CN105607062A - 一种天气雷达图分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天气雷达图分析系统，用于根据用户需要实时调整显示多个区域的雷达图，具体的包括：天气雷达系统、气象数据提取部件、气象数据叠加部件、气象数据分析部件和气象数据输出部件，气象数据提取部件，用于从天气雷达系统提取到气象目标物的天气特征数据；气象数据叠加部件，用于将气象数据提取部件提取到的天气特征数据叠加到地图中，得到叠加在地图上的天气雷达图；气象数据分析部件，用于对叠加在地图上的天气雷达图进行天气雷达图分析，生成气象目标物对应的天气分析结果；气象数据输出部件，用于对气象数据分析部件生成的天气分析结果输出。

Description

一种天气雷达图分析系统

技术领域

本发明涉及气象分析技术领域，具体涉及一种天气雷达图分析系统。

背景技术

天气雷达是通过量度从雨点反射回来的信号强弱来探测大气中的降雨量。雨点反射信号的强弱取决于多重因素，一般来说雨点越大越多，反射信号就越强。降雨的强弱直接关系到人民群众生命财产安全，影响着国计民生，这就对天气雷达的数据分析提出了速度要快、数据准确性要高的要求。

在传统的天气雷达系统中显示的雷达图只能查看某个区域的天气情况，天气情况的分析只能依靠人工查看雷达图，再结合相关资料得出天气结果数据。现有技术中对天气雷达图的查看分析存在诸多缺点：例如，现有技术中是针对每个区域直接生成的天气雷达图，只能通过该图看到该区域的天气情况，天气雷达图一旦生成，无法再根据用户的需要来调整需要查天气的区域位置，而是需要再结合新的区域重新生成天气雷达图。另外，现有技术中人工分析天气雷达图的工作量大、效率低、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天气雷达图分析系统，用于根据用户需要实时调整显示多个区域的雷达图，且不需要人工分析，提高雷达图的分析效率。

为了达到上述目的，本发明采用这样的如下技术方案：

本发明提供一种天气雷达图分析系统，包括：天气雷达系统、气象数据提取部件、气象数据叠加部件、气象数据分析部件和气象数据输出部件，

其中，所述天气雷达系统和所述气象数据提取部件通过开发接口连接，所述气象数据提取部件和所述气象数据叠加部件连接，所述气象数据叠加部件和所述气象数据分析部件连接，所述气象数据分析部件和所述气象数据输出部件连接；

所述气象数据提取部件，用于从所述天气雷达系统提取到气象目标物的天气特征数据；

所述气象数据叠加部件，用于将所述气象数据提取部件提取到的所述天气特征数据叠加到地图中，得到叠加在所述地图上的天气雷达图；

所述气象数据分析部件，用于对叠加在所述地图上的天气雷达图进行天气雷达图分析，生成所述气象目标物对应的天气分析结果；

所述气象数据输出部件，用于对所述气象数据分析部件生成的天气分析结果输出。

采用上述技术方案后，本发明提供的技术方案将有如下优点：

本发明实施例提供的天气雷达图分析系统中，天气雷达系统可以产生气象目标物的天气特征数据，气象数据提取部件可以提取到该天气特征数据，气象数据叠加部件将天气特征数据叠加到地图中，从而可以得到叠加在地图上的天气雷达图，气象数据分析部件再对叠加在地图上的天气雷达图进行天气雷达图分析，生成气象目标物对应的天气分析结果，气象数据输出部件将天气分析结果向外输出。由于从天气雷达系统提取到的天气特征数据都可以叠加到地图上，在基于该地图上叠加的天气雷达图分析完成后，可以实现在该地图上显示天气分析结果，对于天气雷达系统采集到的多个区域的天气特征数据都可以直接显示该地图上，因此本发明实施例提供的天气雷达图分析系统可以满足用户同时查看多个区域位置的天气状况，而不需要多次生成天气雷达图。本发明实施例提供的天气雷达图分析系统中整个分析过程可以自动完成，不需要借助人工，从而具有天气分析效率高，准确率高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种天气雷达图分析系统的组成结构示意图；

