CN109446290A - 一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法 - Google Patents

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周钦强
敖振浪
黄宏智
李建勇
王明辉
霍亚
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Abstract

本发明公开了一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,通过简化流程环节、整合各类气象探测设备运行状态资源,统一各类探测设备运行监控共性与特有标准,采用三维地理信息与虚拟仿真技术构建一套以三维可视化运控展示为主、装备保障管理为辅的省、市、县统一架构集成高效的气象装备综合保障系统,以提高气象自动化观测与保障业务。

Description

一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法
技术领域
本发明涉及气象装备保障领域,尤其涉及采用三维地图和虚拟建模技术相结合构建实时展现气象装备运行环境、探测数据与运行状态的智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法。
背景技术
对于有效推进气象现代化建设具有重要意义。随着综合气象观测自动化业务及新探测技术的飞速发展,现有气象装备综合保障系统存在以下技术局限性:
(1)顶层架构设计缺失。天气雷达、自动气象站、风廓线雷达、闪电定位仪、GPS/MET等运行监控均以建设先后采用“堆积木式”开发叠加而成,缺乏统一的设计架构,没有针对综合气象装备总体需求提炼各类设备通用性和各自特色进行合理设计,对应数据库性能随着探测设备种类增多性能明显下降,管理混乱,维护效率低下。
(2)功能设计无法满足气象探测数据“一分钟到桌面”的气象服务时效需求。现有系统仅注重气象装备日常运行状态的WEB页面监控,在人机交互友好性、直观性、实用性、操作便捷性和完整性等均严重滞后于计算机技术和气象探测技术的飞速发展。表现形式与功能设计不够丰富,如各气象要素(如风速过大、雨量过大等)故障怀疑站点周边站点的数据比对分析缺失、各站点时间序列的柱状图、饼状图、折线图等利于统计分析的功能设计欠缺。
(3)气象探测数据信息传输网络一体化监控缺失。高时效精细化的气象服务以高时空密度、连续、有效的气象探测数据和稳定可靠的高速信息传输网络为支撑,二者相辅相成。现有系统仅注重了前者的运行监控,而数据采集服务器或前端计算机、通信设备(路由器、交换机等)等运行监控缺失,无法高效准确地排查数据缺失原因,因此,解决这一类的问题显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,通过简化流程环节、整合各类气象探测设备运行状态资源,统一各类探测设备运行监控共性与特有标准,采用三维地理信息(GIS)与虚拟仿真(VR)技术构建一套以三维可视化运控展示为主、装备保障管理为辅的省、市、县统一架构集成高效的气象装备综合保障系统,以提高气象自动化观测与保障业务。
为了解决上述问题,本发明提供了一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,其特征在于:
步骤一:建设气象探测设备三维全息化场景,对气象观测设备站场进行全息化场景构建,并对站场内的建筑、装置、设备实现快速、准确、逼真的三维建模和基础属性数据捆绑;
步骤二:三维地景建设,采用不同精度地图卫片,通过地景融合技术生成彩色三维地景,由高空向低空场景切换时自动切换不同精度的地图卫片;利用高精度的卫星遥感影像数据,完成DEM数据制作和三维场景生成,建立气象设备真实的站场三维地景;
步骤三:气象探测设备由面到点的组合展现,每一类探测设备运控状态基于GIS独立入口设计,选择某一台站的图标,镜头定位到该台站的三维场景中,屏幕左下角台站监控显示该台站名、台站号及台站类型,设备状态和网络状态。主界面中可查看该台站中的各种气象设备的建模,以及各设备所对应的探测数据与运行状态实时更新展现,实时数据以标牌的形式展示。选定某一类探测设备,开启自动巡航展现。以天气雷达站为例,系统即可自动在三维场景中按照系统中设定的先后顺序定位展现每一个雷达站的三维建模场景及其运行状态,巡视速度和停驻时间可配置修改保存;
步骤五:综合气象观测网运行状态提取与处理,以接口方式挂接各类探测设备运行状态解析处理组件,统一构建集成各类探测设备运行状态数据的提取与解析处理模块,实现各类探测设备运行状态信息的解析提取与入库;
步骤六:对各类探测设备的故障智能感知,对各类探测设备故障状态码进行定义及其描述,并据此制定对应的故障判定规则;对各类探测设备的故障报警等级进行划分,以根据故障严重程度对各类探测设备故障报警进行优化管理;
步骤七:建立每一项故障报警信息与相关故障组件或部件的对应关联规则,系统自动识别各类气象探测设备的故障信息,根据所设定的故障等级自动推出故障报警,并将报警信息实时自动定位到对应探测设备三维组件或部件上,以直观实现气象探测设备故障报警的三维可视化。
进一步改进在于:调整接口调用逻辑,当用户点击某个要素时,才去调用接口获取所有站点数据,并放到缓存,再次点击该要素时,直接从缓存中获取该要素的数据。
进一步改进在于:点击地图指定区域或框选、点选地图某区域范围内几个站点,通过接口技术实时查询对指定日期的指定探测要素数据或可疑站点要素数据的实时、历史时空对比查询统计,数据实现时间序列曲线显示,分析判别各站点探测数据在时空分布趋势上的一致性,有效判别某站点要素凸显异常的真实性,从而有效地对预报业务服务中存疑数据进行可用性判定。
