基于VB.NET的气象雷达拼图设计与实现
基于VB.NET的气象雷达拼图设计与实现
王钦;梁明增;张甦;潘微多
【摘 要】基于广汉机场和绵阳机场两部ADWR-X机场终端区多普勒天气雷达的产品数据,利用VB.NET为主要的软件开发平台,开发了机场区域雷达拼图系统.该系统既面向气象部门的工作人员,为飞行气象安全保障提供一个良好的平台,又面向飞行指挥人员,为其提供一个更直观的雷达产品和更便捷的访问平台.
【期刊名称】《中国民航飞行学院学报》
【年(卷),期】2017(028)002
【总页数】4页(P55-57,62)
忘记准考证号怎么查四级成绩【关键词】多普勒天气雷达;区域拼图;VB.NET编程
【作 者】王钦;梁明增;张甦;潘微多
【作者单位】中国民航飞行学院广汉分院 四川广汉618307;中国民航飞行学院广汉分院 四川广汉618307;中国民航飞行学院广汉分院 四川广汉618307;中国民航飞行学院广汉分院 四川广汉618307
【正文语种】中 文
天气雷达在临近预报中发挥着监测和预警的作用，尤其是其中强对流天气的监测以及风的测量对飞机的飞行安全尤为重要。为了克服单部气象雷达的局限性，更大幅度提升雷达的的监视作用，英国在20世纪80年代就开展了雷达拼图技术[1]。而我国的国家气象局从1998年开始部署CINRAD雷达建设后，也开展了雷达拼图技术的探索，如王凌霄等[2]针对CINRAD-S波段雷达的局限性进行了比较分析，并研究出新的三维雷达组网技术。但是，由于CINRAD-S波段的雷达波长较短，分辨率一般在1*2/1*4 km，不利于监测对民航有重要影响的局地小尺度(10 km以内)强对流天气。2000年，中国民航飞行学院分别在绵阳、广汉机场引进了ADWR-X波段机场终端区多普勒天气雷达，具有比气象局CINRAD雷达精度高、分辨率高、灵敏度高的优势。该雷达可有效探测300 km范围内的暴雨、冰雹、大面积降水，探测、监视机场进近区域范围的天气变化情况，包括小尺度的对流单体及100 km内的大气风场，但至今无人对该波段雷达进行组网拼图，并用于民航飞行安全保障业务。
与此同时，广汉和绵阳机场拥有的两部雷达在各自的正上方均存在近1 km的盲区，而该盲区正是训练飞行起落安全最重要的区域，这对保证飞行安全构成了潜在的威胁。此外，距广汉机场东部10 km处有龙泉山脉的地形遮挡（图1），导致该机场的雷达对遂宁转场航线在2 000 m附近及以下的雷达回波无法准确探测，而这个高度却是各训练分院转场飞行训练的主要高度。在雷暴多发的季节，若能及时掌握雷暴的初期生成，对于预报未来的雷暴发展、保障转场航路航空安全尤为重要，因此，有必要将两部雷达进行组网，以提高设备利用率，保障飞行安全。
基于以上需求，研制了基于X-波段新一代多普勒天气雷达回波数据的机场区域雷达拼图系统。该系统既面向气象部门的工作人员，为飞行气象安全保障提供一个良好的平台，又面向飞行指挥人员，为其提供一个更直观的雷达产品和更便捷的访问平台。
2.1 系统总体框架
中国民航飞行学院现已建成的两部ADWR-X多普勒天气雷达分别位于广汉和绵阳机场，相应的天线海拔高度为514 m和556 m。我们选择上述两部雷达反射率因子的基数据进行2 000 m和4 000 m高度上的组网拼图。整个拼图系统采用了模块化的设计思想，主要包括以
下6个子模块：雷达数据的获取（即监测拷贝雷达基数据）、数据解压解码、拼图前预处理、雷达拼图以及拼图后处理（即回波过滤）、产品输出（图2）。
2.2 数据解压、解码
雷音公司的天气雷达产品以其独特的数据存储格式存储雷达数据，因此在本地下载了两部单站雷达的PPI(反射率因子)之后，需要对资料进行解压和解码，才能得到不同仰角的反射率因子资料。
2.3 拼图前预处理
2.3.1 坐标转换
雷达探测获得的PPI资料是以固定仰角，通过锥面的方式扫描得到，因此初始资料既不在一个平面极坐标内，也不属于平面直角坐标。在对广汉和绵阳两部雷达的回波资料进行组网拼图时，应使用在同一等高平面上的PPI，所以需要对不同仰角的PPI进行插值计算，得到某一等高平面上的PPI，即CAPPI，这就是坐标转换[3]，主要实现极坐标形势的PPI数据转换成直角坐标系中的CAPPI数据。为结合广汉和绵阳机场训练飞机的需求，针对初、中
教机主要转场飞行高度在1 800-2 400 m高度，以及夏季4 000 m高度的回波对强对流天气监测与预警有非常重要的指示意义，我们通过双线性插值[4]算法，得到直角坐标系下2 000 m和4 000 m等高面上的CAPPI数据。