图2为本发明实施例提供的天气雷达图分析系统的实现原理示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种天气雷达图分析系统，用于根据用户需要实时调整显示多个区域的雷达图，且不需要人工分析，提高雷达图的分析效率。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本发明的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

以下分别进行详细说明。

本发明天气雷达图分析系统的一个实施例，可应用于对多区域的天线情况的自动分析，请参阅图1所示，本发明提供的天气雷达图分析系统，可以包括：天气雷达系统、气象数据提取部件、气象数据叠加部件、气象数据分析部件和气象数据输出部件，

其中，天气雷达系统和气象数据提取部件通过开发接口连接，气象数据提取部件和气象数据叠加部件连接，气象数据叠加部件和气象数据分析部件连接，气象数据分析部件和气象数据输出部件连接；

气象数据提取部件，用于从天气雷达系统提取到气象目标物的天气特征数据；

气象数据叠加部件，用于将气象数据提取部件提取到的天气特征数据叠加到地图中，得到叠加在地图上的天气雷达图；

气象数据分析部件，用于对叠加在地图上的天气雷达图进行天气雷达图分析，生成气象目标物对应的天气分析结果；

气象数据输出部件，用于对气象数据分析部件生成的天气分析结果输出。

其中，气象数据提取部件、气象数据叠加部件、气象数据分析部件和气象数据输出部件中的多个部件可以根据实际应用场景的需要布局为一个实体装置来实现，例如气象数据提取部件、气象数据叠加部件、气象数据分析部件和气象数据输出部件可以通过集成电路或者处理器来加以处理完成。

在本发明的一些实施例中，天气雷达系统采集到的天气特征数据，包括：气象目标物的空间位置分布特征、气象目标物对应的雷达图例特征和气象目标物的强度特征。不限定的是，气象目标物的天气特征数据还可以实际场景的需要灵活获取，具体取决于雷达设备的数据采集机制。

在本发明的一些实施例中，天气雷达图分析系统，还可以包括：天气雷达图分析数据库，天气雷达图分析数据库分别和气象数据提取部件、气象数据叠加部件连接；

气象数据提取部件，具体用于将从天气雷达系统提取到的天气特征数据存入到天气雷达图分析数据库；

气象数据叠加部件，具体用于从天气雷达图分析数据库读取到天气特征数据。

其中，天气雷达图分析数据库可以是设置在天气雷达图分析系统内的数据存储设备，可以通过数据库存储结构来完成对气象数据的存储以及读取。

进一步的，在本发明的一些实施例中，天气雷达图分析数据库还可以和气象数据分析部件连接，则天气雷达图分析数据库，用于存储气象数据分析部件生成的天气分析结果，以及存储气象目标物对应的历史天气数据；

气象数据分析部件，还用于从天气雷达图分析数据库读取气象目标物对应的历史天气数据，将气象目标物对应的历史天气数据和气象数据分析部件生成的天气分析结果进行比对分析。

其中，天气雷达图分析数据库中存储的气象数据还可以包括气象目标物对应的历史天气数据，历史天气数据指的是在本次天气雷达图分析之前已经记录在天气雷达图分析数据库中的天气数据。气象数据分析部件除了可以根据从天气雷达系统提取到的天气特征数据生成天气分析结果之外，气象数据分析部件还可以结合历史天气数据进行分析天气雷达图，将历史天气数据和气象数据分析部件生成的天气分析结果进行比对分析，例如比对在同一个区域位置的不同时间段的天气状况，从而可以对该区域的天气状况作出预报。

