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行业专项成果综述-空间天气业务资源融合技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2021/7/16 11:48:30   标签:   浏览次数:1935

项目编号GYHY201306073

研究周期2013年1月2015年12月

国拨经费327

项目负责人】宗位国

项目骨干成员】郭建广、杨光林、毛田、敦金平、于超、邹自明、蒋勇

项目承担单位】国家卫星气象中心

项目协作单位】中国科学院空间科学中心、南京信息工程大学

主要研究成果

本项目的主要成果包括:

1)《空间天气业务资源调研分析报告》

《空间天气业务资源调研分析报告》基于对国内外空间天气监测预警保障业务的发展趋势和国家空间天气监测预警中心现有数据资源、业务产品及应用系统等方面的调研工作编制而成。报告内容具体涵盖对国内外相关机构与相关数据标准规范现状,子午工程、预警工程、风云工程以及GPS/MET工程的工程背景、相关数据资源的清单、格式、内涵、标准规范及各工程相应的数据库系统与应用系统现状,国家空间天气监测预警中心现有业务系统涉及的软件、功能、对输入数据的类型/来源/格式/频次的要求,形成的各类业务产品的列表、内涵、输入信息、产生方式、服务出口等信息,以及中心现有基础设施环境条件。报告中还分析了各种数据与产品之间的衍生关系,包含数据的来源、格式、频次及各种数据之间的关联关系。该报告为空间天气业务数据与产品标准技术规范的制订,空间天气综合业务平台规划方案及数据支撑平台融合数据库技术方案设计提供了技术支撑。

2)《空间天气综合业务平台发展规划方案》

《空间天气综合业务平台发展规划方案》结合目前科研需求和未来长远发展趋势,对空间天气监测预警保障平台(即空间天气综合业务平台)进行顶层规划和设计,包括空间天气综合业务平台的总体框架与功能规划,以及其下属的各业务平台,包括数据支撑平台、监测平台、分析预报平台、应用服务平台、研发测试平台的功能规划、系统组成与软件配置建议等进行了设计,提供了基础设施环境改造方案,并提出了分阶段实施建议。该规划方案将作为后期业务系统研制的基本参考和依据,指导其建设和运行。

3)《空间天气业务数据与产品标准技术规范》

《空间天气业务数据与产品标准技术规范》的对象覆盖空间天气业务涉及的相关数据资源和业务产品。针对空间天气业务需求,兼顾现行标准规范与空间天气业务规划发展方向,《规范》形成了较完整的标准规范体系,涉及数据产品分类体系、数据产品分级规范、数据产品存储规范、数据组织模型、元数据规范、数据字典与模型/工具组织管理规范等多个方面。

4)《空间天气数据支撑平台融合数据库技术方案》

《空间天气数据支撑平台融合数据库技术方案》涉及系统架构、功能模块以及硬件环境等内容,设计了空间天气数据产品的传输与汇集、预处理与标准化、统一存储管理、数据应用接口和系统监管等功能,针对各类、各级数据和产品给出相应数据特性卡。基于此方案为本项目软件研制方提供了系统整体框架设计、各软件需求分析与初步设计,最终完成了融合数据库及其应用示范系统的研制。

5)空间天气融合数据库

以《空间天气业务数据标准规范》为依据,搭建完成了基于异构数据源(国际数据、子午工程数据、预警工程数据和风云工程数据)的融合数据库。根据数据的实际分布、存储现状开发了数据收集及标准化处理软件,及融合数据库对应的数据管理和服务软件。主要实现了对空间天气现有数据的收集、对数据进行标准化处理并在此基础上完成对数据规范化存储、实现基于融合数据库的数据管理与检索功能、基于融合数据库的数据服务功能等。为最终构建空间天气业务数据支撑平台提供支持,从而达到了空间天气预警监测涉及的诸多应用领域统一使用各类数据资源的目的。

6)空间天气预报质量评估软件

该软件通过引入均方根误差、BIAS误差、命中率、虚警率等统计量对空间天气预报产品的质量进行检验和评估,实现了既有的业务体系与预报质量检验系统的一体化运行,进行业务试运行。建立了规范化、标准化的空间天气预报产品质量检验评估系统,提高了空间天气预报质量。

