新一代天氣雷達基數據文件格式自動識別及軟件實現方法*

陳 波，張 進，趙庭飛，羅 紅

(1 貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000；2貴州省織金縣氣象局，貴州 織金 552100)

新一代天氣雷達基數據文件格式自動識別及軟件實現方法*

陳 波1，張 進1，趙庭飛2，羅 紅1

(1 貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000；2貴州省織金縣氣象局，貴州 織金 552100)

新一代天氣雷達多種基數據文件格式讀寫一直是影響雷達數據廣泛應用的一個原因。為使從事短臨監測的人員能更好的應用雷達數據資料，該文通過分析我國新一代天氣雷達各種雷達基數據格式異同及國家氣象信息中心最新規定的雷達基數據傳輸文件命名規則，提出一種基于雷達基數據文件名字符串自動識別基數據格式的方法，介紹基于雷達廠商提供的動態鏈接庫接口利用Csharp語言編程實現對各種基數據格式自動識別和讀取方法。檢驗證明基于基數據文件名自動識別數據格式的方法可行，并在業務中得到應用。

天氣雷達；基數據格式；自動識別；動態鏈接庫

1 引言

天氣雷達是通過接收氣象目標物對雷達電磁波的散射信號作為探測大氣的基礎。根據氣象目標物的后向散射信號特征，探測出氣象目標物的大小、相態及其空間分布，便于天氣監測員了解天氣系統的生消演變、移動方向及移動速度等信息，天氣雷達是監測暴雨、暴雪、臺風、冰雹和短時強降水等災害性天氣的重要工具，為天氣預測預警防災減災工作提供有利的數據支撐。

目前參與全國新一代天氣雷達組網主要有S波段(波長10 cm)和C波段(5 cm)雷達，S波段雷達主要分布在我國沿海及長江流域，主要監測熱帶天氣系統、暴雨及強對流等災害天氣，而C波段雷達主要分布在我國內陸海拔較高地區，主要監測冰雹、暴雨等災害天氣。兩種波段天氣雷達都是以體掃基數據方式工作，基數據是雷達采集的原始數據，包括回波強度、徑向數據、速度譜寬等，并以二進制數據存儲。但由于雷達型號和研制廠商的不同，基數據存儲格式存在差異，造成針對某一基數據格式開發的軟件應用到另一種基數據格式時不能兼容；因此本文研究各類雷達基數據格式的異同，利用Csharp編程語言通過識別基數據文件名從而判斷基數據格式，利用雷達廠商提供的動態庫接口方法讀取雷達數據，從而達到操縱雷達基數據的目的，開發兼容各類雷達基數據的快速查看工具。

2 新一代天氣雷達基數據格式研究

2.1 雷達型號與基數據文件格式種類

目前我國在氣象上使用的S和C波段雷達主要有8種雷達型號，包括CINRAD-SA、CINRAD-SB、CINRAD-SC、CINRAD-CB、CINRAD-CC、CINRAD-CCJ、CINRAD-CD(簡稱SA、SB、SC、CB、CC、CCJ、CD)和WSR-88D，各種型號雷達出現6種雷達基數據文件格式(SAB、SCD、88D、CB、CC1.0和CC2.0)，其中SA、SB和CB型號雷達由北京敏視達雷達有限公司研制生產，SC和CD型號雷達由成都錦江電器制造有限公司研制生產，WSR-88D型號雷達由美國洛克希德·馬丁公司生產，而CC和CCJ型號雷達由安徽四創電子股份有限公司研制生產。

2.2 基數據文件格式對比分析

雷達基數據是指雷達完成一次體掃所掃描的包括回波強度、徑向速度和速度譜寬三要素的二進制數據文件，文件字節數據量較大。根據體掃模式(VCP)的不同，雷達掃描仰角數不同和數據存儲格式不同，文件大小也不相同，如SA型號雷達VCP21一個體掃時間為6 min完成9個仰角錐面掃描的數據字節大小為11層×360方位×2 432字節(每個方向字節數)≈9.4 MB，而VCP11一個體掃時間為5 min完成14個仰角錐面掃描的字節大小為16層×360方位×2 432字節≈13.7 MB數據。

基數據文件一般由描述區和數據區組成，描述區一般包括雷達參數、工作參數和掃描方式等信息，全局描述區一般位于文件頭，稱為文件頭；局部描述區一般位于徑向數據開始位置，稱為徑向頭；數據區存儲雷達觀測的三要素。

經查閱各廠商雷達數據格式文件說明，新一代天氣雷達的6種基數據文件格式對比見表1所示。敏視達SAB格式和CAB格式基數據無文件頭，分布采用固定徑向長度2 432字節或4 132字節按低位優先儲存；SCD格式使用文件頭(1 024字節)+固定徑向長度(4 000字節)按低位優先儲存；CC1.0格式使用文件頭(1 024字節)+固定徑向長度(3 000字節)按低位優先儲存，SCD格式徑向數據包括四要素(雜波控制的回波強度、徑向速度、速度譜寬和原始回波強度)，而CC1.0格式數據沒有原始回波強度這一要素；88D格式使用文件頭(16字節)+固定徑向長度(2 432字節)按高位優先儲存；CC2.0格式使用文件頭(2 060字節)+可變徑向長度按低位優先儲存。

表1 新一代天氣雷達基數據格式對比Tab.1 The new generation weather radar base data format comparison

