專利名稱：基于gis的雷達(dá)預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多普勒天氣雷達(dá)信息應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
"雷達(dá)回波強(qiáng)度圖"是眾多氣象雷達(dá)產(chǎn)品中應(yīng)用最廣的一種，它是雷達(dá)掃描后形成的以 雷達(dá)站為原點(diǎn)、探測(cè)半徑為200多公里的極坐標(biāo)圖像。目前由氣象部門(mén)公開(kāi)提供給各界使用 的這種傳統(tǒng)雷達(dá)回波圖，盡管有的疊加了行政區(qū)劃，有的拼接成"雷達(dá)拼圖"，但都難以對(duì)其 施行通常意義上的信息讀取和加工處理操作，雷達(dá)回波圖像本身蘊(yùn)含的豐富數(shù)字化信息很難 得到計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的支持。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有氣象雷達(dá)技術(shù)的研究與應(yīng)用基本上僅局限于氣象部門(mén)內(nèi)部，主要用于天氣預(yù)報(bào)， 特別是短時(shí)臨近預(yù)報(bào)等氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)域，不利于雷達(dá)高科技產(chǎn)品向國(guó)民經(jīng)濟(jì)其它部門(mén)的延伸應(yīng) 用。隨著國(guó)家投資的全國(guó)性多普勒天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立和完善，天氣雷達(dá)信息的應(yīng)用已經(jīng) 越來(lái)越廣泛，單純圖片形式的雷達(dá)圖像已經(jīng)難以滿足普通用戶獲取雷達(dá)信息的需求。
氣象部門(mén)的個(gè)別單位也開(kāi)發(fā)基于GIS的雷達(dá)信息應(yīng)用系統(tǒng)，可以珠海市氣象局的"基于 GIS的雷達(dá)回波自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)"為代表。該系統(tǒng)使GIS資料跟雷達(dá)資料結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)雷達(dá) 回波在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)達(dá)到一定面積和強(qiáng)度時(shí)自動(dòng)報(bào)警功能，起到了主動(dòng)提醒當(dāng)班預(yù)報(bào)員的作用， 減少了遺漏危險(xiǎn)天氣的幾率，同時(shí)也減輕了預(yù)報(bào)員的值班壓力。該系統(tǒng)采用ESRI公司的shp、 shx格式文件操作和映射表技術(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)資料與GIS地理信息的結(jié)合；對(duì)雷達(dá)回波資料則是 直接引用，未見(jiàn)進(jìn)行任何技術(shù)處理，例如對(duì)非降雨雜波(主要是地物回波)沒(méi)有進(jìn)行鑒別， 對(duì)與回波強(qiáng)度相關(guān)的降雨?duì)顩r沒(méi)有進(jìn)行判斷分析等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，該方^^有 利于在GIS平臺(tái)上進(jìn)行地物回波的甄別和降雨量的估測(cè)。
為實(shí)現(xiàn)上述之目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這種基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，其特征
在于包括以下步驟
(1) 對(duì)雷達(dá)回波原始圖片進(jìn)行解析，得到雷達(dá)回波信息；
(2) 計(jì)算指定時(shí)刻雷達(dá)圖覆蓋范圍內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最大雷達(dá)回波值；
(3) 進(jìn)行雷達(dá)回波是降雨回波還是地物回波的鑒別，排除地物回波；
(4) 根據(jù)最大雷達(dá)回波值定量估算未來(lái)一定時(shí)間范圍內(nèi)的降雨量；
(5) 在雷達(dá)拼圖上采用矢量疊加的方式，對(duì)于范圍重疊的區(qū)域，以較大的回波值作為該處的回波。
本發(fā)明的有益效果是對(duì)雷達(dá)原圖片進(jìn)行矢量化，結(jié)合GIS技術(shù)，將矢量化后的雷達(dá)圖信 息疊加到GIS系統(tǒng)中，從而可以充分利用GIS技術(shù)對(duì)雷達(dá)圖實(shí)行縮放、移動(dòng)、定位、定點(diǎn)査 詢、統(tǒng)計(jì)査詢等操作。同時(shí)，將雷達(dá)圖與地圖進(jìn)行配準(zhǔn)，并根據(jù)雷達(dá)回波強(qiáng)度信息，定量推 算出回波所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)未來(lái)一定時(shí)間范圍內(nèi)的最大雨強(qiáng)，同時(shí)進(jìn)行雷達(dá)回波是降雨回波還是地物 回波的檢驗(yàn)甄別。此外，將多站的雷達(dá)圖矢量化，對(duì)覆蓋區(qū)域進(jìn)行矢量元素的拼接合成，就 可生成雷達(dá)回波拼圖。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明方法的系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，包括以下步驟-
