TW201809725A - 氣象情資蒐集與分析系統 - Google Patents

Abstract

一種氣象情資蒐集與分析系統，包含有一通訊模組、氣象電碼擷取模組、解譯模組、地圖模組、控制參數模組、填圖模組、繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組、延伸分析模組與一輸出模組；藉由上述裝置之組合連接，其可提供氣象資訊取得方便、預報準確性高之氣象情資分析系統。

Description

氣象情資蒐集與分析系統

本發明係為一種氣象情資蒐集與分析系統，特別是一種資訊取得方便、預報準確性高之氣象情資蒐集與分析系統。

由於工業之大幅進步與工廠之大量設置，其所產生之廢氣、污染造成地球暖化，致使地球氣候產生溫室效應、聖嬰現象、反聖嬰現象…等，其會造成海水溫度變化，致使氣候形成涼夏、暖冬或為熱夏、寒冬，最終導致氣象異變(如：颱風、颶風過多、豪大雨、乾旱…等)；由於氣象本就是我們生活的一部分，但是對於不同個人及不同行業影響的程度，差異性很大；各國氣象作業多屬官方，對眾多行業缺乏彈性，先進國家雖有私人氣象公司，但服務對象多為營利事業單位，難以普及各行業。

就以軍方而言，目前不論是演訓任務或遇戰爭時，氣象部隊皆需派遣氣象人員深入偏遠山區、海上、離島或外島，而為達機動任務之需求，其僅能攜帶簡易移動式觀測裝備進行現場天氣之觀測，並將觀測結果回報至氣象中心，再由氣象中心提供相關天氣預報情資給部隊指揮官，而因該地區缺乏氣象相關地基式裝備，因此除當地之天氣觀測外，該氣象人員在天氣預報上毫無獨立作業能力，以致無法提供即時預報情資。

尤其，氣象人員回報現場天氣觀測結果時，係經由軍用通信線路傳回氣象部隊之氣象中心，氣象中心必須彙整全台各地氣象站之觀測 資料，再結合國外相關氣象站之觀測結果，經過繁雜之處理與分析程序，才能再由氣象部隊提供天氣預報情資給演習部隊指揮官運用；而且在戰爭期間，當軍用通信管道被破壞、癱瘓時，現場氣象人員既無法將當地氣象觀測結果傳遞回氣象中心，氣象中心也難以將氣象預報情資提供給部隊指揮官，如此易造成因部隊指揮官缺乏可靠氣象情資而做出錯誤決策，造成人員因氣象因素而傷亡或後援部隊之折損，進而影響演訓任務或戰爭之成敗者。

過去曾有台灣公告第I474033號「系集風能預報平台系統及其運作方法」之發明專利，其係利用各種數值天氣預報結果之整合，做為台灣電力公司調節風能發電效率之參考。該發明主要是利用數值天氣預報可以對各種氣象要素(如氣壓、溫度、風、濕度、…等)，執行7天定量預測之特點，找預測各地區之天氣變化趨勢，電力公司再依據此趨勢去調節風能發電效率。但由於各國氣象單位提供的數值預報資料皆以該國的地理位置特性為中心，而且各國的訴求重點亦都不一致，因此上述專利發明必須先行統合各氣象單位的預報結果，進行客觀分析、資料同化及數值模式處理等複雜統計分析程序，再歸納出自己想要之結果以供運用。其次，對於數值預報之資料處理品質與模式處理品質而言，其要求的標準都很高，也非常複雜，必須透過大型高速電腦之計算才能達成。故上述習用之預報系統並不具備可攜性(Portability)，無法滿足支援演訓部隊之機動需求。

