回波顶高预报方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明实施例涉及气象领域，尤其涉及一种回波顶高预报方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

回波顶高能够反映空间中天气系统的强度，被广泛应用于天气系统的探测。在航空领域，飞行器在飞行过程中需要根据回波顶高调整飞行高度。

目前通常通过雷达对天气系统进行实时探测，以获取到实时的回波顶高。这样导致飞行器在遇到突发的不利于飞行的天气系统(例如中尺度对流系统)时，飞行高度需要迅速调整，从而导致飞行过程中的安全性较低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种回波顶高预报方法、装置、设备及存储介质，以对将来时刻的回波顶高进行预报，可以使飞行器根据预报的回波顶高，提前调整自身的飞行高度或者在飞行前重新规划飞行路线，从而提高了飞行器在飞行过程中的安全性。

第一方面，本发明实施例提供了一种回波顶高预报方法，所述方法包括：

获取将来时刻位置集的预报数据，所述位置集包括多个位置，所述预报数据包括所述位置集中每个位置的雷达反射率，所述多个位置在水平面上的投影重合；

从所述位置集中获取目标位置集，所述目标位置集包括所述位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置；

基于所述预报数据，确定所述目标位置集中各个位置距离地面的高度；

将所述目标位置集中目标位置距离地面的高度，确定为所述将来时刻所述位置集对应的回波顶高。

可选地，所述目标位置为所述目标位置集中距离地面的高度最大的位置。

可选地，所述预报数据还包括所述位置集中每个位置的地形高度、平均重力位势和扰动位势高度，所述基于所述预报数据，确定所述目标位置集中各个位置距离地面的高度，包括：

利用高度计算公式以及所述预报数据，分别确定所述目标位置集中各个位置距离地面的高度，所述高度计算公式包括：h＝[(ph+phb)/9.81－hgt]/(g/9.8)，其中，ph表示所述扰动位势高度，phb表示所述平均重力位势，hgt表示所述地形高度，g表示重力加速度。

可选地，所述获取将来时刻位置集的预报数据，包括：

利用气象研究与预报模式wrf系统获取所述将来时刻所述位置集的预报数据。

可选地，在将所述目标位置集中目标位置距离地面的高度，确定为所述将来时刻所述位置集对应的回波顶高之后，所述方法还包括：

向飞行器发送所述将来时刻所述位置集对应的回波顶高，所述将来时刻所述位置集对应的回波顶高用于供所述飞行器调整自身的飞行高度。

可选地，所述向飞行器发送所述将来时刻所述位置集对应的回波顶高，包括：

当所述位置集对应的回波顶高处于预设回波顶高范围时，向所述飞行器发送所述将来时刻所述位置集对应的回波顶高。

可选地，所述位置集的数量为多个，所述多个位置集组成的区域包括所述飞行器的航线区域，所述将来时刻每个所述位置集对应一个回波顶高。

第二方面，本发明实施例提供了一种回波顶高预报装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取将来时刻位置集的预报数据，所述位置集包括多个位置，所述预报数据包括所述位置集中每个位置的雷达反射率，所述多个位置在水平面上的投影重合；

第二获取模块，用于从所述位置集中获取目标位置集，所述目标位置集包括所述位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置；

第一确定模块，用于基于所述预报数据，确定所述目标位置集中各个位置距离地面的高度；

第二确定模块，用于将所述目标位置集中目标位置距离地面的高度，确定为所述将来时刻所述位置集对应的回波顶高。

第三方面，本发明实施例提供了一种回波顶高预报设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面任一所述的回波顶高预报方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面任一所述的回波顶高预报方法。

本发明实施例通过获取将来时刻位置集的预报数据，从位置集中获取目标位置集，该目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置，之后基于预报数据确定目标位置集中各个位置距离地面的高度，并将目标位置集中目标位置距离地面的高度确定为将来时刻位置集对应的回波顶高，根据将来时刻位置集的预报数据可以对将来时刻的回波顶高进行预报。通过采用上述技术方案，可以使飞行器根据预报的回波顶高，提前调整自身的飞行高度或者在飞行前重新规划飞行路线。解决了相关技术中根据实时的回波顶高迅速调整飞行高度的安全性较低的问题，从而提高了飞行器在飞行过程中的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种回波顶高预报方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种回波顶高预报方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种回波顶高预报装置的框图；

