信号路径(constituent_signal path)和/或一些线的一个或多个末端具有箭头，以表示主要信息流向，这些标识不是想要进行限制，事实上，结合一个或多个事例性实施例使用这些线有助于更容易地接电路或逻辑单元，任何所代表的信号(由设计需求或偏好所决定)实际上可以包括可以在任意一个方向传送的并且可以以任何适当类型的信号方案实现的一个或多个信号。

说明书对“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”的多次出现不一定全部都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必须被包括的。如果说明书或权利要求提及“一”元件，并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求提及“一另外的”元件，并不排除存在多于一个的另外的元件。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变形对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种空间天气灾害监测预警方法，其特征在于，包括：

采集空间天气监测数据；

对采集的所述数据进行预处理：对采集数据进行数据解析，对其中的物理量进行识别；对数据解析的解析结果进行质量检查；根据配置信息，将不同的文件中的元数据进行提取；将提取出来的元数据保存为格式统一的数据；

存储预处理后的所述数据；

根据预先设定的评价规范，对存储的所述数据进行评价；

根据评价结果对空间天气灾害进行预警；

所述评价规范包括电离层天气对短波通信质量影响的评价规范、电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范，以及地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范；

将影响短波通信质量的电离层天气、电离层不规则结构和星地通信闪烁进行分类和定级；

通过对短波通信质量下降的表现形式进行归类，并对短波通信质量下降对信息传输的影响进行定级，根据所述归类和定级的结果与空间天气要素的关联性，获取所述电离层天气对短波通信质量影响的评价规范；

根据电离层不规则结构与星地通信闪烁的相关性，获取所述电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范；

根据地磁感应电流的理论计算值、实测值和地磁活动影响参数，获取所述地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范，所述地磁活动影响参数至少包括电网线材质、电网的空间分布、网络拓扑结构和电网直流参数；

根据所述评价规范，当采集的空间天气监测数据达到预警级别时，生成相应的预警信息；

针对电离层天气对短波通信质量影响的评价规范，首先对影响到短波通信的电离层天气进行分类、定级，各种电离层扰动会对短波通信产生各种不同的影响，为了描述这些电离层扰动的强度，需要对这些扰动分级，需要分类和定级的电离层天气包括：电离层暴、Es层、电离层突然骚扰；再对短波通信质量下降的表现形式进行总结归类，建立各类短波通信故障的特征库，所述特征库包含短波通信故障对频率、时间、纬度和经度、太阳黑子数的依赖关系；然后对短波通信质量下降及其对信息的传输带来的影响进行定级，针对不同的通信指标的变化对影响分级，完成建立电离层天气对短波通信质量影响的评价规范；

针对电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范，收集受空间天气影响的历史记录数据，所述历史记录数据包括多源卫星接收的闪烁指数，电离层电子总含量数据，星地通信闪烁空间天气导致的静止气象卫星测距跟踪不稳定以及信号强度跳变的连续跟踪记录数据、气象卫星在空间天气事件期间受影响的卫星云图数据；通过对所述历史记录数据进行统计分析，确定多源卫星及多频段闪烁影响的时间和空间影响范围，以及对卫星信号的影响程度情况；对所述历史记录数据利用功率谱曲线、多台站相关性及电离层电子总含量变化率的方法反演不规则结构特征参数，统计反演的不规则结构漂移速度、空间分布位置、尺度大小的参数特征；根据电离层闪烁对星地通信质量影响程度，对不规则结构进行分类，确定不同星地通信闪烁灾害事件过程中不规则结构的参数特征；根据不规则结构漂移速度、空间分布位置、尺度大小的参数值的范围或空间分布对不规则结构进行分类；将电离层不规则结构的尺度、漂移速度大小和方向以及出现的空间范围特征与星地通信闪烁所受影响强弱之间进行比较分析，通过统计分析和物理分析的方法，确定不规则结构尺度、漂移速度和方向特征与星地通信闪烁影响的相关性，进而评估不规则结构与星地通信闪烁事件之间的联系，完成电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范；

针对地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范，首先获取长距离管网的地磁感应电流理论，地磁感应电流产生的物理过程是当地磁场发生强烈扰动时，随时间变化的磁场在导电地球内部感应出电场，如果电场足够强则在地球内部和电网中相应地感应出电流，在地球介质是线性、各向同性介质；磁导率、介电常数和电导率都与时间、频率、温度和压力无关；在地磁感应电流的频率范围内，位移电流远小于感应电流的条件下，对电磁场进行平面波展开，利用Maxwell方程组推出地磁感应电流是电场不同分量的线性组合，其系数的单位具有电导率量纲，系数大小与电网线材质有关、电网的空间分布、网络拓扑结构和电网直流参数有关；利用地表阻抗与磁场的乘积计算出频率域上的电场，再经过傅里叶逆变换得到时间域上的电场值，从而估算出地磁感应电流的大小；然后通过收集电网变压器中性点直流的监测数据，分析地磁场瞬变特征及其温升、腐蚀的次生灾害效应，统计地磁场一阶变化与中性点直流大小的相关性；针对电导率参数、电网拓扑结构与布局三方面考察其对电网地磁感应电流的幅度的影响，包括对长距离、特/超高压电网的破坏程度，从而完成建立地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范。