本發明之目的，即在於改善上述之缺失，提供一種氣象資訊取得方便、預報準確性高之氣象情資蒐集與分析系統。

為達到上述目的，本發明之氣象情資蒐集與分析系統，包含有一通訊模組、氣象電碼擷取模組、解譯模組、地圖模組、控制參數模組、填圖模組、繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組、延伸分析模組與輸出模組；其中：通訊模組，係與氣象電碼擷取模組及氣象圖資擷取模組連接，藉由通訊模組連結網際網路，用以提供氣象電碼擷取模組及氣象圖資擷取模組取得網路上氣象電碼與氣象圖資；氣象電碼擷取模組，係與通訊模組及解譯模組連接，藉由通訊模組可連結網際網路，以取得氣象原始資料之原始氣象電碼，該原始氣象電碼均以5個數字的密碼形式編組而成，早期以摩爾斯碼(Morse Code)透過無線電通訊方式傳遞，80年代之後改以網路方式傳遞；解譯模組，係與氣象電碼擷取模組及填圖模組連接，該解譯模組可讀取自氣象電碼擷取模組所傳送之原始氣象電碼，並對這些原始氣象電碼進行解碼以產生各項氣象資訊，並將所產生之氣象資訊傳送至填圖模組；地圖模組，係與填圖模組連接，該地圖模組係用以設定繪製天氣圖範圍所需之工作底圖，並將所設定之工作底圖傳送至填圖模組；控制參數模組，係與填圖模組連接，該控制參數模組係用以設定靜態參數與動態參數；該靜態參數係為氣象分析之物理性質與常態性質參數；而動態參數係為工作層次、客觀分析、基本變數、運算與轉換、純量輸出、向量輸出、通用輸出之參數設定，該動態參數隨工作之進程而變動； 填圖模組，係與解譯模組、地圖模組、控制參數設定模組及繪圖分析模組連接，該填圖模組係可接收解譯模組所解譯之氣象資訊，並依據地圖模組所選定之工作圖層、依各測站經緯度位置及控制參數設定模組所設定之參數，將天氣報告填置於工作圖層中；然後將填有天氣報告之天氣圖檔傳送至繪圖分析模組；繪圖分析模組，係與填圖模組、延伸分析模組及輸出模組連接，用以接收填圖模組所填製之天氣圖檔，並對該天氣圖檔分析繪製可供天氣分析之氣象要素(如氣壓、溫度、濕度、風…等)，產生各種物理量場的分析天氣圖，接著將該分析天氣圖傳送至延伸分析模組進行進階分析，或傳送至輸出模組輸出；氣象圖資擷取模組，係與通訊模組、延伸分析模組及輸出模組連接，該氣象圖資擷取模組可藉由通訊模組連結網際網路，以擷取下載各氣象單位之各類氣象圖資成品，並將所擷取、下載之氣象圖資傳送至延伸分析模組進行分析，且傳送至輸出模組輸出；延伸分析模組，係與繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組及輸出模組連接，用以將繪圖分析模組所產生之分析天氣圖與氣象圖資擷取模組所取得之氣象圖資依其大小及範圍進行圖像重疊之延伸進階分析，以呈現大氣中之雲區、水氣分布，並將該分析結果傳送至輸出模組輸出；輸出模組，係與填圖模組、繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組及延伸分析模組連接，用以將填圖模組、繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組及延伸分析模組之氣象圖、天氣圖、氣象圖資及分析結果儲存、輸出，該輸出模組可為列印機、電腦螢幕、儲存媒體…等，藉以方便人員進行觀 測與研判；藉由上述裝置，氣象資訊取得方便、迅速提供準確性高之氣象情資分析系統。