二年级语文期中试卷2.3.2 地图投影
由于两个雷达站CAPPI数据有着各自的局地直角坐标系，为了使得雷达拼图的空间位置精确，需要将两个雷达站的CAPPI数据经过坐标变换，统一到标准的坐标系中，也就是地图投影。
首先选定拼图中心在(31º10´52´´N，104º31´33´´E)（该系统选择的是广汉和绵阳机场直线距离的中点），分别求出单站的地理经纬度坐标，利用地图投影将地理经纬度坐标统一到标准的底图坐标系中。考虑广汉和绵阳处在中纬度地区（30°N -60°N），为了方便将雷达组网拼图与天气图对应起来，该系统选择兰伯特投影方法[5]（图3）。
经过地图投影处理之后，得到了统一的地图投影直角坐标上的CAPPI数据, 接下来就是如何将不同站点雷达的图像拼合成一幅图。雷达拼图的关键问题实际上是重叠区域回波值的确
定。目前的确定方法主要是根据雷达的探测能力、波长、离目标的距离等参数来进行综合分析, 因此重叠区域回波值确定主要有以下3种方法：最大值法、重叠区域回波值线性平均法和重叠区域回波值质量优先法[6]。
(1)最大值法：拼图过程中, 对于重叠区域两部雷达采样点的回波值进行比较, 选取回波强度较大的值作为重叠区的采样强度值。
(2)线性平均法：对两部雷达重叠区域内的采样点的回波数据进行线性平均。
(3)质量优先法：根据雷达方程, 回波与雷达的距离远近, 雷达频段不同而导致衰减程度不同等都会导致雷达回波的探测误差。所以在拼图时, 需要综合考虑，但这种算法会导致非典型性的回波计算误差。
根据上述3 种方法的特点,以及机场飞行安全保障的需要，该系统选取最大值法。
在主界面中，拼图结果显示在软件中间，并给出了广汉机场和绵阳机场的具体位置。图4所示的软件工具栏，分别包括“文件”、“设置”和“帮助”，可以进行文件搜索、选择等。主界面中还设计了拼图浏览按钮，左边为前一个时次的拼图，右边为后一个时次的拼图，广汉机
场现有的雷达WEB页面没有这一设计，预报人员要查看某一天某个时次的雷达图，需要从一开始进行翻页查看，非常不方便，本软件对此进行了改善。拼图浏览按钮右侧设置了2 000 m和4 000 m等高面拼图的选项可以自由切换查看，因为程序设置的是后台多线程画图处理，切换速度非常快。与现有的单站WEB显示相比，本系统的主界面中鼠标所指地方将显示具体经纬度信息，以及回波强度和与广汉、绵阳机场的精确距离，这一功能方便了预报人员定量做出判别。此外，图像支持缩放功能，在文件选项中还支持本地历史单站数据浏览功能。
针对中国民航飞行学院川内转场飞行训练天气的保障需要，设计了广汉和绵阳机场区域多普勒雷达拼图系统，这也是国内针对X波段高分辨率气象雷达的首次拼图。系统自投入试运行以来，运行稳定，其拼图效果明显高于气象局CINRAD-S波段雷达，更适用于民航飞行安全保障。在2015年7-8月，广汉机场多次出现傍晚局地强对流天气发展，广汉单站雷达由于盲区限制监测不到，预报员通过拼图系统很快发现了广汉机场上空的强对流发展，及时判断雷暴的移动，取得了较好的应用效果。
[1] Zhang J, Howard K, Gourley J J. Constructing three-dimensional multiple-radar reflecti
wow烹饪食谱
vity Mosaic: Examples of convective storms and stratiform rain echoes[J]. J Atmos Oceanic Technic, 2005, 10: 30-42 
[2] 王凌霄，王啸华，薛小宁，等. 新一代天气雷达观测受遮挡范围内数据插补的技术方法[J]. 气象科学，2005（4）
闽南歌曲[3] 胡胜，伍志方，刘运策，等. 新一代多普勒天气雷达广东省区域拼图初探[J]. 气象科学，2006（1）
[4] 方俊. 地图投影学[M]. 北京：科学出版社，1960
[5] 王庆东，严卫，马宁. 数字化天气雷达组网拼图算法[J]. 解放军理工大学学报（自然科学版），2002(2)
打印机打印图片中间有空白
[6] 周海光. 新一代多普勒天气雷达三维数字化拼图系统研究[J]. 计算机应用研究，2007（12）

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。