一種通用天氣雷達基數據-回波圖轉換分發(fā)器的設計

謝千里 林光 朱偉偉

摘? 要：文章介紹了一種天氣雷達基數據自動轉換成圖片文件輸出的軟件的設計，該軟件可支持目前國內絕大部分天氣雷達的基數據的解析顯示，并疊加自定義地圖和主要參數文本。靈活配置的自動轉換輸出圖片功能為相關的網頁開發(fā)提供了極大的便利。

關鍵詞：天氣雷達;基數據;自動轉換

中圖分類號：U8? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）26-0045-04

Abstract： This paper introduces the design of weather radar raw data automatically converted into image files and output， the software can support the present domestic most of the weather radar raw data， according to overlay custom maps and text of the main parameters. Flexible configuration of automatic conversion output images function provides a great convenience for the web development.

Keywords： weather radar; raw data; auto converting

1 背景與現狀

天氣與人們的生活工作，項目的施工建設，陸地運輸，航空運輸等息息相關，隨著我國經濟的高速發(fā)展，天氣的影響越來越大，人們對于天氣預報也越來越依賴，而天氣預報對天氣雷達又十分依賴。氣象雷達在天氣預報和空中交通管制中的應用已到了不可或缺的地位。

由于氣象行業(yè)有各種各樣的應用需求，經常需要對氣象產品進行二次開發(fā)，例如進行天氣動態(tài)的分析，進行與飛行動態(tài)的融合顯示等。然而，在實際使用中，由于各地所安裝的氣象雷達生產廠家或型號各異，所輸出的數據格式也各不相同。解析出其基數據格式，通過配置實時轉換成通用的png圖片格式，并疊加自定義地圖和文本，自動分發(fā)至各個需要的計算機終端，可以為各種進一步的數據分析等二次開發(fā)提供極大的便利。

2 氣象雷達數據常見格式簡介

常見氣象雷達產品數據格式有如下幾種：

新一代天氣雷達體掃格式[1];

四創(chuàng)天氣雷達體掃格式;

敏視達天氣雷達體掃格式;

784廠天氣雷達體掃格式;

德國Meteor的xml天氣雷達體掃格式。

顯然，氣象雷達的數據格式五花八門，并且，它們所在的目錄，文件命名方式，出現的方式等也各不相同，所以轉換分發(fā)軟件必須進行相互獨立，高度模塊化的設計，為每一種氣象雷達量身定做其檢測更新的方式，獲取方式，解碼方式。可以根據需要不斷地擴展，進行更多的數據格式的支持。本軟件支持上述所有格式。

3 主界面設計

軟件界面如圖1所示，主界面模塊區(qū)域劃分如圖2所示，軟件分為菜單欄、基數據文件瀏覽、回波圖顯示、回波參數顯示四大部分。

菜單欄用于各種參數配置，包括系統參數，地圖設置，自動處理，地圖，顯示五個主菜單。

基數據文件瀏覽區(qū)用于列出基數據文件，雙擊某個基數據文件則馬上解碼顯示回波。

回波圖顯示區(qū)用于顯示回波圖，并疊加地圖。

通過工具欄可以選擇顯示強度回波、速度回波以及譜寬回波。可以通過仰角序號來選擇顯示某一仰角層的回波圖，或者通過CAPPI高度列表選擇某一高度的CAPPI，或組合反射率。

回波參數顯示區(qū)用于顯示回波圖的參數信息，如時間、類型、庫數、庫長等。

4 模塊設計

4.1 系統參數設置模塊

系統參數配置窗口如圖3所示，地圖投影采用蘭伯特投影，投影參數包括中心經緯度，2個標準緯度。文件路徑是要瀏覽或自動處理的雷達基數據文件根目錄。徑向數、庫長和頂高可配置，也可以勾選原始值，直接使用基數據的徑向數和庫長。如果計算機帶有支持CUDA的Nvidia顯卡，則可以勾選GPU加速，使用顯卡進行并行運算。氣象圖分辨是最終出圖的分辨率，可根據需要配置大小。