7)航天服务演示系统

该系统将融合系统中航天服务产品进行产品格式、显示方式等进行综合展示,提供形象直观的可视化界面;并将预报产品、观测数据等进行整合,生成航天服务报告。

8)融合数据库应用示范软件

该软件包括数据综合展示、模式应用示范、太阳爆发事件综合分析三方面的功能。利用整合的数据资源,实现了对不同时空尺度、不同类型及来源数据的综合展示,及对特定数据资源的深加工,为各类空间天气预报业务提供支持;移植了预警工程预报软件包中的部分预报模式,实现了对融合数据库数据再处理与产品加工;利用融合数据资源对太阳爆发事件进行综合展示与分析,为预报业务提供支持。

9)地磁三维模式软件

该软件结合了地面及高空两种不同数据建立了区域及全球模型,地理经度、纬度、Dst、Kp指数等参数作为模式输入,并考虑太阳风、行星际磁层的变化以及地磁场活动影响,从而进行地磁场的反演及建模。达到了设定的目标。可实现区域磁场、全球磁场、内源场(主磁场)、外源场(磁层及电离层场)的计算及分布。

成果应用情况

《空间天气业务资源调研分析报告》为制定《空间天气业务数据与产品标准技术规范》提供输入。调研报告除为本课题相关技术方案和标准规范制定提供参考外,也为国家空间天气监测预警中心现有数据、软件、硬件资源进行了总结分析,有助于中心后续规划其他能力建设项目。

《空间天气综合业务平台发展规划方案》作为长期建设方案指导未来空间天气监测预警保障服务平台建设,该规划方案将作为后期业务系统研制的基本参考和依据,指导其建设和运行。目前,空间天气综合业务平台中规划的数据支撑平台,已通过本项目支持建设的融合数据库系统作为第一阶段的示范,完成了原型系统的建设,验证了该规划方案具有正确性与可行性,可根据该方案逐步开展建设。

通过《空间天气业务数据与产品标准技术规范》,对风云工程、子午工程、预警工程、GPS/MET工程涉及的卫星及地面台站观测数据和现有业务产品进行了统一的标准化产品设计。本项目建设的融合数据库以此为依据实现数据与产品实体的标准化并进行统一存储与管理,并直接通过数据应用API向上层应用提供数据信息支撑。除了支持本项目原型示范系统建设外,《标准技术规范》也为国家空间天气监测预警中心的子午工程数据库与业务系统改造等其他能力建设与改造项目提供了数据规范方面的技术输入。

《空间天气数据支撑平台融合数据库技术方案》指导本项目其他课题的软件研制方完成了融合数据库及其应用示范软件包的研制,完成了具有数据传输与收集、数据预处理与标准化、数据统一存储管理、数据应用API及综合监控功能的融合数据库系统,开发了数据综合展示软件、模式应用示范软件、太阳爆发事件综合分析软件,并集成了空间天气预报质量评估软件、航天服务演示系统等软件。该系统已进入业务试验应用阶段,并取得了良好的应用效果。

地磁三维模式软件对于研究全球尺度的地磁内源场、外源场(电离层及磁层)的分布及变化规律研究、尤其是磁层环电流的形态变化都有一定的借鉴作用。考虑到结合了中国地区的多达150个实测点而建立的模型,因此对于区域地磁场构成具有一定的理论意义、对于地磁场导航、探矿等也具有一定的实用价值。

基于本项目的研究成果,国家卫星气象中心空间天气室在2016年实施了“空间天气业务平台改造”项目,通过最新的虚拟化技术,整合了空间天气已有的应用,将整个空间天气业务系统进行了统一的规划和部署,统一数据备份,从而形成自上向下的有效IT管理架构;采用了最新的桌面云技术,用云桌面客户端代替之前的工作站,解决前端杂乱无章的硬件摆放问题。项目实施后,该架构成为空间天气业务的基础支撑架构。

融合数据库软件和融合数据库应用软件包在业务中已经得到了使用。其中子午工程升级改造软件除了从原有数据库读取文件外,已经实现从融合数据库中读取数据。解决了原先子午数据库可能奔溃对子午应用平台造成的影响。

在风云四号-A星地面应用系统工程中的空间天气系统软件的研发,采用本项目融合数据库方案,对现有数据库系统进行了升级改造,形成统一的数据库对风四的空间天气业务系统进行信息支撑。


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