10‧‧‧通訊模組

20‧‧‧氣象電碼擷取模組

30‧‧‧解譯模組

40‧‧‧地圖模組

50‧‧‧控制參數模組

60‧‧‧填圖模組

70‧‧‧繪圖分析模組

80‧‧‧氣象圖資擷取模組

90‧‧‧延伸分析模組

100‧‧‧輸出模組

第1圖係本發明之系統圖。

第2圖係本發明之系統圖，及流程示意圖。

有關本發明為達到目的所運用之技術手段及其方法，茲謹再配合第1圖所示之系統圖、第2圖之流程示意圖，詳細說明如下：如第1圖所示之系統圖，本發明之氣象情資蒐集與分析系統，包含有一通訊模組10、氣象電碼擷取模組20、解譯模組30、地圖模組40、控制參數模組50、填圖模組60、繪圖分析模組70、氣象圖資擷取模組80、延伸分析模組90與一輸出模組100；其中：通訊模組10(請同時參閱第1圖所示)，係與氣象電碼擷取模組20及氣象圖資擷取模組80連接，藉由通訊模組10連結網際網路，用以提供氣象電碼擷取模組20及氣象圖資擷取模組80取得氣象電碼與氣象圖資。

氣象電碼擷取模組20(請同時參閱第1圖所示)，係與通訊模組10及解譯模組30連接，藉由通訊模組10可連結網際網路，以取得氣象原始資料之原始氣象電碼，該些原始氣象電碼係由飛航氣象電碼(METAR)、陸上壓溫電碼(AAXX)、海上壓溫電碼(BBXX)、探空電碼 (TEMP)、海上浮漂(BOY)…等以5個數字的密碼形式編組之電碼格式所組成，並將取得之原始氣象電碼傳送至解譯模組30進行解譯；早期係以摩爾斯碼(Morse Code)透過無線電通訊方式傳遞該原使氣象電碼，80年代之後改以網路方式傳遞。

解譯模組30(請同時參閱第1圖所示)，係與氣象電碼擷取模組20及填圖模組60連接，該解譯模組30可讀取自氣象電碼模組20所傳送之原始氣象電碼，並對這些氣象電碼進行解碼以產生所需的氣象資訊，並將所產生之氣象資訊傳送至填圖模組60。

地圖模組40(請同時參閱第1圖所示)，係與填圖模組60連接，該地圖模組40係用以設定繪製天氣圖範圍所需之工作底圖，並將所設定之工作底圖傳送至填圖模組60；該工作底圖可為世界地圖、綜觀地圖、中尺度圖、小尺度圖、…等。

控制參數模組50(請同時參閱第圖所示)，係與填圖模組60連接，該控制參數模組50係用以設定靜態參數與動態參數；該靜態參數係為氣象分析之物理性質(如：重力加速度g)與常態性質(如：地圖控制、數值分析圓滑係數等之類的控制參數…等)；而該動態參數係用來依據圖檔之不同，而設定不同之繪圖層次(如：地面圖、高空圖)、分析方法、分析變數(如：溫度、濕度)、參數運算與單位之轉換、純量輸出(如：網格點參數數值)、向量輸出(如：網格點氣流、風向相關…等)、及通用輸出(指定等值線寬度、顏色及指定暫存區序號…等)。

填圖模組60(請同時參閱第1圖所示)，係與解譯模組30、地圖模組40、控制參數設定模組50及繪圖分析模組70連接，該填圖模組 60係可接收解譯模組30所解譯之氣象資訊，並依據地圖模組40所選定之地圖範圍、測站經緯度位置及控制參數設定模組50所設定之參數，將氣象資訊、天氣報告、填置於工作圖層中，形成原始天氣圖檔；然後將填有氣象資訊、天氣報告之原始天氣圖檔傳送至繪圖分析模組70。

繪圖分析模組70(請同時參閱第1圖所示)，係與填圖模組60、延伸分析模組90及輸出模組100連接，用以接收填圖模組60所填製之原始天氣圖檔，並對該原始天氣圖檔分析繪製可供天氣分析之氣象要素，產生各種物理場的分析天氣圖，接著將該分析天氣圖傳送至延伸分析模組90進行分析，且可傳送至輸出模組100輸出；由於天氣圖之分析通常需考量欲分析之物理量，在氣象上常用的物理量及導出量可包括氣壓(P)、高度(H)、溫度(T)、濕度(q)、風場()、位溫(°K)、穩定度(SI)、降水(R)、…等，且可利用分析軟體分析大氣之垂直風切(Vertical Wind Shear)、雲層高度、晴空亂流(Clear Air Turbulence,CAT)、積冰(Icing)…等，同時該繪圖分析模組70會依所指定的氣象參數，完成各種天氣圖繪製分析作業。

