一种人工增雨火箭弹主残骸下落轨迹预测方法与流程

本发明属于气象火箭，尤其涉及一种人工增雨火箭弹主残骸下落轨迹预测方法。

背景技术：

1、人工增雨是调节干旱地区干旱缺水的重要途径之一，同时，人工影响天气也是气象防灾减灾工作的一项重要手段，地面火箭作业系统在增雨抗旱、防雹减灾、大气污染防治、水库蓄水发电、森林防(灭)火等工作中都发挥着显著作用。

2、人工增雨火箭弹在空中播撒结束后，其主残骸一般采用的是一种伞降的方式降落，降落地点极易受高空风的影响，有可能降落到居民密集区、高速公路、轨道交通等地方，容易引起各种意外事件的发生，因此，确保质量较大的火箭弹主残骸安全降落的轨迹预测已成为人工增雨火箭作业重点考虑的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种人工增雨火箭弹主残骸下落轨迹预测方法，通过创建人工增雨火箭弹主残骸飘落起点向量值函数f(x)及构建网格化气象落速数据空间，应用地球上空两点间经纬度变化模型对人工增雨火箭弹主残骸的下落轨迹进行预测，提高地面火箭增雨工作的安全性，推动人工影响天气工作的发展。

2、为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的一种人工增雨火箭弹主残骸下落轨迹预测方法，包括以下步骤：

3、s1、获取人工增雨火箭弹发射仰角ɑ、发射方位角β及发射作业点a的经、纬度坐标(ea，na)；

4、s2、根据获取数据计算开伞后火箭弹主残骸飘落起点b0的经、纬度坐标(e0，n0),具体为：

5、s21、创建人工增雨火箭弹主残骸飘落起点向量值函数f(x)；

6、

7、其中，x为火箭弹发射仰角，g(x)为火箭弹主残骸飘落起点水平面投影距离位移函数，h(x)为火箭弹主残骸飘落起点高度函数；

8、s22、根据获取的发射仰角ɑ及向量值函数f(x)，得到火箭弹发射作业点a到火箭弹主残骸飘落起点b0的水平面投影距离ab0及火箭弹主残骸飘落起点b0的高度h0；

9、其中，ab0＝g(ɑ)，h0＝h(ɑ)；

10、s23、根据地球上空两点间经纬度变化模型及获取的火箭弹发射方位角β，计算火箭弹主残骸飘落起点b0的经、纬度坐标(e0，n0)；

11、e0＝ea+ac/(2×π×r)×360°

12、n0＝na+b0c/(2×π×r)×360°

13、其中，ea为发射作业点a的经度坐标，na为发射作业点a的纬度坐标；ac＝ab0×sin(β)，b0c＝ab0×cos(β)，ab0为发射作业点a到火箭弹主残骸飘落起点b0的水平面投影距离，β为火箭弹发射方位角；r＝r×cos(na)，为a点所在纬度的切面半径；r为地球半径；

14、s3、融合探空数据、风廓线雷达数据及火箭弹主残骸下落速度数据，构建网格化气象落速数据空间；所述网格化气象落速数据空间由多个在不同高度上存在的数据层组成，每个数据层按标定空间分辨率划分为多个网格，每个网格中分别配置有风速数据、风向数据、火箭弹主残骸落速数据、高度数据及经、纬度坐标数据；

15、s4、对网格化气象落速数据空间中的相同经、纬度坐标的网格化数据建立统一的存储和索引策略进行管理，以便调用；

16、s5、根据地球上空两点间经纬度变化模型及开伞后火箭弹主残骸飘落起点b0数据，计算火箭弹主残骸在构建的网格化气象落速数据空间中下落的第一轨迹点b1的坐标(e1，n1)及高度h1；