图4为本发明实施例提供的另一种回波顶高预报装置的框图；

图5为本发明实施例提供的一种回波顶高预报设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

回波顶高(也称雷达回波顶高)指的是雷达探测到的雷达反射率中强度大于某一阈值的反射率所在的高度。示例地，该阈值可以为18dbz(decibelz)的回波强度，回波顶高可以是雷暴云上部30dbz的回波强度所在的高度。dbz为表示回波强度的物理量，db表示分贝，z表示雷达反射率因子。回波顶高能够用于监测天气系统的强度，天气系统的强度包括降水强度等。例如在对流系统，回波顶高越高，表示对流系统的强度越强。

在航空领域，不利于飞行的天气系统的在空间中的垂直尺度的范围通常为几千米(kilometre，km)至十几千米，能够到达云顶高度。飞行器在飞行过程中若遇到不利于飞行的天气系统，且飞行高度较低时，需要根据回波顶高及时调整自身的飞行高度，以避开不利于飞行的天气系统。该不利于飞行的天气系统可以包括中尺度对流系统(mesoscaleconvectivesystem，mcs)，msn是造成暴雨、冰雹、雷雨大风和龙卷等灾害性天气的重要系统。

目前通过雷达对天气系统进行实时探测得到的回波，确定实时的回波顶高。这样导致飞行器在遇到突发的不利于飞行的天气系统时，需要迅速调整自身的飞行高度，从而导致飞行过程中的安全性较低。

本发明实施例提供了一种回波顶高预报方法，该方法可以由回波顶高预报装置执行，其中该装置可由软件和/或硬件实现，一般可集成在计算机设备或者飞行器(例如飞机)中。该方法可以适用于预报将来时刻的回波顶高的应用场景。请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种回波顶高预报方法的流程示意图，该方法可以包括以下步骤：

步骤101、获取将来时刻位置集的预报数据，该位置集包括多个位置，预报数据包括位置集中每个位置的雷达反射率，多个位置在水平面上的投影重合。

该预报数据的数据维度可以为(z-1，x，y)，(z-1，x，y)表示该多个位置的坐标信息，x和y表示水平面的坐标，z-1表示高度的坐标。雷达反射率指的雷达接收到的单位体积中粒子后向散射截面之和，可以表示单位体积内一群云、雨滴在天线处造成的回波功率的大小，在一定程度上反映了云、雨粒子群的情况。雷达可以包括：常规的脉冲雷达以及多普勒雷达等。

可选地，可以利用气象研究与预报模式(theweatherresearchandforecastingmode，wrf)系统获取将来时刻位置集的预报数据。wrf系统实现了在线完全嵌套大气化学模式，具有较好的天气预报水平和预报空气质量的能力。

步骤102、从位置集中获取目标位置集，目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置。

对于位置集中的每个位置，确定每个位置的雷达反射率是否处于反射率范围。当任一位置的雷达反射率处于反射率阈值时，将该任一位置确定为目标位置集中的一个位置。

步骤103、基于预报数据，确定目标位置集中各个位置距离地面的高度。

步骤104、将目标位置集中目标位置距离地面的高度，确定为将来时刻位置集对应的回波顶高。

该将来时刻位置集对应的回波顶高可以表示为：将来时刻值、目标位置坐标以及回波顶高。可以将该将来时刻位置集对应的回波顶高按照数据格式或者图片格式保存。

综上所述，本发明实施例提供的回波顶高预报方法，获取将来时刻位置集的预报数据，从位置集中获取目标位置集，该目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置，之后基于预报数据确定目标位置集中各个位置距离地面的高度，并将目标位置集中目标位置距离地面的高度确定为将来时刻位置集对应的回波顶高，根据将来时刻位置集的预报数据可以对将来时刻的回波顶高进行预报。通过采用上述技术方案，可以使飞行器根据预报的回波顶高，提前调整自身的飞行高度或者在飞行前重新规划飞行路线，从而提高了飞行器在飞行过程中的安全性。