氣象圖資擷取模組80(請同時參閱第1圖所示)，係與通訊模組10、延伸分析模組90及輸出模組100連接，該氣象圖資擷取模組80可藉由通訊模組10連結網際網路，以擷取下載網站上各氣象單位之各類氣象圖資(如：衛星雲圖、氣象雷達回波圖、分析天氣圖、數值預報產品圖、氣候資料、颱風路徑追蹤…等)，並將該擷取、下載之氣象圖資傳送至延伸分析模組90進行分析，且可傳送至輸出模組100輸出。

延伸分析模組90(請同時參閱第1圖所示)，係與繪圖分析模組70、氣象圖資擷取模組80及輸出模組100連接，用以將繪圖分析模組 70所產生之分析天氣圖與氣象圖資擷取模組80所取得之氣象圖資依其大小及範圍進行圖像重疊之延伸進階分析，以呈現大氣中之雲區、水氣分布，並將該分析結果傳送至輸出模組100輸出。

輸出模組100(請同時參閱第1圖所示)，係與填圖模組60、繪圖分析模組70、氣象圖資擷取模組80及延伸分析模組90連接，用以將填圖模組60、繪圖分析模組70、氣象圖資擷取模組80及延伸分析模組90之氣象圖、天氣圖、氣象圖資及分析結果儲存、輸出，該輸出模組100可為列印機、電腦螢幕、儲存裝置…等，藉以方便人員進行研判。

藉由上述裝置，如第2圖所示，使用者可藉由通訊模組10連結網際網路以擷取下載國內外氣象或飛航單位所發布之飛航氣象電碼(METAR)、陸上壓溫電碼(AAXX)、海上壓溫電碼(BBXX)、探空電碼(TEMP)、海上浮漂(BOY)…等原始氣象電碼，同時並下載各種氣象圖資(如：衛星雲圖、氣象雷達回波圖、分析天氣圖、數值預報產品圖、氣候資料、颱風路徑追蹤…等)傳送至氣象圖資擷取模組80；然後，由於氣象屬於軍事情報之一環，該原始氣象電碼均以5個數字的密碼形式編組而成，必須先解密之後才能使用，因此該通訊模組10將取得之原始氣象電碼傳送至解譯模組20進行解譯並取得氣象資訊，接著該解譯模組20並將氣象資訊傳送至填圖模組60；接著，該於地圖模組40中選定工作底圖之範圍(如：半球圖或東亞區)傳送至填圖模組60，同時，該控制參數模組50將靜態參數與依據工作底圖之範圍將動態參數傳送至填圖模組60；然後，該填圖模組60依據解譯模組20之解譯結果及控制參數模組50之靜態、動態參數設定，同時依據各測站的位置進行填圖作業，以將氣象資訊填入工作 底圖中使形成原始天氣圖檔。

