一种天气雷达的体扫数据对比方法与流程

本发明涉及天气雷达数据处理技术领域，尤其涉及一种天气雷达的体扫数据对比方法。

背景技术：

天气雷达为现代气象探测仪器中最为普遍的雷达探测设备，是监测和预警强对流天气的主要工具，天气雷达常用的工作模式为体扫，即通过调整俯仰角，对不同高度的天空进行圆周扫描，多次俯仰角扫描组合后即可获取空间的气象信息。在天气雷达调试阶段，通过多部天气雷达数据对比可有效提升雷达调试效率。

但由于雷达间干扰或场地限制等原因，每部雷达间无法坐落于同一位置，不同雷达坐落位置不同，探测出的数据会以雷达坐落位置为中心向四周发散，所有的探测数据位置均以雷达为参考点。在多部雷达数据进行对比时，数据参考点不同就无法确认哪些数据探测的其实是空间上的同一个位置，故不同探测地点会导致雷达间体扫数据对应出现问题。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题提供一种天气雷达的体扫数据对比方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种天气雷达的体扫数据对比方法，包括：

步骤1，获取多台天气雷达的体扫数据，其中，所述体扫数据包括所述天气雷达的多个探测点分别探测的探测数据；并获取每个所述探测点的位置，且根据所述探测点的位置将与所述探测点对应的所述探测数据放入到预设的三维空间位置表格中。

步骤2，分别对放入到所述三维空间位置表格中的每个所述探测数据进行数据平滑整理，得到与每个所述探测数据对应的平滑数据。

步骤3，选取需要对比的多台所述天气雷达，并对比多台所述天气雷达的在所述三维空间位置表格中同一位置的所述平滑数据。

本发明的有益效果是，通过获取多台天气雷达的体扫数据，其中，所述体扫数据包括所述天气雷达的多个探测点分别探测的探测数据；并获取每个所述探测点的位置，且根据所述探测点的位置将与所述探测点对应的所述探测数据放入到预设的三维空间位置表格中，使多台天气雷达的体扫数据统一到一个三维空间位置表格中，再对比多个天气雷达对同一个位置的探测数据，不仅避免了不同雷达间数据不匹配的问题，而且解决了天气雷达位置不同导致对比的参考点无法统一的问题，进而提高了对比效率。其中，通过在三维空间位置表格中对每个位置的探测数据进行数据平滑整理，可有效消除测量数据的误差，提高数据准确性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤1包括：

步骤1.1，获取所述天气雷达的经度lo、纬度la、海拔高度a以及探测范围。

步骤1.2，获取所述天气雷达的多个探测点的方位角φ、俯仰角θ以及探测径向距离l。

步骤1.2，根据所述经度lo、所述纬度la、所述海拔高度a、所述探测范围、所述方位角φ、所述俯仰角θ以及所述探测径向距离l，确定所述探测点的经度lo1、纬度la1和海拔高度a1。

步骤1.3，建立三维空间位置表格，并将所述三维空间位置表格的三维分别确定为经度值、纬度值和海拔高度值，且根据所述天气雷达的经度lo、纬度la以及探测范围确定所述三维空间位置表格的所述经度值的范围和所述维度值的范围。

步骤1.4，获取每个所述探测点的探测数据，并将所述探测数据按照与所述探测数据对应的所述探测点的经度lo1、纬度la1和海拔高度a1放入到所述三维空间位置表格中相应的所述经度值、所述纬度值和所述海拔高度值。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过上述步骤可简单地将不同天气雷达的探测数据按照位置关系统一到三维空间位置表格中，完成天气雷达的体扫数据的坐标转换，以便后续不同的天气雷达能够在统一的参考点下进行探测数据的对比。

进一步，所述步骤1.2包括：

步骤1.2.1，通过公式h＝l*sinθ计算得到所述探测点相对于所述天气雷达的高度h，再通过公式a1＝a+h计算得到所述探测点的海拔高度a1。

步骤1.2.2，通过公式l1＝l*cosθ计算得到所述探测径向距离l相对于地面的投影距离l1；通过公式l2＝l1*sinφ计算得到所述探测点地面投影相对于所述天气雷达东西方向的距离l2；通过公式l3＝l1*cosφ计算得到所述探测点地面投影相对于所述天气雷达南北方向的距离l3。

步骤1.2.3，通过公式lo1＝lo+l2*360/(2*π*6371000)计算得到所述探测点的经度lo1；通过公式la1＝la+l3*360/(2*π*6371000)计算得到所述探测点的纬度la1。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过上述步骤能够精确地计算出探测点的经度、纬度和海拔高度。