4.2 地圖繪制模塊

如圖4，地圖繪制模塊用于設置疊加在回波圖上的航圖和地圖，通過自定義具有簡單固定格式的文本，來繪制各種圖形，主要是點、多邊形和圓弧。

4.3 自動處理配置模塊

自動處理配置模塊用于程序自動輸出圖片產品，它為分三部分：數據源、輸出路徑、輸出范圍。

4.3.1 數據源配置

如圖5-a和圖5-b所示，每路氣象雷達源需配置的信息如下：

（1）名稱：輸入一個名稱，以區(qū)分不同的雷達源。

（2）類型：即天氣雷達的數據格式類型，設計為可選的下拉列表。

（3）仰角編號：用于體掃格式的解碼，一個體掃格式文件含有多個不用仰角的PPI，所以需要選擇第幾個仰角的PPI。對于其它格式，此項應選none。

（4）雷達緯度：雷達站所在位置的緯度值

（WGS84）。

（5）雷達經度：雷達站所在位置的經度值（WGS84）。

（6）雷達高度：雷達站所在位置的海拔高度。

（7）顏色表：生成的產品回波強度顏色表。

（8）時移：雷達數據源所使用的時區(qū)如果和服務器不一致，則需要配置一個時移值使之一致。

（9）獲取方式：數據源的獲取方式，有的通過FTP下載，有的通過硬盤共享或硬盤網絡映射的方式掛載到本地。所以分“FTP”和“硬盤”兩種獲取方式。

（10）文件名匹配：氣象雷達數據源的文件名匹配，采用正則表達式。

（11）IP地址：當獲取方式為FTP時，需要設置數據源FTP的IP地址。

（12）用戶名：當獲取方式為FTP時，需要設置數據源FTP的用戶名。

（13）密碼：當獲取方式為FTP時，需要設置數據源

FTP的密碼。

（14）源路徑：雷達數據源的路徑。

（15）強度文件夾：該路雷達源強度回波分發(fā)到終端的子文件夾名。

（16）速度文件夾：該路雷達源速度回波分發(fā)到終端的子文件夾名。

（17）啟用：是否激活該路數據源。

4.3.2 輸出路徑配置

界面如圖6所示，輸出方式有兩種：硬盤和FTP，可以按需要進行各參數的配置，以把產品圖片輸出至不同的地方。

4.3.3 輸出范圍配置

輸出范圍配置用于設定輸出產品的地圖位置，如圖8-a，圖8-b所示。

由于有的用戶需要的產品圖中，雷達中心點的位置不在圖片中心，或者地圖的范圍比雷達范圍不一樣，該模塊可以很靈活地配置任意范圍。通過屏幕中心經緯度和顯示的比例尺（多少個像素表示1公里）可以確定一個固定的范圍。由于雷達工作中掃描范圍會發(fā)生變化，這時生成的回波圖會超出圖片范圍，或者只占據圖片很小比例的位置，均不符合用戶需求，故設置該參數，通過基數據中的雷達掃描范圍值來觸發(fā)對應的出圖位置和范圍。對于圖7的配置，當掃描范圍為147公里時，輸出的產品圖位置和范圍為第1、第2行配置值，當掃描范圍為60公里時，輸出的產品圖位置和范圍為第3、第4行配置值。

4.4 自動任務設計

如圖9所示，打開自動運行開關后，為每一路天氣雷達創(chuàng)建一個數據更新檢測任務，進行基數據文件列表輪詢掃描，一旦檢測到新的文件，則通過FTP或硬盤復制方式下載最新文件到本地，進行解碼轉換，疊加地圖，根據輸出范圍配置列表生成各范圍產品圖，然后為每一個客戶端創(chuàng)建一個任務進行分發(fā)。

5 結束語

本軟件可以將各種不同格式的天氣雷達回波數據解析為圖片，并可疊加地圖，添加參數文字，生成不同范圍產品，發(fā)送至各個需要使用的地方。目前主要應用于空管氣象網頁中，由于其高度獨立的模塊化設計，使得其兼容與擴展性非常強，隨著需求的不斷增加，其只需要不斷地添加相應的雷達數據格式解碼模塊即可。大大地縮短了開發(fā)時間，節(jié)約了開發(fā)成本。本文提出的多任務設計結構，可以為類似的應用開發(fā)，提供一種參考。

參考文獻：

[1]陳海泉，廖仕湘.新一代天氣雷達產品數據格式分析[C]//中國氣象學會2007年年會氣象綜合探測技術分會場論文集，2007.