一種實時氣象組網雷達數據的三維可視化方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達數據處理領域，具體涉及一種實時氣象組網雷達數據的三維可視化方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]氣象雷達數據是新一代天氣雷達業(yè)務中的基礎數據源，其中組網雷達數據是由多個單站雷達體掃數據合成的數據，具有數據規(guī)模大的特點，能夠全方位、多尺度以及大范圍表達高空大氣變化。本發(fā)明通過對實時監(jiān)控的組網雷達數據進行預處理，建立組合反射率的空間分布關系，然后對其進行三維可視化表達，旨在為中小尺度天氣短期預報提供一種更為直觀的可視化方式，從而全面、整體地反映降雨過程中的演變與發(fā)展。
[0003]相比現有技術:
[0004](I)對于氣象雷達回波的分析，純粹的二維顯示方式，只能反映某一層的反射率分布情況，需要預報人員根據經驗對多層反射率信息進行整合，然后在大腦中構建整體分布狀態(tài)，而本發(fā)明通過對多層反射率進行空間關系構建，然后通過三維可視化技術，將多層反射率的整體分布狀態(tài)顯示在屏幕上；
[0005](2)現在大多數對氣象雷達數據進行數據處理和三維可視化研究并沒有對組網雷達回波信息進行整合，然后從整體空間分布狀況對其進行三維可視化表達，而是通過體繪制(光線投影算法)或者面繪制(移動立方體算法MC)算法，對氣象雷達數據回波強度信息轉換的格點數據進行繪制。其中張志強等人進行了三維可視化技術在雷達三維組網產品顯示的應用研究，并沒有結合回波信息的空間分布狀況進行可視化(三維可視化技術在雷達三維組網產品顯示中的運用。張志強劉黎平王紅艷2010);孟昭林(基于天氣雷達探測數據構建地理空間三維云體技術)對單站天氣雷達數據通過面繪制(移動立方體算法MC)和體繪制構建等值面體，探索三維云體技術，這兩種算法對于更大范圍組網雷達數據的處理速度不盡人意。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種實時氣象組網雷達數據的三維可視化方法及系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0008]—種實時氣象組網雷達數據的三維可視化方法，包括以下步驟:
[0009]S1、設置雷達緩存路徑radarCachepath和N個目標反射率范圍，并將反射率范圍按數組形式存儲；
[0010]S2、通過實時監(jiān)控，獲取當前顯示的組網雷達數據的路徑mosaicRadarpath，并根據組網雷達數據產生的時間以及步驟SI設置的雷達緩存路徑radarCachepath生成當前組網雷達數據的緩存路徑mosaicCachepath，判斷該緩存路徑下是否存在緩存文件，存在則進入步驟S4;不存在則進入步驟S3;
[0011]S3、計算用戶自定義的N個反射率范圍的三維格點數組，再根據組網雷達數據的分布依次對N個反射率范圍的三維格點數組進行插值，最后輸出N個反射率范圍對應的三維格點數據、三角網面片以及法向量，作為三維顯示的緩存文件；
[0012]S4、在三維地球模型上新建可視化圖層RadarsLayer，針對N個反射率范圍定義N個繪制對象，并依次加載緩存文件，最后將N個繪制對象添加到顯示圖層RadarsLayer，并針對N個繪制對象依次創(chuàng)建三角網面片的顯示列表。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:(I)采用的數據源是組網雷達數據，對雷達反射率的發(fā)展與變化進行更大范圍的實時監(jiān)控；(2)由于組網雷達數據一般都是由多個單站雷達站數據(每六分鐘體掃一次)經過一些方法合成而來，可想而知數據規(guī)模相當龐大，而部分反射率的發(fā)展與變化才是預報人員和研究人員所關注的，因此本發(fā)明從該角度出發(fā)，根據用戶自定義反射率范圍，有針對性地進行可視化監(jiān)測，此外，經過對組網雷達反射率的劃分與整合，縮小了數據規(guī)模，大大提升了數據處理和三維繪制的效率；(3)在數據處理方面，并未使用傳統(tǒng)的體繪制與面繪制算法，直接根據用戶自定義反射率范圍獲取目標處理數據源，然后根據組網雷達數據的分布進行插值，三角化，快速且直觀地形成了組網雷達數據的當前形態(tài)。
[0014]在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0015]進一步的，所述步驟S3具體包括以下步驟:
[0016]S3.1、解析組網雷達數據，獲取各層反射率、經度最大值fXMax、經度最小值fXMin、瑋度最大值fYMax、經度最小值fYMin以及經度行列數P、瑋度行列數Q，計算經度方向的分辨率 resolut1nCol、瑋度方向的分辨率 resolut1nRow;
[0017]S3.2、遍歷組網雷達數據各層反射率，排除無效的反射率，根據經度最小值fXMin、瑋度最大值fYMax和經度方向的分辨率resolut1nCol、瑋度方向的分辨率resolut1nRow，計算用戶自定義的N個反射率范圍的三維格點數組，且所有三維格點數組經度行列數均為P、瑋度行列數均為Q;
[0018]S3.3、依次對上一步中得到的N個反射率范圍對應的三維格點數組構建三角網，遍歷三角網中的三角形，根據組網雷達數據的分布進行插值，最后輸出N個反射率范圍對應的三維格點數據、三角網面片以及法向量，作為三維顯示的緩存文件。
[0019]進一步的，所述步驟S3.2中計算用戶自定義的N個反射率范圍的三維格點數組，三維格點數組中的每一個格點數據的具體計算方法是:
[0020]X = fXMin+resolut1nCol*col，
[0021]Y = fYMax-re soIut i onRow*row,
[0022]Z = Elevat1ni,
[0023 ]其中X為當前格點經度，Y為當前格點瑋度，Z為當前格點的高程，Co I為組網雷達數據當前層的列號，row為組網雷達數據當前層的行號。
[0024]進一步的，所述步驟S3.3具體包括以下幾個步驟:
[0025]S3.31、依次對步驟S3.2中得到的N個反射率范圍對應的三維格點數組構建三角網，遍歷三角網中的三角形，并計算每個三角形與格網中心線的交線獲得該網格處的高程值Zmn，將高程值Zmn插入到相應的三維格點數組中；
[0026]S3.32、依次對進行插值處理后的N個三維格點數組進行三角網重構，計算三角網中每個三角形頂點的法向量，并對法向量進行歸一化處理；
[0027]S3.33、依次輸出N個反射率范圍對應的三維格點數據、三角網面片以及法向量，作為三維顯示的緩存文件。
[0028]進一步的，所述步驟S4是在基于World Wind平臺的條件下進行的。
[0029]采用上述進一步方案的有益效果是:在繪制過程中，使用OpengGL(World Wind的繪制是基于OpengGL庫進行繪制)顯示列表的設計優(yōu)化繪制性能，由于對于同一個顯示列表，創(chuàng)建后不能修改，因此在進行可視化表達后，用戶進行平移、旋轉等瀏覽操作比瞬時方式快。
[0030]進一步的，所述N2 3。
[0031]一種實時氣象組網雷達數據的三維可視化系統(tǒng)，包括以下模塊:
[0032]初始化模塊，用于設置組網雷達數據保存路徑radarpath以及緩存路徑radarCachepath，設置N個目標反射率范圍，并將反射率范圍按數組形式存儲；
[0033]緩存文件判斷模塊，用于通過實時監(jiān)控，獲取當前顯示的組網雷達數據的路徑mosaicRadarpath，并根據組網雷達數據產生的時間以及初始化模塊設置的雷達緩存路徑radarCachepath生成當前組網雷達數據的緩存路徑mosaicCachepath，判斷該緩存路徑下是否存在緩存文件，存在則調用三維顯示模塊;不存在則調用緩存文件生成模塊；
[0034]緩存文件生成模塊，用于計算用戶自定義的N個反射率范圍的三維格點數組，再根據組網雷達數據的分布依次對N個反射率范圍的三維格點數組進行插值，最后輸出N個反射率范圍對應的三維格點數據、三角網面片以及法向量，作為三維顯示的緩存文件；
[0035]三維顯示模塊，用于在三維地球模型上新建可視化圖層RadarsLay er，針對N個反射率范圍定義N個繪制對象，并依次加載步驟S5中生成的三維顯示的緩存文件，最后將N個繪制對象添加到顯示圖層RadarsLayer，并針對N個繪制對象依次創(chuàng)建三角網面片的顯示列表。
[0036]進一步的，所述緩存文件生成模塊具體包括以下幾個模塊:
[0037]組網雷達數據計算模塊，用于解析組網雷達文件，獲取各層反射率、經度最大值fXMax、經度最小值fXMin、瑋度最大值fYMax、經度最小值fYMin以及經度行列數P、瑋度行列數Q，計算經度方向的分辨率resolut1nCol、瑋度方向的分辨率resolut1nRow;
[0038]三維格點數組計算模塊，用于遍歷組網雷達數據各層反射率，排除無效的反射率，根據經度最小值fXMin、瑋度最大值fYMax和經度方向的分辨率resolut1nCol、瑋度方向的分辨率resolut1nRow，計算用戶自定義的N個反射率范圍的三維格點數組，且所有三維格點數組經度行列數均為P、瑋度行列數均為Q;
[0039]插值計算及輸出模塊，用于對三維格點數組計算模塊計算得到的N個反射率范圍對應的三維格點數組構建三角網，遍歷三角網中的三角形，根據組網雷達數據的分布進行插值，最后輸出N個反射率范圍對