本发明实施例提供了另一种回波顶高预报方法，请参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种回波顶高预报方法的流程示意图，该方法可以包括以下步骤：

步骤201、获取将来时刻位置集的预报数据，该位置集包括多个位置，预报数据包括位置集中每个位置的雷达反射率，多个位置在水平面上的投影重合。

示例地，可以利用python(一种计算机编程语言)中的网络通用数据格式4(networkcommondataform4，netcdf4)包从wrf系统中获取将来时刻位置集的预报数据中的雷达反射率。例如，可以通过如下方式从wrf系统中获取将来时刻位置集的预报数据：

fromnetcdf4importdataset

fromwrfimportgetvar

ncfile＝dataset(file)

value＝getvar(ncfile，var)

其中，“fromnetcdf4importdataset”表示导入dataset包；“fromwrfimportgetvar”表示导入getvar包；“ncfile＝dataset(file)”表示利用dataset包从wrf系统输出的预报数据file中读取ncfile；“value＝getvar(ncfile，var)”表示利用getvar包从ncfile中读取var变量的值value。

步骤202、从位置集中获取目标位置集，目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置。

示例地，该反射率范围可以为大于或等于n，n为正整数，n可以为18dbz。

步骤203、基于预报数据，确定目标位置集中各个位置距离地面的高度。

各个位置距离地面的高度的数据维度与前述各个位置的反射率的数据维度相同，示例地，高度的数据维度可以为(z-1，x，y)。

在一种示例中，预报数据还可以包括以下至少一种：位置集中每个位置与雷达的距离以及每个位置和雷达的连线与水平方向的夹角。可以基于任一位置与雷达的距离和任一位置和雷达的连线与水平方向的夹角，确定该任一位置与雷达的垂直距离，之后将垂直距离与雷达距离地面的高度之和确定为该任一位置距离地面的高度。

在另一种示例中，预报数据还可以包括以下至少一种：位置集中每个位置的地形高度、平均重力位势和扰动位势高度。位势指的是将单位质量的物体从海平面上升到某一高度时克服重力所做的功，单位为位势米(geopotentialmetre，gpm)，1位势米＝9.8焦耳/千克。

以预报数据包括位置集中每个位置的地形高度、平均重力位势以及扰动位势高度为例，可以利用高度计算公式以及预报数据，分别确定目标位置集中各个位置距离地面的高度。该高度计算公式可以包括：

h＝[(ph+phb)/9.81－hgt]/(g/9.8)

其中，ph表示扰动位势高度，phb表示平均重力位势，hgt表示地形高度，g表示重力加速度。ph的数据维度可以为(z-1，x，y)，phb的数据维度可以为(z，x，y)，hgt的数据维度可以为(1，x，y)。“(ph+phb)/9.81－hgt”得到的是位势，通过[(ph+phb)/9.81－hgt]/(g/9.8)将位势转换为几何高度h。

步骤204、将目标位置集中目标位置距离地面的高度，确定为将来时刻位置集对应的回波顶高。

可选地，该目标位置可以为目标位置集中距离地面的高度最大的位置。

在确定了将来时刻位置集对应的回波顶高之后，飞行器需要获取将来时刻位置集对应的回波顶高。本发明实施例中，回波顶高预报装置可以集成在计算机设备或者飞行器中等，本发明实施例对此不做限定。

当回波顶高预报装置集成在飞行器中时，飞行器可以直接基于获取的将来时刻位置集对应的回波顶高调整自身的飞行高度。示例地，飞行器可以调整自身的飞行高度高于回波顶高，以避开目标位置以及目标位置以下的位置。