进一步，所述步骤1.3的具体实现还包括：

所述三维空间位置表格中所述经度值和所述维度值的单位间隔均设定为0.001度，所述海拔高度值的单位间隔设定为100m。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过将所述经度值和所述维度值的单位间隔均设定为0.001度，所述海拔高度值的单位间隔设定为100m，保证各个探测数据间保持合适距离，方便后续数据处理和对比。

进一步，所述步骤1.4的具体实现还包括：

将所述探测点的经度lo1保留到小数点后三位、纬度la1保留到小数点后三位、海拔高度a1保留到百位后放入到所述三维空间位置表格中相应的所述经度值、所述纬度值和所述海拔高度值。

进一步，所述步骤1.4的具体实现还包括：

当所述三维空间位置表格中同一位置包含了多个探测数据时，取所述多个探测数据的平均值作为该位置的探测数据。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过将同一位置的多个探测数据进行平均后作为该位置的探测数据，可得到该位置较为精确的探测数据。

进一步，所述步骤2包括：

步骤2.1，以每个所述探测数据的位置为中心在所述三维空间位置表格中分别建立多个n*n*n的三维平滑表格。

步骤2.2，将每个所述三维平滑表格包含的所有所述探测数据进行平均，得到多个所述平滑数据。

步骤2.3，用所述平滑数据替换与所述平滑数据对应的所述探测数据。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过将建立三维平滑表格对每个位置上的探测数据进平滑整理，进一步消除该位置的探测数据的误差，并提高探测数据的抗干扰性。

进一步，所述三维平滑表格为5*5*5的三维平滑表格。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过将三维平滑表格设置为5*5*5，在进行数据平滑整理时，既可以消除各位置探测数据的误差，又不至于引入过多探测数据，降低探测数据准确性。

进一步，所述步骤2.2的具体实现还包括：

筛选出每个所述三维平滑表格中的有效的探测数据，再对所述三维平滑表格中所述有效的探测数据进行平均，得到多个所述平滑数据。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过过滤掉无效的探测数据，避免了无效的探测数据带来的误差，进一步提高平滑数据的精确性。

进一步，所述探测数据包括强度z、速度v、速度谱宽v、差分反射率因子zdr、比相差kdp以及相关系数rho。

附图说明

图1为本发明实施例提供的天气雷达的体扫数据对比方法的方法流程图；

图2为本发明的实施例提供天气雷达的体扫数据对比方法的实际应用流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种天气雷达的体扫数据对比方法，包括：

步骤1，获取多台天气雷达的体扫数据，其中，所述体扫数据包括所述天气雷达的多个探测点分别探测的探测数据；并获取每个所述探测点的位置，且根据所述探测点的位置将与所述探测点对应的所述探测数据放入到预设的三维空间位置表格中。

步骤2，分别对放入到所述三维空间位置表格中的每个所述探测数据进行数据平滑整理，得到与每个所述探测数据对应的平滑数据。

步骤3，选取需要对比的多台所述天气雷达，并对比多台所述天气雷达的在所述三维空间位置表格中同一位置的所述平滑数据。

可选地，所述步骤1包括：

步骤1.1，获取所述天气雷达的经度lo、纬度la、海拔高度a以及探测范围；

步骤1.2，获取所述天气雷达的多个探测点的方位角φ、俯仰角θ以及探测径向距离l；

步骤1.2，根据所述经度lo、所述纬度la、所述海拔高度a、所述探测范围、所述方位角φ、所述俯仰角θ以及所述探测径向距离l，确定所述探测点的经度lo1、纬度la1和海拔高度a1；

步骤1.3，建立三维空间位置表格，并将所述三维空间位置表格的三维分别确定为经度值、纬度值和海拔高度值，且根据所述天气雷达的经度lo、纬度la以及探测范围确定所述三维空间位置表格的所述经度值的范围和所述维度值的范围。

步骤1.4，获取每个所述探测点的探测数据，并将所述探测数据按照与所述探测数据对应的所述探测点的经度lo1、纬度la1和海拔高度a1放入到所述三维空间位置表格中相应的所述经度值、所述纬度值和所述海拔高度值。通过上述步骤可简单地将不同天气雷达的探测数据按照位置关系统一到三维空间位置表格中，完成天气雷达的体扫数据的坐标转换，以便后续不同的天气雷达能够在统一的参考点下进行探测数据的对比。

可选地，所述步骤1.2包括：

步骤1.2.1，通过公式h＝l*sinθ计算得到所述探测点相对于所述天气雷达的高度h，再通过公式a1＝a+h计算得到所述探测点的海拔高度a1；

步骤1.2.2，通过公式l1＝l*cosθ计算得到所述探测径向距离l相对于地面的投影距离l1；通过公式l2＝l1*sinφ计算得到所述探测点地面投影相对于所述天气雷达东西方向的距离l2；通过公式l3＝l1*cosφ计算得到所述探测点地面投影相对于所述天气雷达南北方向的距离l3；