进一步改进在于:通过接口技术实时查询一定时段内区域范围的降水、闪电、能见度、探空实况数据,在GIS地图上进行叠加与显示平滑处理,对天气现象、探空轨迹等进行仿真重现,还原设备运行环境,结合天气实况分析故障原因,有效指导设备故障的修复。
本发明的有益效果是:
1、本发明运行状态集中监控,故障自动定位,实时报警,保障高效,各类气象探测数据、设备运行状态与场景对应,一览无遗,可见即可得;对全省15大类2800多个气象设备以及对应的IT信息支撑网络链路运行状态进行实时监控,实现了3D现实虚拟、设备剖切、故障层级自动定位技术,从时空分布的各探测设备站点,到基于物联网技术连接各站点的通讯网络进行故障实时侦测与诊断,快速定位设备与网络故障,并实时发布报警信息。
2、本发明一是运用虚拟现实(VR)技术的新理念,开发建立3D模型的探测设备虚拟化,实现虚拟化场景的故障自动层级定位;二是应用三维地理信息系统(3D GIS)进行数据可视化的新理念,实现气象探测设备、信息网络运行状态、实时/历史数据、实站探测场景、天气过程还原等等的三维可视化绚丽展示,极大提升气象装备保障能力和效率。
3、本发明一是具有智能化的设备故障实时自动诊断定位能力,即时故障报警和远程支持能力,为全省气象观测无人值守提供强有力支撑;二是空间时间关联观测数据助力质控检查能力,通过各类气象探测数据在相同时间区间、相邻空间分布站点观测数据的同步时空一致性分析,有效提升对全省各类气象探测数据存疑值的质控分析效率;三是实现天气过程仿真重现能力,再现探测装备运行的气象环境条件与设备运行情况,有效指导各类探测装备故障分析与快速修复。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例对本发明做进一步详述,本实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
本实施例提供了一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,其特征在于:
步骤一:建设气象探测设备三维全息化场景,对气象观测设备站场进行全息化场景构建,并对站场内的建筑、装置、设备实现快速、准确、逼真的三维建模和基础属性数据捆绑;
步骤二:三维地景建设,采用不同精度地图卫片,通过地景融合技术生成彩色三维地景,由高空向低空场景切换时自动切换不同精度的地图卫片;利用高精度的卫星遥感影像数据,完成DEM数据制作和三维场景生成,建立气象设备真实的站场三维地景;
步骤三:气象探测设备由面到点的组合展现,每一类探测设备运控状态基于GIS独立入口设计,选择某一台站的图标,镜头定位到该台站的三维场景中,屏幕左下角台站监控显示该台站名、台站号及台站类型,设备状态和网络状态。主界面中可查看该台站中的各种气象设备的建模,以及各设备所对应的探测数据与运行状态实时更新展现,实时数据以标牌的形式展示。选定某一类探测设备,开启自动巡航展现。以天气雷达站为例,系统即可自动在三维场景中按照系统中设定的先后顺序定位展现每一个雷达站的三维建模场景及其运行状态,巡视速度和停驻时间可配置修改保存;
步骤五:综合气象观测网运行状态提取与处理,以接口方式挂接各类探测设备运行状态解析处理组件,统一构建集成各类探测设备运行状态数据的提取与解析处理模块,实现各类探测设备运行状态信息的解析提取与入库;
步骤六:对各类探测设备的故障智能感知,对各类探测设备故障状态码进行定义及其描述,并据此制定对应的故障判定规则;对各类探测设备的故障报警等级进行划分,以根据故障严重程度对各类探测设备故障报警进行优化管理;
步骤七:建立每一项故障报警信息与相关故障组件或部件的对应关联规则,系统自动识别各类气象探测设备的故障信息,根据所设定的故障等级自动推出故障报警,并将报警信息实时自动定位到对应探测设备三维组件或部件上,以直观实现气象探测设备故障报警的三维可视化。
调整接口调用逻辑,当用户点击某个要素时,才去调用接口获取所有站点数据,并放到缓存,再次点击该要素时,直接从缓存中获取该要素的数据。点击地图指定区域或框选、点选地图某区域范围内几个站点,通过接口技术实时查询对指定日期的指定探测要素数据或可疑站点要素数据的实时、历史时空对比查询统计,数据实现时间序列曲线显示,分析判别各站点探测数据在时空分布趋势上的一致性,有效判别某站点要素凸显异常的真实性,从而有效地对预报业务服务中存疑数据进行可用性判定。通过接口技术实时查询一定时段内区域范围的降水、闪电、能见度、探空实况数据,在GIS地图上进行叠加与显示平滑处理,对天气现象、探空轨迹等进行仿真重现,还原设备运行环境,结合天气实况分析故障原因,有效指导设备故障的修复。
本发明运行状态集中监控,故障自动定位,实时报警,保障高效,各类气象探测数据、设备运行状态与场景对应,一览无遗,可见即可得;对全省15大类2800多个气象设备以及对应的IT信息支撑网络链路运行状态进行实时监控,实现了3D现实虚拟、设备剖切、故障层级自动定位技术,从时空分布的各探测设备站点,到基于物联网技术连接各站点的通讯网络进行故障实时侦测与诊断,快速定位设备与网络故障,并实时发布报警信息。
本发明一是运用虚拟现实(VR)技术的新理念,开发建立3D模型的探测设备虚拟化,实现虚拟化场景的故障自动层级定位;二是应用三维地理信息系统(3D GIS)进行数据可视化的新理念,实现气象探测设备、信息网络运行状态、实时/历史数据、实站探测场景、天气过程还原等等的三维可视化绚丽展示,极大提升气象装备保障能力和效率。
本发明具有智能化的设备故障实时自动诊断定位能力,即时故障报警和远程支持能力,为全省气象观测无人值守提供强有力支撑;空间时间关联观测数据助力质控检查能力,通过各类气象探测数据在相同时间区间、相邻空间分布站点观测数据的同步时空一致性分析,有效提升对全省各类气象探测数据存疑值的质控分析效率;三是实现天气过程仿真重现能力,再现探测装备运行的气象环境条件与设备运行情况,有效指导各类探测装备故障分析与快速修复。