2.根据权利要求1所述的空间天气灾害监测预警方法，其特征在于，对所述预处理后的所述数据进行管理，所述管理包括：

将数据预处理生成的中间文件进行入库处理，并根据所述配置信息，将所述中间文件存储到相应的数据库表中；

对数据库进行数据维护；以及，

记录系统各模块在运行过程中形成的运行日志，并对日志数据进行存储。

3.根据权利要求1所述的空间天气灾害监测预警方法，其特征在于，对各种空间天气监测结果，空间天气灾害监测数据和空间天气灾害预警信息进行绘图和集成显示；

所述集成显示包括：

对显示的信息内容和显示的方式进行控制；

提供不同的显示信息，所述显示信息至少包括电离层监测结果、地磁监测结果、短波通信质量监测结果、星地通信质量监测结果、电网地磁感应电流监测结果、空间天气灾害预警信息、空间天气监测结果详细信息、空间天气灾害监测结果详细信息和空间天气灾害预警详细信息中一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的空间天气灾害监测预警方法，其特征在于，所述预警包括：

对工作任务进行调度；

根据电离层天气对短波通信质量影响、电离层不规则体对星地通信质量影响和地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价结果，获取相应的空间天气灾害等级；

根据空间灾害等级，对预警级别进行判断，若判定达到预设预警条件，则生成预警信息；

将所述预警信息进行存储；

将所述预警信息按照预先设置的格式生成相应的预警产品；

将所述预警产品发送至相应的用户。

5.根据权利要求1-4任一所述的空间天气灾害监测预警方法，其特征在于，所述采集空间天气监测数据包括：

采集数据，并保存至本地工作区，对采集到的数据文件进行重命名，再将数据存储到数据滚动存储区，供数据解析；

按时间节点监视数据文件的到达状态，如数据超时未到达，则进行报警并反馈。

6.一种空间天气灾害监测预警系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集空间天气监测数据；

预处理模块，用于对采集的所述数据进行预处理，所述预处理包括：数据解析单元，用于对采集数据进行解析，对其中的物理量进行识别；数据质量检查单元，用于对数据解析单元的解析结果进行质量检查；元数据提取单元，用于根据配置信息，将不同的文件中的元数据进行提取；格式转换单元，用于将元数据提取单元提取出来的元数据保存为格式统一的数据；

数据库模块，用于存储预处理后的所述数据；

评价模块，用于根据预先设定的评价规范，对所述数据库模块内存储的所述数据进行评价；

预警模块，用于根据评价结果对空间天气灾害进行预警；

还包括评价规范模块，用于提供评价规范，根据所述评价规范，当采集的空间天气监测数据达到预警级别时，预警模块生成相应的预警信息；

所述评价规范包括：电离层天气对短波通信质量影响的评价规范、电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范，以及地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范；

针对电离层天气对短波通信质量影响的评价规范，首先对影响到短波通信的电离层天气进行分类、定级，各种电离层扰动会对短波通信产生各种不同的影响，为了描述这些电离层扰动的强度，需要对这些扰动分级，需要分类和定级的电离层天气包括：电离层暴、Es层、电离层突然骚扰；再对短波通信质量下降的表现形式进行总结归类，建立各类短波通信故障的特征库，所述特征库包含短波通信故障对频率、时间、纬度和经度、太阳黑子数的依赖关系；然后对短波通信质量下降及其对信息的传输带来的影响进行定级，针对不同的通信指标的变化对影响分级，完成建立电离层天气对短波通信质量影响的评价规范；