步骤1.2.3，通过公式lo1＝lo+l2*360/(2*π*6371000)计算得到所述探测点的经度lo1；通过公式la1＝la+l3*360/(2*π*6371000)计算得到所述探测点的纬度la1。通过上述步骤能够精确地计算出探测点的经度、纬度和海拔高度。

可选地，所述步骤1.3的具体实现还包括：

所述三维空间位置表格中所述经度值和所述维度值的单位间隔均设定为0.001度，所述海拔高度值的单位间隔设定为100m。保证各个探测数据间保持合适距离，方便后续数据处理和对比。

可选地，所述步骤1.4的具体实现还包括：

将所述探测点的经度lo1保留到小数点后三位、纬度la1保留到小数点后三位、海拔高度a1保留到百位后放入到所述三维空间位置表格中相应的所述经度值、所述纬度值和所述海拔高度值。

可选地，所述步骤1.4的具体实现还包括：

当所述三维空间位置表格中同一位置包含了多个探测数据时，取所述多个探测数据的平均值作为该位置的探测数据。通过将同一位置的多个探测数据进行平均后作为该位置的探测数据，可得到该位置较为精确的探测数据。

可选地，所述步骤2包括：

步骤2.1，以每个所述探测数据的位置为中心在所述三维空间位置表格中分别建立多个n*n*n的三维平滑表格；

步骤2.2，将每个所述三维平滑表格包含的所有所述探测数据进行平均，得到多个所述平滑数据；

步骤2.3，用所述平滑数据替换与所述平滑数据对应的所述探测数据。通过将建立三维平滑表格对每个位置上的探测数据进平滑整理，进一步消除该位置的探测数据的误差，并提高探测数据的抗干扰性。

可选地，所述三维平滑表格为5*5*5的三维平滑表格。通过将三维平滑表格设置为5*5*5，在进行数据平滑整理时，既可以消除各位置探测数据的误差，又不至于引入过多探测数据，降低探测数据准确性。

可选地，所述步骤2.2的具体实现还包括：

筛选出每个所述三维平滑表格中的有效的探测数据，再对所述三维平滑表格中所述有效的探测数据进行平均，得到多个所述平滑数据。通过过滤掉无效的探测数据，避免了无效的探测数据带来的误差，进一步提高平滑数据的精确性。

进一步，所述探测数据包括强度z、速度v、速度谱宽v、差分反射率因子zdr、比相差kdp以及相关系数rho。

如图2所示：在实际应用场景中，其天气雷达的体扫数据对比方法可如下：

第一步：对需要对比的两部或者多部天气雷达体扫数据进行坐标转换处理。

具体地，包括以下步骤：

步骤a1、获取对应雷达坐落位置经度、纬度、海拔以及探测范围信息。

需要说明的是，雷达坐落位置的经度、纬度、海拔高度等信息属于雷达探测基本信息，每部雷达均可直接获得。

步骤a2、获取雷达每个探测点的方位角、俯仰角、以及探测径向距离。

需要说明的是，雷达每个探测点的方位角、俯仰角、以及探测径向距离等信息属于雷达探测基础信息，每部雷达均可直接获得。

步骤a3、根据步骤a1和步骤a2步骤获取的信息，逐一对每个探测点进行以下计算：计算该探测点的海拔高度信息、计算该探测点的经度、纬度信息。

其中，探测点的经度、纬度和海拔高度的具体计算方法为：

1)根据获得的探测点俯仰角θ以及径向距离l，可以计算该探测点相对于雷达的高度h＝l*sinθ；根据获得的海拔高度a，可得探测点的海拔高度a1＝a+h。

2)同样，根据1)步骤中的径向距离l，可获得探测点径向距离l相对于地面投影l1＝l*cosθ，根据获得的探测点的方位角φ，可计算探测点地面投影相对于雷达东西方向距离l2以及南北方向距离l3，其中l2＝l1*sinφ，l3＝l1*cosφ。

需要说明的是，根据雷达普遍定义，北方向方位角为0，按照顺时针逐渐增加，由于φ的范围不同，计算出的l2，l3可正可负。

3)根据步骤2)所计算出的l2，l3，以及雷达经度lo、纬度la，可获得探测点的经度lo1＝lo+l2*360/(2*π*6371000)和纬度la1＝la+l3*360/(2*π*6371000)。

