本發(fā)明涉及一種報(bào)警裝置的，尤其涉及一種基于低空飛行的多通道氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息自適應(yīng)靶向發(fā)布系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有成熟的氣象預(yù)警系統(tǒng)主要依托于國(guó)家及區(qū)域級(jí)氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，綜合運(yùn)用氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)、地面氣象觀測(cè)站、高空探測(cè)及數(shù)值天氣預(yù)報(bào)等技術(shù)。這類系統(tǒng)能夠?qū)Υ蠓秶臑?zāi)害性天氣，如臺(tái)風(fēng)、暴雨、暴雪、寒潮、大風(fēng)、沙塵暴、高溫、干旱、雷電、冰雹、霜凍、大霧等，進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)警。其預(yù)警信息通常通過(guò)電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)短信、專用app、電子顯示屏等公共或行業(yè)渠道進(jìn)行大范圍廣播式發(fā)布，旨在提醒公眾和相關(guān)部門采取防災(zāi)避險(xiǎn)措施。這些預(yù)警信息側(cè)重于宏觀天氣系統(tǒng)的演變和較大區(qū)域內(nèi)普遍存在的風(fēng)險(xiǎn)，時(shí)間尺度相對(duì)較長(zhǎng)，空間分辨率相對(duì)較低，主要服務(wù)于地面活動(dòng)、海上航行以及中高空民航飛行安全。

2、然而，此類預(yù)警信息的覆蓋范圍、時(shí)空精度和內(nèi)容針對(duì)性，難以滿足低空飛行活動(dòng)對(duì)氣象環(huán)境高度敏感、快速變化的特定需求。低空飛行，特別是高度在1000m以下的通用航空、無(wú)人機(jī)物流、城市空中交通、應(yīng)急救援、農(nóng)業(yè)植保等作業(yè)活動(dòng)，其安全運(yùn)行極度依賴對(duì)超局部、精細(xì)化、分鐘級(jí)氣象條件的準(zhǔn)確感知和及時(shí)預(yù)警?，F(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)低空飛行的氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，通常是在上述大尺度氣象預(yù)警信息基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單降尺度應(yīng)用，或依賴飛行員/操作員的目視觀察、有限的機(jī)場(chǎng)自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)（awos）以及通用航空氣象服務(wù)（如metar/taf報(bào)文）。這些方法存在顯著局限，現(xiàn)有預(yù)警方式常導(dǎo)致信息冗余與低空相關(guān)環(huán)境的關(guān)鍵信息缺失并存，無(wú)法為低空飛行器提供及時(shí)、精準(zhǔn)、可操作的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避指引，構(gòu)成了低空飛行安全的重要隱患。因此，亟需改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)以提升低空飛行氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的效能。

3、因此，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的基于低空飛行的多通道氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警進(jìn)行改進(jìn)，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于低空飛行的多通道氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息自適應(yīng)靶向發(fā)布系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中低空氣象預(yù)警時(shí)空分辨率不足、風(fēng)險(xiǎn)特征識(shí)別單一、預(yù)警信息針對(duì)性差以及缺乏飛行器動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬的問(wèn)題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于低空飛行的多通道氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息自適應(yīng)靶向發(fā)布系統(tǒng)，包括：

3、多源數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集空基、天基、地基、社會(huì)及地形數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；

4、數(shù)據(jù)融合模塊，用于對(duì)預(yù)處理后的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空對(duì)齊及地形耦合融合，生成低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；

5、微尺度特征提取模塊，基于所述低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)ai模型提取風(fēng)切變、湍流、低云/霧及局地強(qiáng)風(fēng)特征，并輸出各特征的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；

6、數(shù)字孿生模塊，用于結(jié)合飛行器實(shí)時(shí)狀態(tài)、氣動(dòng)參數(shù)及低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建飛行器數(shù)字孿生體，模擬其在微尺度氣象場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，輸出低空氣象動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型及預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)坐標(biāo)；