在本发明的一些实施例中，前述的气象数据叠加部件叠加天气特征数据到的地图可以包括：电子地图和卫星地图。电子地图和卫星地图可以是根据地理信息系统生成的地图。用户可以在电子地图和卫星地图中进行放大或缩小来显示具体的区域位置。进一步的，在本发明的一些实施例中，气象数据输出部件，还用于按照用户对电子地图和卫星地图的放大或缩小处理加载电子地图和卫星地图对应的天气分析结果。由于气象数据分析部件生成的天气分析结果叠加在电子地图和卫星地图上，当用户操作电子地图和卫星地图进行缩放时，基于该电子地图和卫星地图的天气分析结果也可以被加载，从而用户可以自由操作电子地图和卫星地图来显示不同区域位置的天气分析结果。

通过前述实施例对本发明的描述说明可知，本发明实施例提供的天气雷达图分析系统中，天气雷达系统可以产生气象目标物的天气特征数据，气象数据提取部件可以提取到该天气特征数据，气象数据叠加部件将天气特征数据叠加到地图中，从而可以得到叠加在地图上的天气雷达图，气象数据分析部件再对叠加在地图上的天气雷达图进行天气雷达图分析，生成气象目标物对应的天气分析结果，气象数据输出部件将天气分析结果向外输出。由于从天气雷达系统提取到的天气特征数据都可以叠加到地图上，在基于该地图上叠加的天气雷达图分析完成后，可以实现在该地图上显示天气分析结果，对于天气雷达系统采集到的多个区域的天气特征数据都可以直接显示该地图上，因此本发明实施例提供的天气雷达图分析系统可以满足用户同时查看多个区域位置的天气状况，而不需要多次生成天气雷达图。本发明实施例提供的天气雷达图分析系统中整个分析过程可以自动完成，不需要借助人工，从而具有天气分析效率高，准确率高的优点。

为便于更好的理解和实施本发明实施例的上述方案，下面举例相应的应用场景来进行具体说明。

本发明实施例提供的天气雷达分析系统改进现有技术中依靠人工分析气象雷达图的模式，提高了天气雷达图的分析效率，能精确的在电子地图上查看相关地区的天气情况，并且有效的将分析结果及时上报相关部门。

天气雷达是用来探测降水的发生、发展和移动，并以此来警戒和跟踪降水情况。它是间歇性地向空中发射脉冲式电磁波，电磁波在大气中以接近光波的速度、近似于直线的路径传播，如果在传播路径上遇到气象目标物，脉冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射，其中一部分电磁波能被散射回雷达天线，在雷达显示器上显示出气象目标物的空间位置分布和强度等特征。通过开发接口将气象目标物的空间位置分布、强度等特征从气象雷达系统中解析并提取出来，通过地理信息系统将气象目标物相关信息在电子地图上显示。

如图1和图2所示，天气雷达图分析系统中可以包括：气象数据提取部件、气象数据叠加部件、气象数据分析部件和气象数据输出部件。气象数据提取部件是指对天气雷达系统中雷达天线接收到的气象目标物散射回来的电磁波进行数据提取，将在天气雷达系统中显示的气象目标物的空间位置、强度等特征提取到天气雷达分析系统中。气象数据叠加部件是指对天气雷达系统中提取到的天气特征数据(例如：气象目标物的空间位置、雷达图例、强度等特征)叠加在电子地图或卫星地图上形成天气雷达图。气象数据分析部件是指对叠加在电子地图上的天气雷达图信息进行详细分析，最后生成天气雷达图的天气分析结果。

如图2所示，天气雷达图分析系统中需要实现气象数据提取、气象数据叠加、气象数据分析、气象数据输出。首先，天气雷达分析系统调用开发接口，通过开发接口将天气雷达系统中气象目标物的空间位置、强度等天气特征数据提取到天气雷达图分析数据库。然后，对从天气雷达系统中提取的天气特征数据叠加在电子地图中进行显示，例如电子地图可以为比例尺为1:500的电子地图或影像地图，在地图上可以清晰的显示气象目标物所在的位置、当前天气情况、未来天气变化趋势等，可以精确到街道、村庄等。接下来，结合气象雷达分析技术将显示在电子地图上的雷达数据进行详细的分析及比对工作；最后，生成气象雷达图分析结果，并将分析结果自动上报相关部门。

