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(shù)據(jù)文件格式自動識別及軟件實現(xiàn)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(shù)據(jù)文件格式讀寫一直是影響雷達數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用的一個原因。為使從事短臨監(jiān)測的人員能更好的應(yīng)用雷達數(shù)據(jù)資料，該文通過分析我國新一代天氣雷達各種雷達基數(shù)據(jù)格式異同及國家氣象信息中心最新規(guī)定的雷達基數(shù)據(jù)傳輸文件命名規(guī)則，提出一種基于雷達基數(shù)據(jù)文件名字符串自動識別基數(shù)據(jù)格式的方法，介紹基于雷達廠商提供的動態(tài)鏈接庫接口利用Csharp語言編程實現(xiàn)對各種基數(shù)據(jù)格式自動識別和讀取方法。檢驗證明基于基數(shù)據(jù)文件名自動識別數(shù)據(jù)格式的方法可行，并在業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用。

天氣雷達；基數(shù)據(jù)格式；自動識別；動態(tài)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(chǔ)。根據(jù)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(tài)及其空間分布，便于天氣監(jiān)測員了解天氣系統(tǒng)的生消演變、移動方向及移動速度等信息，天氣雷達是監(jiān)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(shù)據(jù)支撐。

目前參與全國新一代天氣雷達組網(wǎng)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(jiān)測熱帶天氣系統(tǒng)、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(nèi)陸海拔較高地區(qū)，主要監(jiān)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(shù)據(jù)方式工作，基數(shù)據(jù)是雷達采集的原始數(shù)據(jù)，包括回波強度、徑向數(shù)據(jù)、速度譜寬等，并以二進制數(shù)據(jù)存儲。但由于雷達型號和研制廠商的不同，基數(shù)據(jù)存儲格式存在差異，造成針對某一基數(shù)據(jù)格式開發(fā)的軟件應(yīng)用到另一種基數(shù)據(jù)格式時不能兼容；因此本文研究各類雷達基數(shù)據(jù)格式的異同，利用Csharp編程語言通過識別基數(shù)據(jù)文件名從而判斷基數(shù)據(jù)格式，利用雷達廠商提供的動態(tài)庫接口方法讀取雷達數(shù)據(jù)，從而達到操縱雷達基數(shù)據(jù)的目的，開發(fā)兼容各類雷達基數(shù)據(jù)的快速查看工具。

2 新一代天氣雷達基數(shù)據(jù)格式研究

2.1 雷達型號與基數(shù)據(jù)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(xiàn)6種雷達基數(shù)據(jù)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(chǎn)，SC和CD型號雷達由成都錦江電器制造有限公司研制生產(chǎn)，WSR-88D型號雷達由美國洛克希德·馬丁公司生產(chǎn)，而CC和CCJ型號雷達由安徽四創(chuàng)電子股份有限公司研制生產(chǎn)。

2.2 基數(shù)據(jù)文件格式對比分析

雷達基數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)文件，文件字節(jié)數(shù)據(jù)量較大。根據(jù)體掃模式(VCP)的不同，雷達掃描仰角數(shù)不同和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)字節(jié)大小為11層×360方位×2 432字節(jié)(每個方向字節(jié)數(shù))≈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(jié)大小為16層×360方位×2 432字節(jié)≈13.7 MB數(shù)據(jù)。

基數(shù)據(jù)文件一般由描述區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)組成，描述區(qū)一般包括雷達參數(shù)、工作參數(shù)和掃描方式等信息，全局描述區(qū)一般位于文件頭，稱為文件頭；局部描述區(qū)一般位于徑向數(shù)據(jù)開始位置，稱為徑向頭；數(shù)據(jù)區(qū)存儲雷達觀測的三要素。