7、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模塊，用于基于所述低空氣象動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型，結(jié)合飛行器實(shí)時(shí)狀態(tài)、任務(wù)需求及數(shù)字孿生模擬數(shù)據(jù)計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

8、規(guī)避指引生成模塊，用于基于綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)生成多條規(guī)避路徑并篩選最優(yōu)方案；

9、靶向預(yù)警信息模塊，用于將綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)轉(zhuǎn)化為多角色感知的預(yù)警信息；

10、三維熱力圖生成模塊，用于構(gòu)建展示風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分布的三維風(fēng)險(xiǎn)熱力圖；

11、多通道發(fā)布模塊，用于根據(jù)用戶角色、終端類型及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)選擇發(fā)布渠道。

12、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述靶向預(yù)警信息模塊的信息自適應(yīng)生成過(guò)程包括：

13、獲取綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、飛行器歷史數(shù)據(jù)及任務(wù)需求數(shù)據(jù)；

14、對(duì)用戶按角色分層構(gòu)建標(biāo)簽庫(kù)，其中，角色包括：飛行員、空管、公眾；

15、根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)聯(lián)動(dòng)發(fā)布范圍，低風(fēng)險(xiǎn)僅向飛行器發(fā)送提示，中風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)展至運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)及空管，高風(fēng)險(xiǎn)啟動(dòng)跨部門協(xié)同發(fā)布；

16、基于地理圍圈定發(fā)布區(qū)域，按行政區(qū)、航線或風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)格定向推送。

17、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述多通道發(fā)布模塊執(zhí)行以下操作：

18、飛行中通過(guò)低延遲數(shù)傳鏈路推送至機(jī)載終端；

19、?？繝顟B(tài)通過(guò)app或web平臺(tái)發(fā)布，并附加歷史風(fēng)險(xiǎn)分析；

20、緊急高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)同步觸發(fā)衛(wèi)星通信與地面廣播雙通道告警。

21、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)融合模塊的處理過(guò)程包括：

22、對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過(guò)滑動(dòng)窗口濾波去除噪聲并剔除離群點(diǎn)；

23、對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過(guò)ocr文字識(shí)別與圖像分割提取關(guān)鍵信息，轉(zhuǎn)換為數(shù)值化氣象參數(shù)；

24、將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一為時(shí)間戳-空間坐標(biāo)-參數(shù)值三元組格式；

25、以100m×100m網(wǎng)格為單元進(jìn)行空間插值，稀疏數(shù)據(jù)采用反距離加權(quán)插值，高密度數(shù)據(jù)直接映射；

26、以1分鐘為步長(zhǎng)對(duì)齊時(shí)間序列：高頻率數(shù)據(jù)滑動(dòng)平均，低頻率數(shù)據(jù)線性插值。

27、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)融合模塊融合地形擾動(dòng)處理包括：

28、將網(wǎng)格地形粗糙度系數(shù)輸入流體力學(xué)邊界層模型，計(jì)算地形對(duì)風(fēng)場(chǎng)的擾動(dòng)項(xiàng)；

29、采用時(shí)空?qǐng)D卷積網(wǎng)絡(luò)融合氣象數(shù)據(jù)與地形擾動(dòng)項(xiàng)，其中，

30、輸入層構(gòu)建包含氣象參數(shù)及地形粗糙度的特征矩陣；

31、隱藏層通過(guò)圖卷積提取空間關(guān)聯(lián)，通過(guò)時(shí)間卷積捕捉動(dòng)態(tài)演變，并引入地形掩碼矩陣調(diào)整權(quán)重；

32、輸出層輸出疊加地形擾動(dòng)修正值的微尺度氣象參數(shù)。

33、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)包括：

34、風(fēng)切變強(qiáng)度小于0.1m/s2為低風(fēng)險(xiǎn)，0.1至0.2m/s2為中風(fēng)險(xiǎn)，大于等于0.2m/s2為高風(fēng)險(xiǎn)；

