CN107832771B - 气象数据处理装置、方法、系统及记录介质 - Google Patents

Abstract

根据一实施方式的气象数据处理装置，具备对由气象雷达观测到的气象数据进行收集的单元、核检测单元以及显示控制单元。所述核检测单元从所述气象数据取得积雨云的三维数据，利用所述三维数据的主成分分析处理对所述积雨云的核进行检测，计算用于显示所述核的核检测数据。所述显示控制单元基于所述积雨云的三维数据以及所述核检测数据，执行用于进行所述积雨云的三维显示以及所述核的显示的显示处理。

Description

气象数据处理装置、方法、系统及记录介质

相关申请的交叉引用

本申请基于2016年9月15日提出的在先日本专利申请第2016－180873号，要求享受其优先权利益，其全部内容通过引用包含在本申请中。

技术领域

这里说明的多个实施方式总体涉及气象数据处理装置、包括气象数据处理装置的系统、气象数据处理方法、以及记录气象数据处理程序的介质。

背景技术

近年来，能够通过使用相控阵气象雷达(Phased Array Weather Radar:PAWR)的气象数据处理装置，以三维来观测积雨云的状况。例如能够利用体绘制(VolumeRendering)技术在计算机的屏幕上将积雨云的观测结果进行三维显示。

这里，在积雨云的观测中，重要的是针对密度最高的被称作核(雨滴块)的云的中心部的观测。通过观测该核的生成状况，能够预测暴雨的发生等。

以往的气象数据处理装置能够对由PAWR收集的气象数据进行处理，并将观测到的积雨云以三维成像的方式显示在计算机的屏幕上。这里，在积雨云的观测中，优选的是不仅显示积雨云整体的三维成像，还能够显示积雨云的核的观测结果。但是，不需要复杂的气象数据处理就可靠地检测积雨云的核并与积雨云整体的三维显示一起将核的成像显示，是不容易的。

发明内容

本发明的实施方式提供能够通过相对简单的气象数据处理来可靠地检测积雨云的核并与积雨云整体的三维显示一起将核的成像显示的气象数据处理装置、气象数据处理系统、气象数据处理方法以及记录气象数据处理程序的介质。

实施方式的气象数据处理装置具备对由气象雷达观测到的气象数据进行收集的单元、核检测单元以及显示控制单元。所述核检测单元从所述气象数据取得积雨云的三维数据，使用所述三维数据的主成分分析处理来检测所述积雨云的核，计算用于显示所述核的核检测数据。所述显示控制单元基于所述积雨云的三维数据以及所述核检测数据，执行用于进行所述积雨云的三维显示以及所述核的显示的显示处理。

根据上述的结构，能够可靠地检测积雨云的核，并且能够与积雨云整体的三维显示一起将核的成像显示。

附图说明

图1是用于说明实施方式的系统的结构的框图。

图2是用于说明实施方式的系统的动作的流程图。

图3是用于说明实施方式中的核检测处理的流程图。

图4是表示实施方式中的通过核检测处理得到的核的成像的一例的图。

图5是用于说明实施方式中的组区分处理的流程图。

图6是表示实施方式中的通过组区分处理得到的核的显示成像的一例的图。

图7是表示实施方式中的通过组区分处理得到的核的显示成像的一例的图。

图8是用于说明实施方式中的球的列表生成处理的流程图。

图9是用于说明实施方式中的找出交叉的球的处理的流程图。

图10是用于说明实施方式中的组的核检测处理的流程图。

图11是用于说明实施方式中的组的核检测处理结果的一例的图。

图12是用于说明实施方式中的组的核检测处理结果的一例的图。

图13是用于说明实施方式中的组的核检测处理结果的一例的图。

图14是用于说明实施方式中的组的核检测处理结果的一例的图。

图15是表示实施方式中的积雨云以及核的显示形态的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。附图中，相同的符号表示相同或类似部分。

[系统的结构]

图1是表示实施方式的系统的结构的图。如图1所示，气象数据处理系统1是包括气象数据处理装置2、相控阵气象雷达(以下，表示为PAW雷达)12、网络14以及客户端计算机15的结构。PAW(Phased Array Weather)雷达12是能够将积雨云等气象现象以三维进行观测的气象雷达。气象数据处理装置2具有服务器10、气象数据储存器11以及核信息储存器13。服务器10由计算机以及软件构成，如后述那样执行积雨云的核检测处理、积雨云的三维显示处理以及核的显示处理。

气象数据储存器11保存由PAW雷达12观测到的观测对象(本实施方式中为积雨云)的气象数据(三维数据)。气象数据储存器11将包含观测对象的位置的地图信息与作为三维数据的气象数据一起保存。核信息储存器13保存核信息，该核信息包含通过由服务器10执行的积雨云的核检测处理而计算的核检测数据。