Claims (4)

1.一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:建设气象探测设备三维全息化场景,对气象观测设备站场进行全息化场景构建,并对站场内的建筑、装置、设备实现快速、准确、逼真的三维建模和基础属性数据捆绑;
步骤二:三维地景建设,采用不同精度地图卫片,通过地景融合技术生成彩色三维地景,由高空向低空场景切换时自动切换不同精度的地图卫片;利用高精度的卫星遥感影像数据,完成DEM数据制作和三维场景生成,建立气象设备站场真实的三维地景;
步骤三:气象探测设备由面到点的组合运控展现,每一类探测设备基于GIS运控状态独立入口设计,选择某一台站的图标,镜头定位到该台站的三维场景中,屏幕左下角台站监控显示该台站名、台站号及台站类型,设备状态和网络状态。主界面中可查看该台站中的各种气象设备的建模,以及各设备所对应的探测数据与运行状态实时更新展现,实时数据以标牌的形式展示。选定某一类探测设备,开启自动巡航展现。以天气雷达站为例,系统即可自动在三维场景中按照系统中设定的先后顺序定位展现每一个雷达站的三维建模场景及其运行状态,巡视速度和停驻时间可配置修改保存;
步骤五:综合气象观测设备运行状态数据的提取与处理,以接口方式挂接各类探测设备运行状态解析处理组件,统一构建集成各类探测设备运行状态数据的提取与解析处理模块,实现各类探测设备运行状态信息的解析提取与入库;
步骤六:对各类探测设备的故障智能感知,对各类探测设备故障状态码进行定义及其描述,并据此制定对应的故障判定规则;对各类探测设备的故障报警等级进行划分,以根据故障严重程度对各类探测设备故障报警进行优化管理;
步骤七:建立每一项故障报警信息与相关故障组件或部件的对应关联规则,系统自动识别各类气象探测设备的故障信息,根据所设定的故障等级自动推出故障报警,并将报警信息实时自动定位到对应探测设备三维组件或部件上,以直观实现气象探测设备故障报警的三维可视化。
2.根据权利要求1所述的一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,其特征在于:调整接口调用逻辑,当用户点击某个要素时,才去调用接口获取所有站点数据,并放到缓存,再次点击该要素时,直接从缓存中获取该要素的数据。
3.根据权利要求1所述的一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,其特征在于:点击地图指定区域或框选、点选地图某区域范围内几个站点,通过接口技术实时查询对指定日期的指定探测要素数据或可疑站点要素数据的实时、历史时空对比查询统计,数据实现时间序列曲线显示,分析判别各站点探测数据在时空分布趋势上的一致性,有效判别某站点要素凸显异常的真实性,从而有效地对预报业务服务中存疑数据进行可用性判定。
4.根据权利要求1所述的一种智能三维虚拟可视化气象装备综合保障方法,其特征在于:通过接口技术实时查询一定时段内区域范围的降水、闪电、能见度、探空实况数据,在GIS地图上进行叠加与显示平滑处理,对天气现象、探空轨迹等进行仿真重现,还原设备运行环境,结合天气实况分析故障原因,有效指导设备故障的修复。
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