35、湍流強(qiáng)度指數(shù)小于1為低風(fēng)險(xiǎn)，1至1.5為中風(fēng)險(xiǎn)，大于等于1.5為高風(fēng)險(xiǎn)；

36、云底高度大于500m或能見(jiàn)度大于500m為低風(fēng)險(xiǎn)，云底高度300至500m或能見(jiàn)度300至500m為中風(fēng)險(xiǎn)，云底高度小于等于300m或能見(jiàn)度小于等于300m為高風(fēng)險(xiǎn)；

37、局地強(qiáng)風(fēng)發(fā)生概率小于30%為低風(fēng)險(xiǎn)，30%至70%為中風(fēng)險(xiǎn)，大于等于70%為高風(fēng)險(xiǎn)。

38、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述數(shù)字孿生模塊構(gòu)建飛行器動(dòng)力學(xué)模型，包括：

39、基于空氣動(dòng)力學(xué)原理建立包含氣象擾動(dòng)力、推力、空氣阻力及重力的飛行器動(dòng)力學(xué)方程；

40、在unity3d引擎中將動(dòng)力學(xué)模型與飛行器三維模型綁定，實(shí)時(shí)加載氣象數(shù)據(jù)模擬飛行響應(yīng)。

41、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模塊的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)包括：

42、計(jì)算氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)：基于路徑與高風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)格的交集比例乘以網(wǎng)格綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分；

43、計(jì)算飛行器狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)：基于剩余電量、載重及姿態(tài)穩(wěn)定性偏離安全閾值的程度加權(quán)；

44、計(jì)算任務(wù)約束風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)：基于時(shí)效性、禁飛區(qū)及覆蓋精度約束的違反程度加權(quán)；

45、綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為上述三項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的加權(quán)和。

46、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述規(guī)避指引生成模塊的規(guī)避指引包括：

47、當(dāng)綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)小于0.4時(shí)，維持原飛行路徑；

48、當(dāng)綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.4至0.7時(shí)，生成包括路徑偏移、高度調(diào)整或縮短時(shí)間的規(guī)避方案，篩選綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最低且滿足約束的路徑；

49、當(dāng)綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大于0.7時(shí)，生成任務(wù)終止指令。

50、本發(fā)明提供了一種基于低空飛行的多通道氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，包括步驟：

51、s1、獲取并融合多源氣象數(shù)據(jù)，生成低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；

52、s2、基于低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)ai提取微尺度氣象特征構(gòu)建飛行器數(shù)字孿生體，輸出低空氣象動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型和預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)坐標(biāo)；

53、s3、基于低空氣象動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型，結(jié)合飛行器實(shí)時(shí)狀態(tài)與任務(wù)需求，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)并生成規(guī)避指引；

54、s4、基于風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，結(jié)合飛行器歷史數(shù)據(jù)與任務(wù)需求，輸出靶向預(yù)警信息及三維風(fēng)險(xiǎn)熱力圖。

55、本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明具備以下有益效果：

56、（1）本發(fā)明提供了一種針對(duì)低空飛行氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的系統(tǒng)及方法：多源數(shù)據(jù)融合環(huán)節(jié)整合空基、天基、地基、社會(huì)及地形五維異構(gòu)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)融合模塊進(jìn)行預(yù)處理、時(shí)空對(duì)齊，生成高精度低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；其次，ai智能分析環(huán)節(jié)基于該數(shù)據(jù)庫(kù)，利用多模態(tài)模型精準(zhǔn)提取微尺度風(fēng)險(xiǎn)特征并劃分等級(jí)；進(jìn)而，數(shù)字孿生仿真環(huán)節(jié)結(jié)合飛行器實(shí)時(shí)狀態(tài)與氣動(dòng)參數(shù)構(gòu)建動(dòng)力學(xué)模型，在unity3d引擎中模擬氣象場(chǎng)與飛行器的動(dòng)態(tài)交互，輸出風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)坐標(biāo)及網(wǎng)格模型；最終，自適應(yīng)靶向發(fā)布環(huán)節(jié)通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模塊加權(quán)綜合氣象、飛行器狀態(tài)及任務(wù)約束風(fēng)險(xiǎn)，生成規(guī)避指引，并依托三維熱力圖生成模塊可視化風(fēng)險(xiǎn)分布，由多通道發(fā)布模塊按角色、終端及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)選擇渠道，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的精準(zhǔn)定向推送。