17、e1＝e0+b0c/(2×π×r)×360°

18、n1＝n0+b1c/(2×π×r)×360°

19、其中，e0为火箭弹主残骸飘落起点b0点的经度坐标，n0为b0点的纬度坐标；b0c＝l1×sin(θ0)，b1c＝l1×cos(θ0)；l1＝v0t1，l1为b0 b1之间的水平面投影距离位移；v0为b0点的风速；t1＝(h1-h0)/vh，t1为火箭弹主残骸从b0点飘落至下方最接近的数据空间中数据层b1点的时间，θ0为b0点的风向；h1为b0点下方最接近的数据空间中数据层的高度数据，h0为b0点的高度，vh为火箭弹主残骸在高度h0上的落速；r＝r×cos(n0)，为b0点所在纬度的切面半径；r为地球半径；

20、s6、计算后续火箭弹主残骸飘落过程中的所有路径坐标点，得到火箭弹主残骸下落轨迹。

21、进一步地，火箭弹主残骸在各高度上的落速为：在7000m以上，落速为13m/s；在7000m-6000m区间，落速为12m/s；在6000m-4000m区间，落速为11m/s；在4000m-2000m区间，落速为10m/s；在2000m-1000m区间，落速为9m/s；在1000m以下，落速为8m/s。

22、进一步地，所述s3、融合探空、风廓线雷达及火箭弹主残骸下落速度数据，构建网格化气象落速数据空间，具体为：

23、s31、获取探空风因子气象数据，按标定空间分辨率处理为网格化数据，根据探空数据高度间隔，建立在不同高度上的网格化探空数据层；

24、s32、获取风廓线雷达数据，按所述标定空间分辨率处理为气象因子网格化数据，根据风廓线雷达数据高度间隔，建立在不同高度上的网格化雷达数据层；

25、s33、将网格化探空数据层与网格化雷达数据层按从高到低的顺序进行插值后，将火箭弹主残骸下落速度按高度匹配入各层网格中，构建网格化气象落速数据空间。

26、进一步地，所述步骤s5、根据地球上空两点间经纬度变化模型、开伞后火箭弹主残骸飘落起点b0数据及构建的网格化气象落速数据空间，计算火箭弹主残骸下落第一轨迹点b1的坐标(e1，n1)及高度h1，具体为；

27、s51、根据b0点坐标(e0，n0)按所述索引策略在网格化气象落速数据空间中找到相同经纬度坐标的一组网格数据；

28、s52、根据b0点的高度h0，在找到的相同经纬度坐标的一组网格数据中，获取离b0点最接近的上下两层的两个网格数据，对两个网格数据中的风速数据和风向数据进行插值，得到飘落起点b0的风速v0和风向θ0，并获取最接近的下层网格数据的高度数据，即为h1；

29、s53、计算火箭弹主残骸从飘落起点b0飘落至下方最接近的数据空间中数据层b1点的时间t1；

30、t1＝(h1-h0)/vh，

31、其中，h1为b0下方最接近的数据空间中数据层的高度数据，vh为在高度h0上火箭弹主残骸的落速；

32、s55、计算b0 b1之间的水平面投影距离位移l1；

33、l1＝v0t1

34、其中，v0为飘落起点b0点的风速；

35、s56、根据地球上空两点间经纬度变化模型及得到的风向数据θ0，计算火箭弹主残骸飘落轨迹下落第一轨迹点b1的经、纬度坐标(e1，n1)；

36、e1＝e0+b0c/(2×π×r)×360°

37、n1＝n0+b1c/(2×π×r)×360°

38、其中，e0为火箭弹主残骸飘落起点b0点的经度坐标，n0为b0点的纬度坐标；b0c＝l1×sin(θ0)；b1c＝l1×cos(θ0)，l1＝v0t1，l1为b0 b1之间的水平面投影距离位移；v0为b0点的风速，θ0为b0点的风向；t1＝(h1-h0)/vh，t1为火箭弹主残骸从b0点飘落至下方最接近的数据空间中数据层b1点的时间；h1为b0点下方最接近的数据空间中数据层的高度数据，h0为b0点的高度，vh为火箭弹主残骸在高度h0上的落速；r＝r×cos(n0)，为b0点所在纬度的切面半径；r为地球半径。