步骤a4、建立三维空间位置表格，表格为三维，具体地，行可代表纬度，列可代表经度，而第三维可代表海拔高度。根据雷达经度、纬度以及探测范围，计算空间表格行列代表的经度、纬度起始以及结束范围，其相邻的两个探测数据的空间间隔可设定为0.001度。

需要说明的是，表格中每个探测数据与下一个探测数据的间隔代表的经度、纬度差距，比如某一个点代表(东经108度，北纬30度)，那这个点左右相邻(即行方向)的两个点代表(107.999度，北纬30度)，(东经108.001度，北纬30度)，上下相邻(即列方向)两个点为(东经108度，北纬30.001度)，(东经108度，北纬29.999度)。经纬度上，0.001度约为111m，与一般天气雷达探测数据径向间隔较为相近，即雷达探测径向方向上一个点和下一个点的距离，不同雷达有差距，但数量级接近。此处间隔设定为0.001度以便后续计算。

需要说明的是，在实际应用中，根据对比需求，海拔结束范围以及高度间隔可适度调整。

步骤a5、将步骤a3中所计算得到的每个探测点的经度、纬度进行保留小数点3位的计算，将海拔高度进行保留到百位的计算，根据计算结果，将探测点数据按照经度、纬度、海拔数值放入到步骤a4中所建立的空间表格中。

其中，当遇到多个探测数据在同一个位置时，需要记录该位置的所有探测数据，并进行平均后填入表格对应位置。

需要说明的是，雷达由于是球形扫描的关系，所有探测数据都是以雷达为球心向外发散的，这就会导致在雷达附近，雷达探测点会比较集中，而远离雷达，雷达探测点会比较少，在做完坐标变换以后，靠近雷达的地方由于探测点集中，比较容易出现好几个探测数据的空间位置都在同一个经度、纬度和海拔高度，这时候对这些数据平均后再放入空间表格里边，代表这个位置的雷达探测数值，以保证探测数据的准确性。

第二步：对两部或多部天气雷达坐标转换后的数据进行数据平滑整理工作。

具体地，包括以下步骤：

步骤b1，在第一步中建立的三维空间位置表格中再建立5*5*5的三维平滑表格，其行、列以及第三维均为5，分别对应空间表格的经度、纬度以及海拔高度。

步骤b2，从空间表格的第一个探测数据开始，将利用三维平滑表格获取以需要平滑的探测数据点为中心的周围表格的5*5*5雷达探测数据。其中，当数据点在边界时，获取数据可能小于5*5*5，例如第一个点会获取3*3*3的数据。

步骤b3，对平滑表格进行平滑操作，具体方法为：获取平滑表格中的有效数据，并对有效数据进行平均，平滑表格中无有效数据时，返回无有效数据。

需要说明的是，在雷达探测数据时，由于天气原因，比如晴天会出现大面积无法探测到数据的情况，在这种情况下，雷达会以某个数值，比如255，-32768等等来代表未探测到数据，不同雷达定义不相同，这些探测数据如果也拿来计算平均，必然得到错误的数值，因此需要过滤无效的探测数据，再对有效数据进行操作。

步骤b4，将步骤b3中的返回数值填回原空间表格，并将平滑表格移动到空间表格下一个点，反复执行步骤b2至步骤b4，直至到达表格最后一点

第三步：按照预先设定对比顺序，对两部或者多部天气雷达同一位置的对应数据进行对比。其中，预先设定的对比顺序可为经、纬度从小到大的顺序。

步骤c1,确认对需要对比的所有雷达数据均进行了上述第一步和第二步后。

步骤c2,通过得到的空间数据表格，按照设定的经度，纬度以及海拔顺序，选取同一经度、纬度、海拔的数据。

其中，进行数据对比可对比的探测数据包含但不仅限于强度z，速度v，速度谱宽v，差分反射率因子zdr，比相差kdp，相关系数rho等。

综上所述,本实施例提供的一种天气雷达的体扫数据对比方法，通过获取多台天气雷达的体扫数据，其中，所述体扫数据包括所述天气雷达的多个探测点分别探测的探测数据；并获取每个所述探测点的位置，且根据所述探测点的位置将与所述探测点对应的所述探测数据放入到预设的三维空间位置表格中，将多台天气雷达的体扫数据统一到一个三维空间位置表格中，再对比多个天气雷达对同一个位置的探测数据，不仅避免了不同雷达间数据不匹配的问题，而且解决了天气雷达位置不同导致对比的参考点无法统一的问题，进而提高了对比效率。其中，通过在三维空间位置表格中对每个位置的探测数据进行数据平滑整理，可有效消除测量数据的误差，提高数据准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。