当回波顶高预报装置未集成在飞行器中时，需要向飞行器发送确定的位置集对应的回波顶高，此时可以执行后续步骤205。

步骤205、向飞行器发送将来时刻位置集对应的回波顶高，位置集对应的回波顶高用于供飞行器调整自身的飞行高度。

可选地，只要获取到将来时刻位置集对应的回波顶高，即可向飞行器发送将来时刻位置集对应的回波顶高。或者可以当将来时刻位置集对应的回波顶高处于预设回波顶高范围时，向飞行器发送将来时刻位置集对应的回波顶高。这样在无需飞行器调整自身飞行高度时，无需向飞行器发送将来时刻位置集对应的回波顶高，从而减少通信资源的浪费。飞行器基于接收到的将来时刻位置集对应的回波顶高调整自身的飞行高度。示例地，飞行器可以调整自身的飞行高度高于该回波顶高。

回波顶高预报装置可以与飞行器建立有通信连接，通信连接可以包括：超文本传输安全协议(hypertexttransferprotocoloversecuresocketlayer，https)或者传输控制协议(transmissioncontrolprotocol，tcp)。

前述实施例是以获取将来时刻一个位置集对应的回波顶高为例进行说明的，即前述实施例描述的是获取将来时刻水平面上的一个位置对应的回波顶高，水平面上的一个位置为该一个位置集在水平面上的投影的位置。本发明实施例中，位置集的数量可以为多个，多个位置集组成的区域包括飞行器的航线区域，每个位置集对应一个回波顶高。位置集组成的区域可以为全国区域或者全球区域等，本发明实施例对此不做限定。将来时刻每个位置集对应的回波顶高的获取方式均可以参考前述实施例，本发明实施例中在此不做赘述。此时将来时刻多个位置集一一对应的多个回波顶高可以表示为：将来时刻值、二维数组(x，y)以及二维数组中每个二维数对应的回波顶高。二维数组包括与多个位置集一一对应的多个二维数，任一二维数表示对应的位置集在水平面上的投影的位置。

进一步地，将来时刻的数量也可以为多个。任一将来时刻任一位置集对应的回波顶高的获取过程均可以参考前述实施例，本发明实施例中在此不做赘述。

综上所述，本发明实施例提供的回波顶高预报方法，获取将来时刻位置集的预报数据，从位置集中获取目标位置集，该目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置，之后基于预报数据确定目标位置集中各个位置距离地面的高度，并将目标位置集中目标位置距离地面的高度确定为将来时刻位置集对应的回波顶高，根据将来时刻位置集的预报数据可以对将来时刻的回波顶高进行预报。通过采用上述技术方案，可以使飞行器根据预报的回波顶高，提前调整自身的飞行高度或者在飞行前重新规划飞行路线，从而提高了飞行器在飞行过程中的安全性。

此外，将目标位置集中距离地面的高度最大的位置作为目标位置，可以进一步保证飞行器避开不利于飞行的天气系统，从而进一步提高了飞行器在飞行过程中的安全性，使得飞行器能够顺利到达目的地。

上述实施例提供的方法的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，例如在获取了将来时刻位置集的预报数据之后，可以确定位置集中各个位置距离地面的高度，之后从位置集中获取目标位置集，并将目标位置集中目标位置距离地面的高度，确定为将来时刻位置集对应的回波顶高。本发明实施例对此不做限定。

可选地，上述实施例中是以回波顶高预报装置执行回波顶高预报方法为例进行说明的。在一种示例中，该回波顶高预报方法中的不同步骤可以由不同的模块来执行。该不同的模块可以位于一个装置中，也可以位于不同的装置中。本发明实施例对执行回波顶高预报方法的装置不做限定。

本发明实施例提供了一种回波顶高预报装置，图3为本发明实施例提供的一种回波顶高预报装置的框图，该回波顶高预报装置30包括：

第一获取模块301，用于获取将来时刻位置集的预报数据，该位置集包括多个位置，预报数据包括位置集中每个位置的雷达反射率，多个位置在水平面上的投影重合。

第二获取模块302，用于从位置集中获取目标位置集，目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置。

