专利名称：基于gis的雷达预警方法
技术领域：
本发明涉及多普勒天气雷达信息应用领域，特别是一种基于GIS的雷达预警方法。
背景技术：
"雷达回波强度图"是众多气象雷达产品中应用最广的一种，它是雷达扫描后形成的以 雷达站为原点、探测半径为200多公里的极坐标图像。目前由气象部门公开提供给各界使用 的这种传统雷达回波图，尽管有的叠加了行政区划，有的拼接成"雷达拼图"，但都难以对其 施行通常意义上的信息读取和加工处理操作，雷达回波图像本身蕴含的丰富数字化信息很难 得到计算机应用系统的支持。
国内现有气象雷达技术的研究与应用基本上仅局限于气象部门内部，主要用于天气预报， 特别是短时临近预报等气象业务领域，不利于雷达高科技产品向国民经济其它部门的延伸应 用。随着国家投资的全国性多普勒天气雷达监测网的建立和完善，天气雷达信息的应用已经 越来越广泛，单纯图片形式的雷达图像已经难以满足普通用户获取雷达信息的需求。
气象部门的个别单位也开发基于GIS的雷达信息应用系统，可以珠海市气象局的"基于 GIS的雷达回波自动报警系统"为代表。该系统使GIS资料跟雷达资料结合，实现了当雷达 回波在预设区域内达到一定面积和强度时自动报警功能，起到了主动提醒当班预报员的作用， 减少了遗漏危险天气的几率，同时也减轻了预报员的值班压力。该系统采用ESRI公司的shp、 shx格式文件操作和映射表技术实现雷达资料与GIS地理信息的结合；对雷达回波资料则是 直接引用，未见进行任何技术处理，例如对非降雨杂波(主要是地物回波)没有进行鉴别， 对与回波强度相关的降雨状况没有进行判断分析等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于GIS的雷达预警方法，该方^^有 利于在GIS平台上进行地物回波的甄别和降雨量的估测。
为实现上述之目的，本发明采用的技术方案是这种基于GIS的雷达预警方法，其特征
在于包括以下步骤
(1) 对雷达回波原始图片进行解析，得到雷达回波信息；
(2) 计算指定时刻雷达图覆盖范围内各乡镇的最大雷达回波值；
(3) 进行雷达回波是降雨回波还是地物回波的鉴别，排除地物回波；
(4) 根据最大雷达回波值定量估算未来一定时间范围内的降雨量；
(5) 在雷达拼图上采用矢量叠加的方式，对于范围重叠的区域，以较大的回波值作为该处的回波。
本发明的有益效果是对雷达原图片进行矢量化，结合GIS技术，将矢量化后的雷达图信 息叠加到GIS系统中，从而可以充分利用GIS技术对雷达图实行縮放、移动、定位、定点査 询、统计査询等操作。同时，将雷达图与地图进行配准，并根据雷达回波强度信息，定量推 算出回波所在乡镇未来一定时间范围内的最大雨强，同时进行雷达回波是降雨回波还是地物 回波的检验甄别。此外，将多站的雷达图矢量化，对覆盖区域进行矢量元素的拼接合成，就 可生成雷达回波拼图。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明方法的系统原理图。
具体实施例方式
本发明的基于GIS的雷达预警方法，包括以下步骤-
(1) 对雷达回波原始图片进行解析，得到雷达回波信息
(2) 计算指定时刻雷达图覆盖范围内各乡镇的最大雷达回波值；
(3) 进行雷达回波是降雨回波还是地物回波的鉴别，排除地物回波；
(4) 根据最大雷达回波值定量估算未来一定时间范围内的降雨量；
(5) 在雷达拼图上釆用矢量叠加的方式，对于范围重叠的区域，以较大的回波值作为该 处的回波。
步骤(1)的实现方法是建立雷达回波与颜色对应关系表；逐行遍历雷达回波原始原图 的像素点，用像素点的颜色信息从雷达回波与颜色对应关系表中査取回波值，将解析出来的 回波值保存到二进制文件中。该二进制文件还保存有雷达回波原始图片的大小、雷达站覆盖 的经纬度位置范围等信息。
步骤(2)的实现方法是遍历乡镇图层的各个乡镇面，各乡镇面图元均有方形边界，以 0.05经纬度的间隔逐行遍历各乡镇面的方形边界，判断该点是否在不规则的乡镇面内，如果 在乡镇面内且该点在雷达图覆盖范围内，则把该经纬度坐标点计算成雷达图的像素坐标索引 点，算法如下-
已知雷达图左下角对应的经纬度坐标是(mixX， minY)，右上角的经讳度坐标(maxX， maxY)，雷达图宽度width，高度height，扫描点经纬度坐标(x， y)，
要求的经纬度点对应到雷达图上的像素索引坐标(pixelX， pixelY)为 pixelX=(int)((width/(maxX- mixX)) * (x - mixX)); pixelY=(int)(( height/( maxY- minY))*( maxY-y));得到像素索引坐标后即可取出雷达回波的颜色信息，得到像素坐标索引点后即可取出雷 达回波的颜色信息，从建立的雷达回波与雷达图颜色的对应关系表中査出对应的回波值。再 进行雷达回波是降雨回波还是地物回波的鉴别，然后计算求取对应乡镇的估测雨量。