(1) 對(duì)雷達(dá)回波原始圖片進(jìn)行解析，得到雷達(dá)回波信息
(2) 計(jì)算指定時(shí)刻雷達(dá)圖覆蓋范圍內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最大雷達(dá)回波值；
(3) 進(jìn)行雷達(dá)回波是降雨回波還是地物回波的鑒別，排除地物回波；
(4) 根據(jù)最大雷達(dá)回波值定量估算未來(lái)一定時(shí)間范圍內(nèi)的降雨量；
(5) 在雷達(dá)拼圖上釆用矢量疊加的方式，對(duì)于范圍重疊的區(qū)域，以較大的回波值作為該 處的回波。
步驟(1)的實(shí)現(xiàn)方法是建立雷達(dá)回波與顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系表；逐行遍歷雷達(dá)回波原始原圖 的像素點(diǎn)，用像素點(diǎn)的顏色信息從雷達(dá)回波與顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系表中査取回波值，將解析出來(lái)的 回波值保存到二進(jìn)制文件中。該二進(jìn)制文件還保存有雷達(dá)回波原始圖片的大小、雷達(dá)站覆蓋 的經(jīng)緯度位置范圍等信息。
步驟(2)的實(shí)現(xiàn)方法是遍歷鄉(xiāng)鎮(zhèn)圖層的各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)面，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面圖元均有方形邊界，以 0.05經(jīng)緯度的間隔逐行遍歷各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面的方形邊界，判斷該點(diǎn)是否在不規(guī)則的鄉(xiāng)鎮(zhèn)面內(nèi)，如果 在鄉(xiāng)鎮(zhèn)面內(nèi)且該點(diǎn)在雷達(dá)圖覆蓋范圍內(nèi)，則把該經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算成雷達(dá)圖的像素坐標(biāo)索引 點(diǎn)，算法如下-
已知雷達(dá)圖左下角對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)是(mixX， minY)，右上角的經(jīng)諱度坐標(biāo)(maxX， maxY)，雷達(dá)圖寬度width，高度height，掃描點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)(x， y)，
要求的經(jīng)緯度點(diǎn)對(duì)應(yīng)到雷達(dá)圖上的像素索引坐標(biāo)(pixelX， pixelY)為 pixelX=(int)((width/(maxX- mixX)) * (x - mixX)); pixelY=(int)(( height/( maxY- minY))*( maxY-y));得到像素索引坐標(biāo)后即可取出雷達(dá)回波的顏色信息，得到像素坐標(biāo)索引點(diǎn)后即可取出雷 達(dá)回波的顏色信息，從建立的雷達(dá)回波與雷達(dá)圖顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系表中査出對(duì)應(yīng)的回波值。再 進(jìn)行雷達(dá)回波是降雨回波還是地物回波的鑒別，然后計(jì)算求取對(duì)應(yīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的估測(cè)雨量。
雷達(dá)回波圖上出現(xiàn)地物回波是難以避免的，即使是晴天也會(huì)有地物回波存在。本發(fā)明在 充分理解天氣雷達(dá)測(cè)雨原理的基礎(chǔ)上，采取行之有效的方法鑒別地物回波。在本發(fā)明的較佳 實(shí)施例中，步驟(3)中地物回波的鑒別方法共有"鄉(xiāng)鎮(zhèn)回波率頻數(shù)分析法"和"A、 B兩類 鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法"兩種。鑒別時(shí)首先進(jìn)行"鄉(xiāng)鎮(zhèn)回波率頻數(shù)分析法"的檢驗(yàn)，方法是如果 本系統(tǒng)提供的鄉(xiāng)鎮(zhèn)回波率統(tǒng)計(jì)表中的特征回波率出現(xiàn)頻數(shù)未超過(guò)臨界值，判斷所出現(xiàn)的回波 是地物回波，不需要計(jì)算雨量；如果特征回波率出現(xiàn)頻數(shù)超過(guò)了某臨界值，則有些省份如廣 東、浙江的雷達(dá)系統(tǒng)直接估算雨量，而有些省份如福建雷達(dá)系統(tǒng)則需要再通過(guò)"A、 B兩類鄉(xiāng) 鎮(zhèn)回波率統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法"才能確定什么情況下需要估算雨量，以排除雷達(dá)仰角和特殊地形等因 素的干擾。
在歩驟(4)中，降雨量采用以下公式估算 Z=ARb
其中，Z表示回波強(qiáng)度，R表示降雨強(qiáng)度，A、 b為與降雨類型、季節(jié)和地域因素有關(guān)的 系數(shù)。由于Z二ARb關(guān)系公式隨降雨類型或季節(jié)的變化大，故按5 — 8月主汛期的"估測(cè)最大 雨強(qiáng)"計(jì)算公式為Z-10R26，其它月份則為Z-10R"處理。為了提高定量估算雨量的精度， 系統(tǒng)還采用"系數(shù)校準(zhǔn)法"，用實(shí)測(cè)雨量資料對(duì)雷達(dá)回波定量估算的降雨量進(jìn)行補(bǔ)充訂正。 "估測(cè)最大雨強(qiáng)"的方案制定-