如图2所示，为本发明实施例中天气雷达图分析数据流分析图。各个数据流按照如下步骤进行数据处理：

(1)从天气雷达系统数据库中提取气象目标物(例如降水区、风暴等)的空间位置分布、雷达图例、强度等天气特征数据。

(2)通过开发接口将天气雷达系统显示的气象目标物(如降水区、风暴等)的空间位置分布、雷达图例、强度等天气特征数据提取到天气雷达图分析数据库。

(3)将天气雷达图分析数据库中的气象目标物(如降水区、风暴等)的空间位置分布、雷达图例、强度等天气特征，叠加在电子地图(即矢量图，从实际测量中绘制的图)或卫星地图(即影像图，从卫星上拍摄的)上显示，该地图为1:500的电子地图或卫星地图。

(4)将叠加在电子地图或卫星地图上的雷达数据和显示的雷达图效果，结合天气雷达图分析技术，对天气雷达图进行详细的分析及比对，最后生成天气分析结果。

(5)将生成的天气分析结果上报相关气象部门或防汛预警等部门。

在本发明实施例中，天气雷达图分析系统可以采用的天气雷达图分析过程进行举例说明。一种可实现的方式是，本发明实施例中使用多普勒雷达定量降水估测的基本原理，在不考虑衰减以及充塞程度并满足瑞利散射的条件下(即πD/λ<＝0.13，λ为入射波长，D为降水粒子直径)。雷达气象方程为：

${\stackrel{\&OverBar;}{p}}_r=\left\{\frac{{\mathrm{\&pi;}}^3}{1.24ln2}\right\}\left\{\frac{p_r{\mathrm{hG}}^2\mathrm{\&theta;}\mathrm{\&Phi;}}{{\mathrm{\&lambda;}}^2}\right\}\left\{\right|\frac{m^2-1}{m^2+2}{|}^2\}\frac{Z}{R^2},$

其中，为雷达接收到的平均回波功率，P_r为雷达发射机的峰值功率，h为脉冲长度，G为雷达增益，θ和Φ为雷达波束的水平和垂直宽度，λ为发射波的波长，为衰减系数，Z为雷达反射率因子，R为降水目标物到雷达的距离。上述等式中右边第一个大括号内为常数。第二个大括号内是雷达机本身的参数，其中发射功率P_r虽然随时间有变化，但在短时间内变化量较小，所以只需要对雷达参数进行准备的校订，则第二个大括号内也可以看作为常数。第三个大括号是和降水目标物的相态有关的参数。

在本发明实施例中，接下来对天气雷达图分析系统可以采用的天气雷达定量降水估测方法举例说明。天气雷达定量测量降水的方法有很多，目前使用较多的方法主要分为两类：

1.Z-I关系法：

原理：应用雷达气象方程测得回波功率，算出雷达反射率因子Z的值，然后根据事先得到的Z-I关系推出降水强度I。定义雷达反射率因子Z为：其中n表示粒子数密度，n(D)D⁶dD表示单位体积内云、雨滴直径处于D～D+dD之间的粒子数。Z值大小取决于云、雨滴谱的情况，且与粒子直径的六次方成正比，即可通过云雾物理观测的方法求得，也可以通过雷达气象方程推算出来。

2.雨量计实时校准法：

其中包括单点校准法、平均校准法、空间校准法、变分校准法、卡尔曼滤波校准法。

单点校准法，事先选择一个Z-I关系，然后由观测区域内唯一的一个精度较高的雨量计观测到雨量数据，对由Z-I关系计算得到改点的雨量进行标校，得到一个校准因子，然后使用这个校准因子对天气雷达的整个观测区域进行标校。这个方法局限性明显，当降水不均匀，或者校准雨量计数据的代表性较差时，校准效果就会出现较大的偏差。