服务器10经由互联网等网络14而与客户端计算机15连接。客户端计算机15经由网络14能够请求服务器10提供积雨云等的气象信息。服务器10按照来自客户端计算机15的请求，发送用于将积雨云的三维成像以及核的成像显示在客户端计算机15的屏幕16上的显示信息。来自客户端计算机15的请求中包含与作为气象现象产生的积雨云的场所以及时间有关的信息。

[系统的动作]

图2是说明包括气象数据处理装置2在内的本实施方式的系统1的动作的流程图。如图2所示，系统1从PAW雷达12收集表示所发生的积雨云的观测结果的气象数据(三维数据)(步骤S1)。从PAW雷达12收集到的气象数据被保存至气象数据储存器11中(步骤S2)。

服务器10从气象数据储存器11取得作为积雨云的气象数据的三维数据，使用该三维数据执行对该积雨云的核进行检测的核检测处理(步骤S3)。服务器10将包含通过核检测处理计算出的核检测数据在内的核信息保存在核信息储存器13中(步骤S4)。

服务器10如果由客户端计算机15经由网络14请求提供气象信息(这里为积雨云的状况)(步骤S5的“是”)，则生成积雨云和核的成像数据(步骤S6)。即，服务器10从气象数据储存器11取得积雨云的三维数据，从核信息储存器13取得核检测数据，生成用于显示积雨云的三维成像以及核的成像的显示信息。服务器10经由网络14将所生成的显示信息发送给客户端计算机15(步骤S7)。客户端计算机15基于显示信息来执行应用，由此如后面说明的图15所示，能够在屏幕16上显示积雨云的三维成像以及核的成像(三维成像或二维成像)。上述的步骤S1至步骤S7能够通过作为计算机程序的气象数据处理程序来执行。该计算机程序能够事先记录在光盘或磁盘、计算机等的记录介质中。

[核检测处理]

图3是说明本实施方式的核检测处理的概略性的步骤的流程图。这里，本实施方式的核检测处理中，利用周知的主成分分析处理，计算将核例如作为椭圆体成像来记述的核检测数据。以下，将主成分分析处理记为PCA(Principal Component Analysis，主成分分析)处理。本实施方式中，通过PCA处理，基于多个三维顶点的[x,y,z]变量之间的相关来计算主成分(轴)。

服务器10从气象数据储存器11取得由PAW雷达12观测到的积雨云的三维数据。具体而言，服务器10输入表示带有密度信息的三维顶点的排列的数据([[x,y,z,intensity],……])，该密度信息表示积雨云的雨滴的密度(步骤S10)。这里，[x,y,z]是表示三维顶点的参数，[intensity]是表示密度的参数。该密度最高的部分表示积雨云的核。

服务器10根据被输入的数据，基于核部分的最低密度以及顶点的最低高度的各基准参数，执行从三维顶点的排列中选择核顶点的选择处理(步骤S11)。核部分的最低密度是，成为作为核检测用的基准的密度。此外，顶点的最低高度是，成为从由PAW雷达12观测的积雨云的观测结果中排除山等的影响用的基准的高度。

接着，服务器10执行将通过步骤S11的选择处理选择出的核顶点以球的半径作为参数而进行分组的组区分处理(步骤S12)。服务器10在各组中，以组的最小尺寸(核顶点数)为参数，废弃与基准相比过小的组(步骤S13)。这里，在核的中央处、顶点的密度(核顶点数)最高这一前提下，球的半径按该顶点的密度从高到低的顺序变长。

服务器10执行PCA处理，检测(计算)通过组区分处理而制作出的各组(例如2组)的中央点和轴(步骤S14)。这里，轴是通过PCA计算出的主成分，并且是穿过中央点的倾斜的轴线。即，服务器10输出表示例如记述椭圆体的对象(核的成像)的排列的核检测数据([{中心center:[x,y,z],轴axis:[[x1,y1,z1],[x2,y2,z2],[x3,y3,z3],]},……])(步骤S15)。图4是表示该对象(核的成像数据)的一例的图。这里，“中心center:[x,y,z]”对应于图4所示的中央点40。服务器10将包含通过PCA处理计算出的核检测数据在内的核信息保存在核信息储存器13中。核信息中包含与气象数据储存器11中保存的积雨云的三维数据以及地图信息联动的信息。