针对电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范，收集受空间天气影响的历史记录数据，所述历史记录数据包括多源卫星接收的闪烁指数，电离层电子总含量数据，星地通信闪烁空间天气导致的静止气象卫星测距跟踪不稳定以及信号强度跳变的连续跟踪记录数据、气象卫星在空间天气事件期间受影响的卫星云图数据；通过对所述历史记录数据进行统计分析，确定多源卫星及多频段闪烁影响的时间和空间影响范围，以及对卫星信号的影响程度情况；对所述历史记录数据利用功率谱曲线、多台站相关性及电离层电子总含量变化率的方法反演不规则结构特征参数，统计反演的不规则结构漂移速度、空间分布位置、尺度大小的参数特征；根据电离层闪烁对星地通信质量影响程度，对不规则结构进行分类，确定不同星地通信闪烁灾害事件过程中不规则结构的参数特征；根据不规则结构漂移速度、空间分布位置、尺度大小的参数值的范围或空间分布对不规则结构进行分类；将电离层不规则结构的尺度、漂移速度大小和方向以及出现的空间范围特征与星地通信闪烁所受影响强弱之间进行比较分析，通过统计分析和物理分析的方法，确定不规则结构尺度、漂移速度和方向特征与星地通信闪烁影响的相关性，进而评估不规则结构与星地通信闪烁事件之间的联系，完成电离层不规则结构对星地通信影响的评价规范；

针对地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范，首先获取长距离管网的地磁感应电流理论，地磁感应电流产生的物理过程是当地磁场发生强烈扰动时，随时间变化的磁场在导电地球内部感应出电场，如果电场足够强则在地球内部和电网中相应地感应出电流，在地球介质是线性、各向同性介质；磁导率、介电常数和电导率都与时间、频率、温度和压力无关；在地磁感应电流的频率范围内，位移电流远小于感应电流的条件下，对电磁场进行平面波展开，利用Maxwell方程组推出地磁感应电流是电场不同分量的线性组合，其系数的单位具有电导率量纲，系数大小与电网线材质有关、电网的空间分布、网络拓扑结构和电网直流参数有关；利用地表阻抗与磁场的乘积计算出频率域上的电场，再经过傅里叶逆变换得到时间域上的电场值，从而估算出地磁感应电流的大小；然后通过收集电网变压器中性点直流的监测数据，分析地磁场瞬变特征及其温升、腐蚀的次生灾害效应，统计地磁场一阶变化与中性点直流大小的相关性；针对电导率参数、电网拓扑结构与布局三方面考察其对电网地磁感应电流的幅度的影响，包括对长距离、特/超高压电网的破坏程度，从而完成建立地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价规范。

7.根据权利要求6所述的空间天气灾害监测预警系统，其特征在于，还包括：

数据管理模块，用于对所述数据库模块中的入库数据进行管理；

外部接口模块，用于提供外部接口，并通过所述外部接口与外部网络和外部系统进行数据交换，

所述数据管理模块包括：

数据入库单元，用于将数据预处理生成的中间文件进行入库处理，并根据所述配置信息，将所述中间文件存储到相应的数据库表中；

数据维护单元，用于对所述数据库模块进行数据维护；

日志管理单元，用于系统各模块在运行过程中形成运行日志，并对日志数据进行存储。

8.根据权利要求6所述的空间天气灾害监测预警系统，其特征在于，还包括集成显示模块，用于对各种空间天气监测结果，空间天气灾害监测数据和空间天气灾害预警信息进行绘图和集成显示；

所述集成显示模块包括：

显示控制单元，用于对显示的信息内容和显示的方式进行控制；

显示信息单元，用于提供不同的显示信息，所述显示信息至少包括电离层监测结果、地磁监测结果、短波通信质量监测结果、星地通信质量监测结果、电网地磁感应电流监测结果、空间天气灾害预警信息、空间天气监测结果详细信息、空间天气灾害监测结果详细信息和空间天气灾害预警详细信息中一种或多种的组合；

图像导出单元，用于将不同的显示信息进行导出。

9.根据权利要求6所述的空间天气灾害监测预警系统，其特征在于，所述预警模块包括：

任务调度单元，用于对预警模块各模块工作任务进行调度；

空间天气灾害等级单元，用于根据电离层天气对短波通信质量影响、电离层不规则体对星地通信质量影响和地磁活动对长距离管网地磁感应电流影响的评价结果，获取相应的空间天气灾害等级；

预警信息生成单元，用于根据空间灾害等级，对预警级别进行判断，若判定达到预设预警条件，则生成预警信息；

预警信息存储单元，用于将所述预警信息进行存储；

预警产品制作单元，用于将所述预警信息按照预先设置的格式生成相应的预警产品；

预警产品发布单元，用于将所述预警产品发送至相应的用户。

10.根据权利要求6-9任一所述的空间天气灾害监测预警系统，其特征在于，所述采集模块包括：

数据获取单元，用于采集数据，并保存至本地工作区，对采集到的数据文件进行重命名，再将数据存储到数据滚动存储区，供数据解析单元读取；

数据监视模块，用于按时间节点监视数据文件的到达状态，如数据超时未到达，则进行报警并反馈。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述方法。

12.一种服务器，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述服务器执行如权利要求1至5中任一项所述方法。

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