57、（2）本發(fā)明的微尺度特征提取模塊基于低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)ai模型提取風(fēng)切變、湍流、低云/霧及局地強(qiáng)風(fēng)特征，并輸出各特征的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。利用先進(jìn)的ai模型對(duì)復(fù)雜的低空氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，能夠快速且準(zhǔn)確地識(shí)別出影響低空飛行安全的關(guān)鍵微尺度氣象特征，并明確其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)地形誘導(dǎo)風(fēng)切變或建筑群尾流湍流等微尺度現(xiàn)象的精準(zhǔn)識(shí)別。能夠捕捉傳統(tǒng)方法忽略的局地氣象突變，如突發(fā)風(fēng)切變或低云事件，提升預(yù)警的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，減少?zèng)Q策盲區(qū)。降低誤報(bào)率，提高飛行安全水平，并為數(shù)字孿生模擬提供輸入，支持更智能的規(guī)避決策，例如在救援任務(wù)中及時(shí)預(yù)警湍流風(fēng)險(xiǎn)，避免飛行器失控。

58、（3）本發(fā)明的數(shù)字孿生模塊結(jié)合飛行器實(shí)時(shí)狀態(tài)、氣動(dòng)參數(shù)及低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建飛行器數(shù)字孿生體，模擬其在微尺度氣象場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，輸出低空氣象動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型及預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)坐標(biāo)；通過(guò)構(gòu)建數(shù)字孿生體進(jìn)行模擬，該模塊可直觀呈現(xiàn)飛行器在復(fù)雜微尺度氣象條件下的飛行狀況，生成低空氣象動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型及預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)坐標(biāo)，讓相關(guān)人員能清晰了解潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，以往缺乏對(duì)飛行器在微尺度氣象場(chǎng)中如此精細(xì)且直觀的模擬，無(wú)法準(zhǔn)確知曉風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位置，輸出結(jié)果為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模塊提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，也為規(guī)避指引生成模塊制定合理的規(guī)避路徑奠定了基礎(chǔ)，極大提高了對(duì)低空飛行風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)能力?。

59、（4）本發(fā)明設(shè)計(jì)自適應(yīng)靶向發(fā)布機(jī)制，通過(guò)靶向預(yù)警信息模塊分層構(gòu)建用戶標(biāo)簽庫(kù)（如按角色分層為飛行員、空管、公眾），并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)聯(lián)動(dòng)發(fā)布范圍，同時(shí)多通道發(fā)布模塊基于用戶角色、終端類型和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)選擇渠道（如飛行中優(yōu)先低延遲數(shù)傳鏈路推送至機(jī)載終端，高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)觸發(fā)衛(wèi)星通信與地面廣播雙通道）。分析中，該特征結(jié)合gis地理圍欄定向推送，確保信息精準(zhǔn)適配不同場(chǎng)景需求。提高預(yù)警信息的針對(duì)性和可達(dá)性，減少信息冗余，增強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)速度。

60、（5）本發(fā)明的多源數(shù)據(jù)采集模塊采集空基、天基、地基、社會(huì)及地形數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)融合模塊又對(duì)這些預(yù)處理后的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空對(duì)齊及地形耦合融合生成低空氣象動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。使得本系統(tǒng)能夠全面且精準(zhǔn)地獲取與低空飛行相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，并將其整合形成全面且實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)庫(kù)。為后續(xù)對(duì)低空氣象環(huán)境的分析提供了充足且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?；谠摂?shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)后續(xù)的微尺度特征提取、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算等模塊能更加精準(zhǔn)地運(yùn)行，大大提升了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)低空氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警的準(zhǔn)確性。