經(jīng)查閱各廠商雷達數(shù)據(jù)格式文件說明，新一代天氣雷達的6種基數(shù)據(jù)文件格式對比見表1所示。敏視達SAB格式和CAB格式基數(shù)據(jù)無文件頭，分布采用固定徑向長度2 432字節(jié)或4 132字節(jié)按低位優(yōu)先儲存；SCD格式使用文件頭(1 024字節(jié))+固定徑向長度(4 000字節(jié))按低位優(yōu)先儲存；CC1.0格式使用文件頭(1 024字節(jié))+固定徑向長度(3 000字節(jié))按低位優(yōu)先儲存，SCD格式徑向數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)沒有原始回波強度這一要素；88D格式使用文件頭(16字節(jié))+固定徑向長度(2 432字節(jié))按高位優(yōu)先儲存；CC2.0格式使用文件頭(2 060字節(jié))+可變徑向長度按低位優(yōu)先儲存。

表1 新一代天氣雷達基數(shù)據(jù)格式對比Tab.1 The new generation weather radar base data format comparison

3 基數(shù)據(jù)格式自動識別方法

3.1 基數(shù)據(jù)格式命名規(guī)則

根據(jù)國家氣象信息中心最新規(guī)定的雷達基數(shù)據(jù)傳輸文件命名規(guī)則，要求各站統(tǒng)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(nèi)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(qū)站號IIiii；yyyymmddhhMMss：為體掃結(jié)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(shù)據(jù)文件名格式命名規(guī)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(shù)據(jù)文件名字符串長度和判斷雷達型號標識符即可判別基數(shù)據(jù)格式是可行的。

3.2 基數(shù)據(jù)格式自動識別和讀取方法

研究雷達廠商提供的基數(shù)據(jù)類動態(tài)庫模塊(CINRADPolarDat.dll)發(fā)現(xiàn)，讀取雷達數(shù)據(jù)的動態(tài)庫接口函數(shù)ClsRadarPolarDat(type)的參數(shù)type值和雷達型號及標識符有如表4的對應(yīng)關(guān)系。

表4 新一代天氣雷達型號標識符與接口函數(shù)參數(shù)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(xiàn)對基數(shù)據(jù)格式自動識別和讀取方法，第一步、基于Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)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(diào)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(shù)FileName為數(shù)據(jù)路徑、type為各雷達型號對應(yīng)的數(shù)值見表4。下面介紹程序通過雷達數(shù)據(jù)文件名稱獲取type值的流程圖，如圖1所示，即獲取數(shù)據(jù)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(yīng)的type值，調(diào)用讀取方法完成基數(shù)據(jù)格式識別和讀取過程。

圖1 程序識別雷達數(shù)據(jù)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(yīng)用

隨機選取符合最新規(guī)定的雷達基數(shù)據(jù)傳輸文件命名規(guī)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(shù)據(jù)各10個，程序?qū)σ陨细袷阶R別成功率為100%，證明通過雷達數(shù)據(jù)文件名自動識別數(shù)據(jù)格式的方法是可行的；動態(tài)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(shù)據(jù)等功能，圖2為基于基數(shù)據(jù)類動態(tài)庫開發(fā)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(xiàn)役所有雷達基數(shù)據(jù)讀取顯示及實現(xiàn)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(yīng)用。

圖2 雷達基數(shù)據(jù)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(jié)

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(shù)據(jù)格式一直是影響雷達資料得到廣泛應(yīng)用的原因，本文從分析各種雷達基數(shù)據(jù)格式異同入手，通過識別雷達基數(shù)據(jù)文件名字符串中標識符讀取各類基數(shù)據(jù)格式。

②采用Csharp編程語言介紹了如何識別各類基數(shù)據(jù)格式、讀取數(shù)據(jù)的方法，并附程序?qū)崿F(xiàn)基數(shù)據(jù)格式識別和讀取流程圖，為今后從事雷達基數(shù)據(jù)研究者予以借鑒。

③基于雷達廠商提供的基數(shù)據(jù)類動態(tài)庫CINRADPolarDat.dll開發(fā)兼容現(xiàn)役所有雷達基數(shù)據(jù)的快速查看工具，為從事短臨預測預警業(yè)務(wù)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(guān)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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