經填圖後之原始天氣圖檔可傳送至輸出模組100列印輸出供氣象人員做人工分析，同時，該原始天氣圖並傳送至繪圖分析模組70針對氣象上常用的物理量及導出量可包括氣壓(P)、高度(H)、溫度(T)、濕度(q)、風場()、位溫(°K)、穩定度(SI)、降水(R)、…等物理量做電腦分析，並利用探空分析(Radiosonde Observation,RAOB)軟體分析當時大氣之風切(Wind Shear,WS)、雲層高度(Cloud Height)、晴空亂流(Clear Air Turbulence,CAT)、積冰(Icing)…等數值，並依指定的氣象參數進行繪圖分析，進而可得地面圖、高空圖、斜溫圖、輔助圖、穩定度圖(KI、SI…)、…等分析天氣圖，接著可將該分析天氣圖傳送至輸出模組100列印輸出或顯示於螢幕上；同時，該天氣分析圖亦可選擇需要的圖層傳送至延伸分析模組90，而該氣象圖資擷取模組80並將經由通訊模組10所取得之各類氣象圖資(如：衛星雲圖、氣象雷達回波圖、分析天氣圖、數值預報產品圖、氣候資料、颱風路徑追蹤…等)傳送至延伸分析模組90，此時，該繪圖分析模組70所產生之天氣圖與氣象圖資擷取模組80所取得之氣象圖資依其大小及範圍進行圖像重疊之延伸進階分析，以呈現大氣中之雲區、水氣分布，並將該分析結果之延伸天氣圖傳送至輸出模組100輸出；然後，藉由該氣象圖資擷取模組80亦可將氣象圖資直接傳送至輸出模組100列印輸出或顯示於螢幕上，氣象人員即可依據該氣象圖資、延伸分析模組90所輸出之延伸天氣圖、填圖模組60所輸出之原始天氣圖檔及繪圖分析模組70所輸出之分析天氣圖進行客觀分析、比對、佐證，即可作出客觀之氣象預報。

由是，藉由上述裝置所組成之氣象情資分析系統，本發明具 有如下之優點：

(一)由於本發明可利用通訊模組10可直接將國內外氣象單位或飛航單位之氣象電碼、氣象圖資…等氣象資料擷取下載、輸出，使人員無須再透過通信系統聯絡氣象中心回報，當於偏遠地區或離外島地區時，亦可直接由通訊模組10取得氣象資料，實具有氣象資料取得之方便性與快速性。

(二)由於本發明之氣象電碼擷取模組20藉由通訊模組10擷取下載國內外氣象、飛航單位之原始氣象電碼後，再由解譯模組30對原始氣象電碼進行解譯產生氣象資訊，然後利用填圖模組60將該氣象資訊依據選定之工作底圖及參數進行填圖形成原始天氣圖檔；藉此，其可提供氣象人員可快速對當地或預報地區作觀測評估，並可依據地形、氣象影響範圍作更為精準之氣象預測，實可提高氣象預報之準確性者。

(三)尤其，本發明係將天氣圖檔可做進一步利用繪圖分析模組70繪製氣象要素，產生更精準之天氣分析圖，令氣象人員可由天氣分析圖及各類氣象圖資進行氣象觀測、評估，藉以提高預報之準確性者。

(四)再者，由於本創作之氣象圖資擷取模組80經由通訊模組可擷取下載氣象圖資，同時藉由延伸分析模組90依據氣象圖資再對天氣分析圖進一步作進行圖像重疊之延伸進階分析，進而呈現大氣中之雲區、水氣分布、…等之分析結果，令人員藉由該分析結果雲區分布，讓人員可更深入了解大氣中水氣之分布狀況，達到天氣預報立體化之目標，進而可提供更精確之氣象預報效果。

(五)藉由本發明可擷取、下載氣象電碼與氣象圖資，並藉 由繪圖分析模組70與延伸分析模組90得以分析整合氣象資訊，以提供人員依據資料作客觀、縱觀與立體化之分析、評估，並配合將氣象資料填圖於工作底圖上，進而令人員可同時依據現場地形資料進行精確之氣象預報，實可提供演訓任務、戰爭時或民間社會作利用者。

(六)由於本發明係為利用現行之通信科技與網路資訊，並結合天氣預測報專業知識與相關氣象軟、硬體技術所研發設計出之氣象情資蒐集分析系統，本發明可協助國軍氣象人員在支援國軍各項戰演訓任務或派駐外離島或偏遠地區之時，能具備獨立執行氣象預報作業之能力，同時可做為氣象部隊教育訓練之輔助工具，減少受訓練環境之限制，隨時隨地獲取即時天氣預報資訊以供教育訓練之用，也可供業餘氣象人員做旅遊、娛樂、…等之用。