39、进一步地，在s52中，当高度h0等于网格化气象落速数据空间中的某层高度时，飘落起点b0的风速v0和风向θ0为此层网格中对应数据。

40、进一步地，所述步骤s6、计算火箭弹主残骸在网格化气象落速数据空间后续飘落过程中的所有路径坐标点，得到火箭弹主残骸下落轨迹，包括步骤：

41、s61、令k＝1；

42、s62、根据bk点的坐标(ek，nk)按所述索引策略在网格化气象落速数据空间中找到相同经纬度坐标的一组网格数据；并获取高度等于bk点的高度hk的目标网格数据中的风速vk和风向θk及其下一层网格数据的高度hk+1；

43、s63、计算火箭弹主残骸从网格化气象落速数据空间第k层的bk点飘落至第k+1层上bk+1点的时间tk+1；

44、tk+1＝(hk+1-hk)/vhk

45、其中，hk+1为获取的bk点下一层网格数据的高度，hk为目标网格数据中的高度，vhk为目标网格数据中的火箭弹主残骸落速；

46、s64、计算bk bk+1之间的水平面投影距离位移lk；

47、lk＝vktk+1

48、其中，vk为目标网格数据中的风速；

49、s65、根据地球上空两点间经纬度变化模型及获取的目标网格数据中风向θk，计算火箭弹主残骸飘落轨迹bk+1点的经、纬度坐标(ek+1，nk+1)；

50、ek+1＝ek+bkc/(2×π×r)×360°

51、nk+1＝nk+bk+1c/(2×π×r)×360°

52、其中，bkc＝lk×sin(θk)；bk+1c＝lk×cos(θk)；r＝r×cos(nk)，r为bk点所在纬度的切面半径；r为地球半径；

53、s66、判断当前的k层是否是网格化气象落速数据空间中的最接近地面层，是则结束预测；否则令k＝k+1，重复执行步骤s62-步骤s66，计算后续火箭弹主残骸飘落过程中的所有路径坐标点，得到火箭弹主残骸飘落轨迹。

54、进一步地，k为火箭弹主残骸在网格化气象落速数据空间中下落经过的高度层数。

55、进一步地，从k层到k+1层的火箭弹主残骸下落速度及风向、风速的取值还能够为取k层与k+1层的平均值。

56、进一步地，所述标定空间分辨率为0.03度*0.03度。

57、进一步地，所述人工增雨火箭弹为wr-98型人工增雨火箭弹。

58、本发明的有益效果为：

59、1、本发明根据火箭弹发射仰角ɑ及创建的人工增雨火箭弹主残骸飘落起点向量值函数，得到火箭弹发射作业点a到火箭弹主残骸飘落起点b0的水平面投影距离及火箭弹主残骸飘落起点的高度，从而计算火箭弹主残骸下落轨迹的关键点，即飘落起点的经、纬度坐标，使火箭弹主残骸的飘落起点获得准确定位，有效保证了后续的火箭弹主残骸下落轨迹预测的准确性；

60、2、本发明将探空数据和风廓线雷达数据转换成网格点数据，并从高到低进行插值，融合火箭弹主残骸下落速度数据后，构建网格化气象落速数据空间，并利用元数据来建立统一的存储和索引策略，实现对网格化气象数据空间中相同经、纬度坐标的多层网格化气象数据的有效管理，这样的管理策略可以帮助系统快速定位和获取所需的气象数据，并促进数据的共享和交换；

61、3、本发明根据地球上空两点间经纬度变化模型、开伞后火箭弹主残骸飘落起点b0数据及构建的网格化气象落速数据空间，以迭代递进的方式，逐层计算火箭弹主残骸飘落过程中，在网格化气象落速数据空间所有数据层上的路径坐标点及各路径坐标点的风速、风向，并从而得到整个火箭弹主残骸的飘落轨迹，方法快捷，并获得了较好的预测效果。