第一确定模块303，用于基于预报数据，确定目标位置集中各个位置距离地面的高度。

第二确定模块304，用于将目标位置集中目标位置距离地面的高度，确定为位置集对应的回波顶高。

综上所述，本发明实施例提供的回波顶高预报装置，通过第一获取模块获取将来时刻位置集的预报数据，通过第二获取模块从位置集中获取目标位置集，该目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置，之后通过第一确定模块基于预报数据确定目标位置集中各个位置距离地面的高度，并通过第二确定模块将目标位置集中目标位置距离地面的高度确定为将来时刻位置集对应的回波顶高，根据将来时刻位置集的预报数据可以对将来时刻的回波顶高进行预报。通过采用上述技术方案，可以使飞行器根据预报的回波顶高，提前调整自身的飞行高度或者在飞行前重新规划飞行路线，从而提高了飞行器在飞行过程中的安全性。

可选地，目标位置为目标位置集中距离地面的高度最大的位置。

可选地，预报数据还包括位置集中每个位置的地形高度、平均重力位势和扰动位势高度，第一确定模块303，用于：

利用高度计算公式以及预报数据，分别确定目标位置集中各个位置距离地面的高度，该高度计算公式包括：h＝[(ph+phb)/9.81－hgt]/(g/9.8)，其中，ph表示扰动位势高度，phb表示平均重力位势，hgt表示地形高度，g表示重力加速度。

可选地，第一获取模块301，用于：

利用气象研究与预报模式wrf系统获取将来时刻位置集的预报数据。

可选地，请参考图4，图4为本发明实施例提供的另一种回波顶高预报装置的框图，在图3的基础上，该回波顶高预报装置30还包括：

发送模块305，用于向飞行器发送将来时刻位置集对应的回波顶高，将来时刻位置集对应的回波顶高用于供飞行器调整自身的飞行高度。

可选地，发送模块305，用于：

当位置集对应的回波顶高处于预设回波顶高范围时，向飞行器发送将来时刻位置集对应的回波顶高。

可选地，位置集的数量为多个，多个位置集组成的区域包括飞行器的航线区域，将来时刻每个位置集对应一个回波顶高。

综上所述，本发明实施例提供的回波顶高预报装置，通过第一获取模块获取将来时刻位置集的预报数据，通过第二获取模块从位置集中获取目标位置集，该目标位置集包括位置集中雷达反射率处于反射率范围的位置，之后通过第一确定模块基于预报数据确定目标位置集中各个位置距离地面的高度，并通过第二确定模块将目标位置集中目标位置距离地面的高度确定为将来时刻位置集对应的回波顶高，根据将来时刻位置集的预报数据可以对将来时刻的回波顶高进行预报。通过采用上述技术方案，可以使飞行器根据预报的回波顶高，提前调整自身的飞行高度或者在飞行前重新规划飞行路线，从而提高了飞行器在飞行过程中的安全性。

此外，将目标位置集中距离地面的高度最大的位置作为目标位置，可以进一步保证飞行器避开不利于飞行的天气系统，从而进一步提高了飞行器在飞行过程中的安全性，使得飞行器能够顺利到达目的地。

本发明实施例所提供的回波顶高预报装置可执行本发明任意实施例所提供的回波顶高预报方法的流程，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

本发明实施例提供了一种回波顶高预报设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明实施例提供的回波顶高预报方法。

图5为本发明实施例提供的一种回波顶高预报设备的结构示意图，如图5所示，该回波顶高预报设备包括处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43；回波顶高预报设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器40为例；回波顶高预报设备中的处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的回波顶高预报方法对应的程序指令/模块(例如，回波顶高预报装置30中的第一获取模块301、第二获取模块302、第一确定模块303以及第二确定模块304)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行回波顶高预报设备的各种功能应用以及预报回波顶高，即实现上述任一所述的回波顶高预报方法。

存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至回波顶高预报设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息(例如将来时刻位置集的预报数据)，以及产生与回波顶高预报设备的分析人员设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。

在本发明实施例中，回波顶高预报设备可以为计算机设备或者飞行器等，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的任一所述的回波顶高预报方法。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述回波顶高预报装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

在本发明实施例中，“至少一个”指一个或多个，“多个”指两个或两个以上，“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。除非另有明确的限定。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。