由雷達(dá)回波強(qiáng)度估算的雨量和地面雨量站實(shí)際觀測(cè)的雨量之間的誤差是難以避免的。誤 差有正有負(fù)，為了滿足防汛減災(zāi)工作的需求，本發(fā)明經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試和驗(yàn)證，確定Z二ARb算 式中的回波強(qiáng)度Z取"鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大回波率"，降雨強(qiáng)度R定位成"估測(cè)最大雨強(qiáng)"。 一般要求"估 測(cè)最大雨強(qiáng)"大于實(shí)測(cè)雨強(qiáng)的比例要在85 — 90%以上，同時(shí)要求兩者的總平均誤差盡可能的 小，以此來(lái)控制"估測(cè)最大雨強(qiáng)"算法的精度。
以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超 出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，其特征在于包括以下步驟(1)對(duì)雷達(dá)回波原始圖片進(jìn)行解析，得到雷達(dá)回波信息；(2)計(jì)算指定時(shí)刻雷達(dá)圖覆蓋范圍內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最大雷達(dá)回波值；(3)進(jìn)行雷達(dá)回波是降雨回波還是地物回波的鑒別，排除地物回波；(4)根據(jù)最大雷達(dá)回波值定量估算未來(lái)一定時(shí)間范圍內(nèi)的降雨量；(5)在雷達(dá)拼圖上采用矢量疊加的方式，對(duì)于范圍重疊的區(qū)域，以較大的回波值作為該處的回波。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，其特征在于步驟(1)的實(shí)現(xiàn)方 法是建立雷達(dá)回波與雷達(dá)圖顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系表；逐行遍歷雷達(dá)回波原始原圖的像素點(diǎn)，用 像素點(diǎn)的顏色信息從所述的對(duì)應(yīng)關(guān)系表中查取回波值，將解析出來(lái)的回波值保存到二進(jìn)制文 件中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，其特征在于步驟(2)的實(shí)現(xiàn)方 法是遍歷鄉(xiāng)鎮(zhèn)圖層的各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)面，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面圖元均有方形邊界，以單位經(jīng)緯度的間隔逐行 遍歷各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面的方形邊界，判斷該點(diǎn)是否在不規(guī)則的鄉(xiāng)鎮(zhèn)面內(nèi)，如果在鄉(xiāng)鎮(zhèn)面內(nèi)且該點(diǎn)在雷 達(dá)圖覆蓋范圍內(nèi)，則把該經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算成雷達(dá)圖的像素坐標(biāo)索引點(diǎn)；得到像素坐標(biāo)索引 點(diǎn)后即可取出雷達(dá)回波的顏色信息，從建立的雷達(dá)回波與雷達(dá)圖顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系表中査出對(duì) 應(yīng)的回波值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，其特^E在于步驟(3)中，地物 回波的鑒別方法主要是如果鄉(xiāng)鎮(zhèn)回波率統(tǒng)計(jì)表中的特征回波率出現(xiàn)頻數(shù)未超過(guò)設(shè)定臨界值， 判斷所出現(xiàn)的回波是地物回波，不需要計(jì)算降雨量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，其特征在于在步驟(4)中，降 雨量采用以下公式估算Z=ARb
全文摘要
本發(fā)明涉及多普勒天氣雷達(dá)信息應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種基于GIS的雷達(dá)預(yù)警方法，包括以下步驟(1)對(duì)雷達(dá)回波原始圖片進(jìn)行解析，得到雷達(dá)回波信息；(2)計(jì)算指定時(shí)刻雷達(dá)圖覆蓋范圍內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最大雷達(dá)回波值；(3)進(jìn)行雷達(dá)回波是降雨回波還是地物回波的鑒別，排除地物回波；(4)根據(jù)最大雷達(dá)回波值定量估算未來(lái)一定時(shí)間范圍內(nèi)的降雨量；(5)在雷達(dá)拼圖上采用矢量疊加的方式，對(duì)于范圍重疊的區(qū)域，以較大的回波值作為該處的回波。該方法有利于在GIS平臺(tái)上進(jìn)行地物回波的甄別和降雨量的估測(cè)。
文檔編號(hào)G01S13/00GK101533095SQ20091011148
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者湯成鋒 申請(qǐng)人:福州四創(chuàng)軟件開(kāi)發(fā)有限公司