3 基數據格式自動識別方法

3.1 基數據格式命名規則

根據國家氣象信息中心最新規定的雷達基數據傳輸文件命名規則，要求各站統一按照文件名格式：Z_RADR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_DOR_雷達型號_掃描方式.bin.bz2上傳國家氣象信息中心，其中Z：固定編碼，表示國內交換文件；RADR：固定編碼，表示雷達資料；I：表示后面為雷達站的區站號IIiii；yyyymmddhhMMss：為體掃結束后文件生成時間(年、月、日、時、分、秒，用UTC世界時表示)；O：固定編碼，表示觀測資料；DOR：表示多普勒雷達；雷達型號與掃描方式標識符見表2、表3；Bin：表示二進制文件；bz2：表示使用 bzip2 壓縮后的文件。

表2 新一代天氣雷達型號標識符Tab.2 A new generation weather radar type identifiers

表3 新一代天氣雷達掃描方式標識符Tab.3 A new generation weather radar scanning method identifiers

按照基數據文件名格式命名規則可知：文件名字符串共有50個字符(除CCJ型雷達外)，如果文件名字符串有51個字符時即可判斷為CCJ型雷達，每個文件名的第37～38兩個字符即為雷達型號標識符，因此通過獲取基數據文件名字符串長度和判斷雷達型號標識符即可判別基數據格式是可行的。

3.2 基數據格式自動識別和讀取方法

研究雷達廠商提供的基數據類動態庫模塊(CINRADPolarDat.dll)發現，讀取雷達數據的動態庫接口函數ClsRadarPolarDat(type)的參數type值和雷達型號及標識符有如表4的對應關系。

表4 新一代天氣雷達型號標識符與接口函數參數值Tab.4 New generation weather radar type identifier and interface function parameter values

本文基于Csharp語言介紹如何實現對基數據格式自動識別和讀取方法，第一步、基于Microsoft Visual Studio 2010開發環境新建一個窗口項目，第二步、在項目引用處加載CINRADPolarDat.dll文件至項目中，第三步、在程序代碼行中加入類命名空間和類名CINRADPolarDat.ClsRadarPolarDat，第四步、調用ClsRadarPolarDat類的readCompressFile( FileName, type)方法讀取雷達三要素(強度、速度、譜寬)，其中參數FileName為數據路徑、type為各雷達型號對應的數值見表4。下面介紹程序通過雷達數據文件名稱獲取type值的流程圖，如圖1所示，即獲取數據文件名字符串后，通過字符匹配文件名字符串中是否存在"SA"、"SB"、"SC"、"CB"、"CC"、"CD"、"CCJ"的方法獲得對應的type值，調用讀取方法完成基數據格式識別和讀取過程。

圖1 程序識別雷達數據文件名獲取type值的流程圖Fig.1 The program identifies the flowchart for the type value of the radar data file name

3.3 檢驗及應用

隨機選取符合最新規定的雷達基數據傳輸文件命名規則的北海(SA)、梧州(SB)、宜賓(SC)、柳州(CB)、邵通(CC)、都勻(CD)、寧德(CCJ)等站雷達基數據各10個，程序對以上格式識別成功率為100%，證明通過雷達數據文件名自動識別數據格式的方法是可行的；動態庫CINRADPolarDat.dll還提供了加載地圖的類接口、獲取任意兩點間剖面的類方法、獲取任意點上三要素值等方法、支持biz2壓縮格式直接讀取基數據等功能，圖2為基于基數據類動態庫開發的《基于單站雷達的短時強降水預警—快顯工具》軟件界面，兼容現役所有雷達基數據讀取顯示及實現以上介紹的方法功能，該軟件已在貴州省黔南州氣象局天氣預報平臺得到應用。

圖2 雷達基數據快顯工具軟件界面 (左為回波反射率PPI圖、右為任意方向的三要素RHI圖)Fig.2 The radar base is based on the fast visible tool software interface (Left is the echo reflectivity PPI、The right is a three-element RHI diagram in any direction)

4 總結

①新一代天氣雷達是災害性天氣預測預警的重要工具，而雷達多種基數據格式一直是影響雷達資料得到廣泛應用的原因，本文從分析各種雷達基數據格式異同入手，通過識別雷達基數據文件名字符串中標識符讀取各類基數據格式。

②采用Csharp編程語言介紹了如何識別各類基數據格式、讀取數據的方法，并附程序實現基數據格式識別和讀取流程圖，為今后從事雷達基數據研究者予以借鑒。

③基于雷達廠商提供的基數據類動態庫CINRADPolarDat.dll開發兼容現役所有雷達基數據的快速查看工具，為從事短臨預測預警業務人員提供很大的幫助。

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The research of automatic identification to the file format of radar raw data andsoftware realization for the new generation of weather radar

CHEN Bo1，ZHANG Jin1，ZHAO Tingfei2，LUO Hong1

(1.Qiannan Meteorological Bureau of Guizhou Province，Duyun 558000, China;2.Zhijin Meteorological Bureau of Guizhou Province,Zhijin 552100, China)

The file format of the new generation of weather radar is varied, which makes it difficult to use radar raw data products. In order to sufficiently use radar raw data on doing short term forecasting, based on the analysis of the similarity of radar data format and the latest rules of radar data transmission file naming rules for the new generation of weather radar in China, this paper presents a method based on radar table data file name string automatic identification base data format.On the basis of dynamic library port for radar manufacturer offering, using Csharp programming, the method of automatic identification and reading is rebuilted.The test proves that the method of automatically recognizing the data format based on the base data file name is feasible and applicable in the business.

radar raw data; base data format; automatic identification; dynamic link library

2017-02-17

陳波(1987—)，男，助工，主要從事短期天氣預報工作，E-mail：554939210@qq.com。

貴州省氣象局攻關小組項目 “基于單站雷達的短時強降水預警(黔氣科合 QN[2015])”。

1003-6598(2017)03-0065-04

TP312

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