平均校准法，是单点校准法的改进，其对校准因子的获取方法的改进，仅仅在于是去单点校准因子的简单平均，即校准因子为：其中G_i为自动雨量计观测的雨量，I_i为Z-I关系计算得到的雨量，把上式得到的校准因子与观测区域上的各点雷达估测值I相乘，得到区域的降水分布。

卡尔曼滤波校准法，由于Z-I关系和雷达参数的不稳定，风对雨量计测值得影响，以及雨区衰弱等，使乘性校准因子f＝Ig(t)/Ir(t)为一随机变量，平均校准法求得平均值虽然也是一种滤波，但不一定就是最好的滤波，卡尔曼滤波校准法就是要排除随机噪声对f值得干扰，获得f的最佳估计。卡尔曼滤波从时间序列上用状态方程和测量方程的迭代实现了对雷达估测系统偏差的修正。

本发明实施例中天气雷达图与电子地图或卫星地图叠加并显示雷达图分析技术，通过气象数据提取、气象数据叠加、气象数据分析和气象数据输出来完成。本发明不仅适用于天气雷达图的分析，也可适用于其他雷达图的分析技术。

另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，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加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本发明而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。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，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等，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。

综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种天气雷达图分析系统，其特征在于，包括：天气雷达系统、气象数据提取部件、气象数据叠加部件、气象数据分析部件和气象数据输出部件，

其中，所述天气雷达系统和所述气象数据提取部件通过开发接口连接，所述气象数据提取部件和所述气象数据叠加部件连接，所述气象数据叠加部件和所述气象数据分析部件连接，所述气象数据分析部件和所述气象数据输出部件连接；

所述气象数据提取部件，用于从所述天气雷达系统提取到气象目标物的天气特征数据；

所述气象数据叠加部件，用于将所述气象数据提取部件提取到的所述天气特征数据叠加到地图中，得到叠加在所述地图上的天气雷达图；

所述气象数据分析部件，用于对叠加在所述地图上的天气雷达图进行天气雷达图分析，生成所述气象目标物对应的天气分析结果；

所述气象数据输出部件，用于对所述气象数据分析部件生成的天气分析结果输出。

2.根据权利要求1所述的一种天气雷达图分析系统，其特征在于，所述天气雷达图分析系统，还包括：天气雷达图分析数据库，所述天气雷达图分析数据库分别和所述气象数据提取部件、所述气象数据叠加部件连接；

所述气象数据提取部件，具体用于将从所述天气雷达系统提取到的所述天气特征数据存入到所述天气雷达图分析数据库；

所述气象数据叠加部件，具体用于从所述天气雷达图分析数据库读取到所述天气特征数据。

3.根据权利要求2所述的一种天气雷达图分析系统，其特征在于，所述天气雷达图分析数据库和所述气象数据分析部件连接；

所述天气雷达图分析数据库，用于存储所述气象数据分析部件生成的天气分析结果，以及存储所述气象目标物对应的历史天气数据；

所述气象数据分析部件，还用于从所述天气雷达图分析数据库读取所述气象目标物对应的历史天气数据，将所述气象目标物对应的历史天气数据和所述气象数据分析部件生成的天气分析结果进行比对分析。

4.根据权利要求1所述的一种天气雷达图分析系统，其特征在于，所述地图，包括：电子地图和卫星地图。

5.根据权利要求4所述的一种天气雷达图分析系统，其特征在于，所述气象数据输出部件，还用于按照用户对所述电子地图和卫星地图的放大或缩小处理加载所述电子地图和卫星地图对应的天气分析结果。

6.根据权利要求1所述的一种天气雷达图分析系统，其特征在于，所述天气特征数据，包括：所述气象目标物的空间位置分布特征、所述气象目标物对应的雷达图例特征和所述气象目标物的强度特征。