雷达回波图上出现地物回波是难以避免的，即使是晴天也会有地物回波存在。本发明在 充分理解天气雷达测雨原理的基础上，采取行之有效的方法鉴别地物回波。在本发明的较佳 实施例中，步骤(3)中地物回波的鉴别方法共有"乡镇回波率频数分析法"和"A、 B两类 乡镇统计检验法"两种。鉴别时首先进行"乡镇回波率频数分析法"的检验，方法是如果 本系统提供的乡镇回波率统计表中的特征回波率出现频数未超过临界值，判断所出现的回波 是地物回波，不需要计算雨量；如果特征回波率出现频数超过了某临界值，则有些省份如广 东、浙江的雷达系统直接估算雨量，而有些省份如福建雷达系统则需要再通过"A、 B两类乡 镇回波率统计检验法"才能确定什么情况下需要估算雨量，以排除雷达仰角和特殊地形等因 素的干扰。
在歩骤(4)中，降雨量采用以下公式估算 Z=ARb
其中，Z表示回波强度，R表示降雨强度，A、 b为与降雨类型、季节和地域因素有关的 系数。由于Z二ARb关系公式随降雨类型或季节的变化大，故按5 — 8月主汛期的"估测最大 雨强"计算公式为Z-10R26，其它月份则为Z-10R"处理。为了提高定量估算雨量的精度， 系统还采用"系数校准法"，用实测雨量资料对雷达回波定量估算的降雨量进行补充订正。 "估测最大雨强"的方案制定-
由雷达回波强度估算的雨量和地面雨量站实际观测的雨量之间的误差是难以避免的。误 差有正有负，为了满足防汛减灾工作的需求，本发明经过反复测试和验证，确定Z二ARb算 式中的回波强度Z取"乡镇最大回波率"，降雨强度R定位成"估测最大雨强"。 一般要求"估 测最大雨强"大于实测雨强的比例要在85 — 90%以上，同时要求两者的总平均误差尽可能的 小，以此来控制"估测最大雨强"算法的精度。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超 出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种基于GIS的雷达预警方法，其特征在于包括以下步骤(1)对雷达回波原始图片进行解析，得到雷达回波信息；(2)计算指定时刻雷达图覆盖范围内各乡镇的最大雷达回波值；(3)进行雷达回波是降雨回波还是地物回波的鉴别，排除地物回波；(4)根据最大雷达回波值定量估算未来一定时间范围内的降雨量；(5)在雷达拼图上采用矢量叠加的方式，对于范围重叠的区域，以较大的回波值作为该处的回波。
2、 根据权利要求1所述的基于GIS的雷达预警方法，其特征在于步骤(1)的实现方 法是建立雷达回波与雷达图颜色的对应关系表；逐行遍历雷达回波原始原图的像素点，用 像素点的颜色信息从所述的对应关系表中查取回波值，将解析出来的回波值保存到二进制文 件中。
3、 根据权利要求1所述的基于GIS的雷达预警方法，其特征在于步骤(2)的实现方 法是遍历乡镇图层的各个乡镇面，各乡镇面图元均有方形边界，以单位经纬度的间隔逐行 遍历各乡镇面的方形边界，判断该点是否在不规则的乡镇面内，如果在乡镇面内且该点在雷 达图覆盖范围内，则把该经纬度坐标点计算成雷达图的像素坐标索引点；得到像素坐标索引 点后即可取出雷达回波的颜色信息，从建立的雷达回波与雷达图颜色的对应关系表中査出对 应的回波值。
4、 根据权利要求1所述的基于GIS的雷达预警方法，其特^E在于步骤(3)中，地物 回波的鉴别方法主要是如果乡镇回波率统计表中的特征回波率出现频数未超过设定临界值， 判断所出现的回波是地物回波，不需要计算降雨量。
5、 根据权利要求1所述的基于GIS的雷达预警方法，其特征在于在步骤(4)中，降 雨量采用以下公式估算Z=ARb
全文摘要
本发明涉及多普勒天气雷达信息应用领域，特别是一种基于GIS的雷达预警方法，包括以下步骤(1)对雷达回波原始图片进行解析，得到雷达回波信息；(2)计算指定时刻雷达图覆盖范围内各乡镇的最大雷达回波值；(3)进行雷达回波是降雨回波还是地物回波的鉴别，排除地物回波；(4)根据最大雷达回波值定量估算未来一定时间范围内的降雨量；(5)在雷达拼图上采用矢量叠加的方式，对于范围重叠的区域，以较大的回波值作为该处的回波。该方法有利于在GIS平台上进行地物回波的甄别和降雨量的估测。
文档编号G01S13/00GK101533095SQ20091011148
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者汤成锋 申请人:福州四创软件开发有限公司