一种通用天气雷达基数据-回波图转换分发器的设计

谢千里 林光 朱伟伟

摘  要：文章介绍了一种天气雷达基数据自动转换成图片文件输出的软件的设计，该软件可支持目前国内绝大部分天气雷达的基数据的解析显示，并叠加自定义地图和主要参数文本。灵活配置的自动转换输出图片功能为相关的网页开发提供了极大的便利。

关键词：天气雷达;基数据;自动转换

中图分类号：U8           文献标志码：A 文章编号：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 背景与现状

天气与人们的生活工作，项目的施工建设，陆地运输，航空运输等息息相关，随着我国经济的高速发展，天气的影响越来越大，人们对于天气预报也越来越依赖，而天气预报对天气雷达又十分依赖。气象雷达在天气预报和空中交通管制中的应用已到了不可或缺的地位。

由于气象行业有各种各样的应用需求，经常需要对气象产品进行二次开发，例如进行天气动态的分析，进行与飞行动态的融合显示等。然而，在实际使用中，由于各地所安装的气象雷达生产厂家或型号各异，所输出的数据格式也各不相同。解析出其基数据格式，通过配置实时转换成通用的png图片格式，并叠加自定义地图和文本，自动分发至各个需要的计算机终端，可以为各种进一步的数据分析等二次开发提供极大的便利。

2 气象雷达数据常见格式简介

常见气象雷达产品数据格式有如下几种：

新一代天气雷达体扫格式[1];

四创天气雷达体扫格式;

敏视达天气雷达体扫格式;

784厂天气雷达体扫格式;

德国Meteor的xml天气雷达体扫格式。

显然，气象雷达的数据格式五花八门，并且，它们所在的目录，文件命名方式，出现的方式等也各不相同，所以转换分发软件必须进行相互独立，高度模块化的设计，为每一种气象雷达量身定做其检测更新的方式，获取方式，解码方式。可以根据需要不断地扩展，进行更多的数据格式的支持。本软件支持上述所有格式。

3 主界面设计

软件界面如图1所示，主界面模块区域划分如图2所示，软件分为菜单栏、基数据文件浏览、回波图显示、回波参数显示四大部分。

菜单栏用于各种参数配置，包括系统参数，地图设置，自动处理，地图，显示五个主菜单。

基数据文件浏览区用于列出基数据文件，双击某个基数据文件则马上解码显示回波。

回波图显示区用于显示回波图，并叠加地图。

通过工具栏可以选择显示强度回波、速度回波以及譜宽回波。可以通过仰角序号来选择显示某一仰角层的回波图，或者通过CAPPI高度列表选择某一高度的CAPPI，或组合反射率。

回波参数显示区用于显示回波图的参数信息，如时间、类型、库数、库长等。

4 模块设计

4.1 系统参数设置模块

系统参数配置窗口如图3所示，地图投影采用兰伯特投影，投影参数包括中心经纬度，2个标准纬度。文件路径是要浏览或自动处理的雷达基数据文件根目录。径向数、库长和顶高可配置，也可以勾选原始值，直接使用基数据的径向数和库长。如果计算机带有支持CUDA的Nvidia显卡，则可以勾选GPU加速，使用显卡进行并行运算。气象图分辨是最终出图的分辨率，可根据需要配置大小。

4.2 地图绘制模块

如图4，地图绘制模块用于设置叠加在回波图上的航图和地图，通过自定义具有简单固定格式的文本，来绘制各种图形，主要是点、多边形和圆弧。

4.3 自动处理配置模块

自动处理配置模块用于程序自动输出图片产品，它为分三部分：数据源、输出路径、输出范围。

4.3.1 数据源配置

如图5-a和图5-b所示，每路气象雷达源需配置的信息如下：

（1）名称：输入一个名称，以区分不同的雷达源。

（2）类型：即天气雷达的数据格式类型，设计为可选的下拉列表。

（3）仰角编号：用于体扫格式的解码，一个体扫格式文件含有多个不用仰角的PPI，所以需要选择第几个仰角的PPI。对于其它格式，此项应选none。

（4）雷达纬度：雷达站所在位置的纬度值

（WGS84）。

（5）雷达经度：雷达站所在位置的经度值（WGS84）。

（6）雷达高度：雷达站所在位置的海拔高度。

（7）颜色表：生成的产品回波强度颜色表。

（8）时移：雷达数据源所使用的时区如果和服务器不一致，则需要配置一个时移值使之一致。

（9）获取方式：数据源的获取方式，有的通过FTP下载，有的通过硬盘共享或硬盘网络映射的方式挂载到本地。所以分“FTP”和“硬盘”两种获取方式。

（10）文件名匹配：气象雷达数据源的文件名匹配，采用正则表达式。

（11）IP地址：当获取方式为FTP时，需要设置数据源FTP的IP地址。

（12）用户名：当获取方式为FTP时，需要设置数据源FTP的用户名。

（13）密码：当获取方式为FTP时，需要设置数据源

FTP的密码。

（14）源路径：雷达数据源的路径。

（15）强度文件夹：该路雷达源强度回波分发到终端的子文件夹名。

（16）速度文件夹：该路雷达源速度回波分发到终端的子文件夹名。

（17）启用：是否激活该路数据源。

4.3.2 输出路径配置

界面如图6所示，输出方式有两种：硬盘和FTP，可以按需要进行各参数的配置，以把产品图片输出至不同的地方。

4.3.3 输出范围配置

输出范围配置用于设定输出产品的地图位置，如图8-a，图8-b所示。

由于有的用户需要的产品图中，雷达中心点的位置不在图片中心，或者地图的范围比雷达范围不一样，该模块可以很灵活地配置任意范围。通过屏幕中心经纬度和显示的比例尺（多少个像素表示1公里）可以确定一个固定的范围。由于雷达工作中扫描范围会发生变化，这时生成的回波图会超出图片范围，或者只占据图片很小比例的位置，均不符合用户需求，故设置该参数，通过基数据中的雷达扫描范围值来触发对应的出图位置和范围。对于图7的配置，当扫描范围为147公里时，输出的产品图位置和范围为第1、第2行配置值，当扫描范围为60公里时，输出的产品图位置和范围为第3、第4行配置值。

4.4 自動任务设计

如图9所示，打开自动运行开关后，为每一路天气雷达创建一个数据更新检测任务，进行基数据文件列表轮询扫描，一旦检测到新的文件，则通过FTP或硬盘复制方式下载最新文件到本地，进行解码转换，叠加地图，根据输出范围配置列表生成各范围产品图，然后为每一个客户端创建一个任务进行分发。

5 结束语

本软件可以将各种不同格式的天气雷达回波数据解析为图片，并可叠加地图，添加参数文字，生成不同范围产品，发送至各个需要使用的地方。目前主要应用于空管气象网页中，由于其高度独立的模块化设计，使得其兼容与扩展性非常强，随着需求的不断增加，其只需要不断地添加相应的雷达数据格式解码模块即可。大大地缩短了开发时间，节约了开发成本。本文提出的多任务设计结构，可以为类似的应用开发，提供一种参考。

参考文献：

[1]陈海泉，廖仕湘.新一代天气雷达产品数据格式分析[C]//中国气象学会2007年年会气象综合探测技术分会场论文集，2007.