因此，本發明確具有顯著之進步性，且其確為未曾有過而確具有新穎性，誠已符合發明專利要件，爰依法提出專利申請，並祈賜專利為禱，至感德便。

以上所述，僅為本發明用以說明之可行實施例，因此並不能以其限制本發明之保護範圍，舉凡熟習此技藝者依本發明說明書及申請專利範圍所為之均等變化或修飾，皆應仍屬本發明所涵蓋之保護範圍。

Claims (1)

1. 一種氣象情資蒐集與分析系統，包含有一通訊模組、氣象電碼擷取模組、解譯模組、地圖模組、控制參數模組、填圖模組、繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組、延伸分析模組與一輸出模組；其中：通訊模組，係與氣象電碼擷取模組及氣象圖資擷取模組連接，藉由通訊模組連結網際網路，用以提供氣象電碼擷取模組及氣象圖資擷取模組取得氣象電碼與氣象圖資；氣象電碼擷取模組，係與通訊模組及解譯模組連接，藉由通訊模組可連結網際網路，以取得氣象原始資料之原始氣象電碼；解譯模組，係與氣象電碼擷取模組及填圖模組連接，該解譯模組可讀取自氣象電碼擷取模組所傳送之原始氣象電碼，並對這些氣象電碼進行解碼以產生氣象資訊，並將所產生之氣象資訊傳送至填圖模組；地圖模組，係與填圖模組連接，該地圖模組係用以設定繪製天氣圖範圍所需之工作底圖，並將所設定之工作底圖傳送至填圖模組；控制參數模組，係與填圖模組連接，該控制參數模組係用以設定靜態參數與動態參數；該靜態參數係為氣象分析之物理性質與常態性質參數；該動態參數係為依據圖檔之不同，而設定不同繪圖層次、分析方法、分析變數、參數運算與單位轉換、純量輸出、向量輸出及通用輸出之參數；填圖模組，係與解譯模組、地圖模組、控制參數設定模組及繪圖分析模組連接，該填圖模組係可接收解譯模組所解譯之氣象資訊，並依據地圖模組所選定之地圖範圍、經緯度位置及控制參數設定模組所設定之參數，將氣象資訊、天氣報告、填置於工作圖層中形成原始天氣圖檔；然 後將填有氣象資訊、天氣報告之原始天氣圖檔傳送至繪圖分析模組；繪圖分析模組，係與填圖模組、延伸分析模組及輸出模組連接，用以接收填圖模組所填製之原始天氣圖檔，並對該原始天氣圖檔分析繪製可供天氣分析之氣象要素，產生各種物理場的分析天氣圖，接著將該分析天氣圖傳送至延伸分析模組進行分析，且可傳送至輸出模組輸出；氣象圖資擷取模組，係與通訊模組、延伸分析模組及輸出模組連接，該氣象圖資擷取模組可藉由通訊模組連結網際網路，以擷取下載氣象單位之各類氣象圖資，並將該擷取、下載之氣象圖資傳送至延伸分析模組進行分析，且可傳送至輸出模組輸出；延伸分析模組，係與繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組及輸出模組連接，用以將繪圖分析模組所產生之分析天氣圖與氣象圖資擷取模組所取得之氣象圖資依其大小及範圍進行圖像重疊之延伸進階分析，以呈現大氣中之雲區、水氣分布，並將該分析結果傳送至輸出模組輸出；輸出模組，係與填圖模組、繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組及延伸分析模組連接，用以將填圖模組、繪圖分析模組、氣象圖資擷取模組及延伸分析模組之氣象圖、天氣圖、氣象圖資及分析結果儲存、輸出；藉由上述裝置，資訊取得方便、預報準確性提高之氣象情資分析系統。