以下，参照图5的流程图对组区分处理进行说明。

如图5所示，服务器10在核的中央处、顶点的密度(核顶点数)最高这一前提下，按密度从低到高的顺序，生成包含核顶点的球的列表(步骤S20)。服务器10从所生成的列表中找出相互交叉的球(步骤S21)。进而，服务器10生成包含相互交叉的球在内的顶点的组(即核)(步骤S22)。图6(A)至图6(D)是表示与步骤S20至S22的一系列的处理对应的成像的一例的图。图6(C)是表示相互交叉的球的成像的一例的图。图6(D)是表示包含交叉的球的组G1以及组G2的生成例的图。

这里，球的半径越大，则越能够高速地进行组区分处理。但是，如图7(A)所示，如果球的半径过大，则分离的两个核有可能被识别为一个核。因此，服务器10在顶点的密度在核的中央处最高这一前提下，通过“半径＝密度×α”的计算式来计算球的半径。这里，“α”是组区分处理的参数。因而，如图7(B)所示，服务器10能够从分离的两个组中将包括交叉的球在内的组区分进而识别。

进而，参照图8及图9的流程图对组区分处理所包括的球的列表生成处理(步骤S20)以及找出交叉的球的处理(步骤S21)分别进行具体说明。

如图8所示，服务器10首先按密度从低到高的顺序将顶点排序(步骤S30)。接着，抽出密度最高的顶点(步骤S32)，将该顶点成为中央的球设定到列表中(步骤S33)。服务器10从列表中抽出包含于球的顶点(步骤S34)。如果规定的核的顶点数成为0(步骤S31的“否”)，则服务器10输出所生成的球的列表(步骤S35)。

如图9所示，服务器10准备在初始阶段生成的球的列表以及空的组的列表(步骤S40)。服务器10从球的列表中抽出某球A(步骤S42)，找出包括与球A交叉的球的全部组(步骤S43)。在初始阶段，由于没有组(步骤S44的“否”)，因此服务器10重新制作包括球A的组(步骤S46)。

另一方面，服务器10在存在包括与上述球A交叉的球的组的情况下(步骤S44的“是”)，进行对该组进行合并而追加上述球A的处理(步骤S45)。如果规定的核的顶点数成为0(步骤S41的“否”)，则服务器10输出包括相互交叉的球在内的顶点的组的列表(步骤S47)。

接着，参照图10的流程图对各组(例如2组)的核检测处理(步骤S14)进行具体说明。

首先，服务器10执行各组的PCA处理，如图11所示，计算各组的中央点50(中心center:[x,y,z])(步骤S50)，并计算经过该中央点50的第1轴(第1主成分)(步骤S51)。接着，如图12所示，服务器10将组的顶点(图12的圆圈)投影到计算出的第1轴的法线平面(步骤S52)。

进而，服务器10对投影处理的结果执行PCA处理，计算与计算出的第1轴正交的第2轴(第2主成分)(步骤S53)。如图13所示，服务器10根据计算出的第1轴(轴1)和第2轴(轴2)，通过叉积处理而计算第3轴(轴3)(步骤S54)。接着，服务器10将顶点变换到第1轴至第3轴这3轴构成的坐标系(步骤S55)。服务器10基于变换坐标系的最小·最大值，求出核的大小(步骤S56)。即，如图14所示，能够求出由与虚线所表示的框相符的椭圆体的形状构成的核的成像(参照图4)。

如以上那样，根据本实施方式，气象数据处理装置2的服务器10从气象数据储存器11取得由PAW雷达12观测到的积雨云的三维数据，使用该三维数据执行对积雨云的核进行检测的核检测处理。这里，服务器10利用周知的PCA处理，执行基于核的三维顶点的[x,y,z]变量间的相关来计算主成分(轴)的核检测处理，计算将核例如作为椭圆体成像来记述的核检测数据。服务器10将包含通过核检测处理来计算出的核检测数据在内的核信息保存在核信息储存器13中。该核信息中包含与气象数据储存器11中保存的积雨云的三维数据以及地图信息相联动的信息。因而，根据本实施方式，能够通过利用了周知的PCA处理的相对简单的数据处理，可靠地检测积雨云的多个核。

进而，服务器10按照来自客户端计算机15的请求(包含与所发生的积雨云的场所以及时间有关的信息)，取得积雨云的三维数据，并且从核信息储存器13取得核检测数据，生成用于显示积雨云的三维成像数据以及核的成像的显示信息。服务器10经由网络14将生成的显示信息发送给客户端计算机15。

客户端计算机15基于从服务器10提供的显示信息而执行应用，由此能够在屏幕16上显示积雨云的三维成像数据以及核的成像数据。具体而言，如图15(A)所示，在屏幕16上，在地图上显示积雨云的三维成像60，并以追加的方式显示所检测到的例如两个核的椭圆体成像70、71(参照图4)。因而，在客户端计算机15的屏幕16上，能够通过三维显示60将积雨云整体的形状进行视觉化，并且能够同时掌握多个核的位置及大小。

此外，也可以如图15(B)所示，在屏幕16上，在地图上显示积雨云的三维成像60，并以所检测到的例如两个核的椭圆体的二维成像72、73的形态进行显示。该显示形态不妨碍由积雨云整体的三维显示带来的视觉化而能够以可识别显示位置及大小的程度有效地显示核。进而，还能够利用核检测数据，与积雨云整体的三维显示一起，同时进行多个核的水平对流(日语：移流)显示(动画显示)。

说明了本发明的实施方式，但该实施方式是作为例来提示的，并没有要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他多种形态实施，并且在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在与权利要求书中记载的发明和与其等效的范围中。

Claims (5)

1.一种气象数据处理装置，具备：

收集由气象雷达观测到的气象数据的单元；

核检测单元，从所述气象数据取得积雨云的三维数据，使用所述三维数据的主成分分析处理对所述积雨云的核进行检测，并计算用于显示所述核的核检测数据；以及

显示控制单元，基于所述积雨云的三维数据以及所述核检测数据，执行用于进行所述积雨云的三维显示以及所述核的显示的显示处理，

所述核检测单元根据所述积雨云的三维数据，输入表示带有密度信息的三维顶点的排列的数据，执行所述主成分分析处理并输出表示所述核的形状的排列的所述核检测数据，所述密度信息表示积雨云的雨滴的密度，

所述核检测单元，

执行选择处理，该选择处理从所述三维顶点的排列中选择核顶点；

执行组区分处理，该组区分处理以球的半径为参数，对通过所述选择处理选择出的核顶点进行分组；

执行所述主成分分析处理，计算通过所述组区分处理制作出的各组的中央点和轴。

2.如权利要求1记载的气象数据处理装置，其中，

所述显示控制单元经由网络按照来自客户端计算机的请求，基于所述积雨云的三维数据以及所述核检测数据，生成用于进行所述积雨云的三维显示以及所述核的成像显示的显示信息；

所述气象数据处理装置还具有将所述显示信息经由所述网络发送给所述客户端计算机的单元。

3.一种气象数据处理系统，其中，具有：

权利要求1所述的气象数据处理装置；以及

客户端计算机，经由网络而与所述气象数据处理装置连接；

所述气象数据处理装置按照来自所述客户端计算机的请求，基于所述积雨云的三维数据以及所述核检测数据，生成用于进行所述积雨云的三维显示以及所述核的成像显示的显示信息，并将所述显示信息发送给所述客户端计算机。

4.一种气象数据处理方法，适用于对由气象雷达观测到的气象数据进行处理的气象数据处理装置，其中，所述气象数据处理方法包括如下处理，即：

从所述气象数据取得积雨云的三维数据；

使用所述三维数据的主成分分析处理对所述积雨云的核进行检测，计算用于显示所述核的核检测数据；以及

基于所述积雨云的三维数据以及所述核检测数据，执行用于进行所述积雨云的三维显示以及所述核的显示的显示处理，

在计算所述核检测数据的处理中，根据所述积雨云的三维数据，输入表示带有密度信息的三维顶点的排列的数据，执行所述主成分分析处理并输出表示所述核的形状的排列的所述核检测数据，所述密度信息表示积雨云的雨滴的密度，

并且在计算所述核检测数据的处理中，包括如下处理：

执行选择处理，该选择处理从所述三维顶点的排列中选择核顶点；

执行组区分处理，该组区分处理以球的半径为参数，对通过所述选择处理选择出的核顶点进行分组；以及

执行所述主成分分析处理，计算通过所述组区分处理制作出的各组的中央点和轴。

5.一种记录介质，记录有气象数据处理程序，使对由气象雷达观测到的气象数据进行处理的计算机执行包括如下处理的步骤，

所述处理为：

从所述气象数据取得积雨云的三维数据；

使用所述三维数据的主成分分析处理对所述积雨云的核进行检测，计算用于显示所述核的核检测数据；以及

基于所述积雨云的三维数据以及所述核检测数据，执行用于进行所述积雨云的三维显示以及所述核的显示的显示处理，

在计算所述核检测数据的处理中，根据所述积雨云的三维数据，输入表示带有密度信息的三维顶点的排列的数据，执行所述主成分分析处理并输出表示所述核的形状的排列的所述核检测数据，所述密度信息表示积雨云的雨滴的密度，

并且在计算所述核检测数据的处理中，包括如下处理：

执行选择处理，该选择处理从所述三维顶点的排列中选择核顶点；

执行组区分处理，该组区分处理以球的半径为参数，对通过所述选择处理选择出的核顶点进行分组；以及

执行所述主成分分析处理，计算通过所述组区分处理制作出的各组的中央点和轴。

Images