CN108182660A - 一种区域气象雷达网数据融合方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种区域气象雷达网数据融合方法及装置，所述包括将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。本发明提供的区域气象雷达网数据融合方法及装置，根据和距离、分辨率等参数有关的雷达权重值处理重叠网格单元的气象数据值，无论对于同构雷达网，还是对于异构雷达网，都能既最大程度得保留细尺度的气象数据特征，又能获得空间连续的雷达拼图结果，使得到的气象雷达拼图结果更加准确。

Description

一种区域气象雷达网数据融合方法及装置
技术领域
本发明涉及气象观测技术领域，尤其涉及一种区域气象雷达网数据融合方法及装置。
背景技术
区域气象雷达网由空间分布的多部气象雷达组成，通过将区域气象雷达网中的每部雷达采集的气象数据加以联合、相关和组织，即可获得一个区域内的气象信息。雷达采集到的气象数据以网格单元为单位，不同雷达间的覆盖范围有部分重叠，以保证得到一个区域内的完整的气象信息，因此，如何准确地计算重叠网格单元的气象数据值，将对获得的气象信息的准确性产生重要影响。
现有技术中，常见的计算重叠网格单元的气象数据值的方法包括：最近邻法，最大值法，距离指数权重法和距离Cressman权重法。其中，最近邻法是指将最靠近所考察重叠网格单元坐标的那个雷达的气象数据值作为该网格的值，该方法无平滑效果，得到的雷达拼图结果易出现空间不连续现象。最大值法即是对重叠网格单元的多个气象数据值进行对比，选择其中的最大值作为重叠网格单元的气象数据值，该方法同样也具有空间不连续的特点。距离指数权重法和距离Cressman权重法是指将重叠网格单元的气象数据值计算为各雷达对应网格单元气象数据值的加权值，而加权值是网格单元与各雷达之间距离的函数，距离越近，权值越大，相反距离越远，权值越小；虽然距离指数权重法和距离Cressman权重法可获得光滑的雷达拼图，但通常只有各雷达基本参数(距离分辨率、方位/俯仰分辨率)一致的情况下才能保存细尺度的数据特征，对于异构组网的区域气象雷达网，则只使用和距离有关的权重值则无法得到准确的雷达拼图结果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种区域气象雷达网数据融合方法及装置，解决了现有技术中的区域气象雷达网数据融合方法的得到的气象雷达拼图结果不准确的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种区域气象雷达网数据融合方法，包括：
将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
进一步地，还包括：
根据所述区域气象雷达网中每个雷达的原始气象数据，确定每个雷达的三维气象数据。
进一步地，所述区域气象雷达网为异构雷达网。
进一步地，所述计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，ρm(rm)表示第m个雷达在距离rm处的三维分辨率单元的大小，β为预设固定参数，θm表示第m个雷达的方位向的发射波束的3dB波束宽度，表示第m个雷达的俯仰向的发射波束的3dB波束宽度，B表示第m个雷达发射信号的信号带宽，C表示电磁波在真空中的传播速度。
进一步地，所述区域气象雷达网为同构雷达网。
进一步地，所述计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，R为预设固定参数。
进一步地，所述根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值，具体为：
其中，gmix(i)表示任一网格单元i的最优三维气象数据值，wm表示第m个雷达的权重值，M为区域气象雷达网中雷达的个数，gm(i)表示第m个雷达的三维气象数据值。
另一方面，本发明提供一种区域气象雷达网数据融合装置，包括：
拼接模块，用于将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
优化模块，对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
再一方面，本发明提供一种用于区域气象雷达网数据融合的电子设备，包括：
存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法。
又一方面，本发明提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述的方法。
又一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
(三)有益效果
本发明提供的区域气象雷达网数据融合方法及装置，根据和距离、分辨率等参数有关的雷达权重值处理重叠网格单元的气象数据值，无论对于同构雷达网，还是对于异构雷达网，都能既最大程度得保留细尺度的气象数据特征，又能获得空间连续的雷达拼图结果，使得到的气象雷达拼图结果更加准确。
附图说明
图1为依照本发明实施例的区域气象雷达网数据融合方法示意图；
图2为依照本发明实施例的区域气象雷达网示意图；
图3为依照本发明实施例的区域气象雷达网数据融合装置示意图；
图4为本发明实施例提供的用于区域气象雷达网数据融合的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
图1为依照本发明实施例的区域气象雷达网数据融合方法示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种区域气象雷达网数据融合方法，包括：
步骤S10、将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
步骤S20、对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
进一步地，还包括：
根据所述区域气象雷达网中每个雷达的原始气象数据，确定每个雷达的三维气象数据。
进一步地，所述区域气象雷达网为异构雷达网。
进一步地，所述计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，ρm(rm)表示第m个雷达在距离rm处的三维分辨率单元的大小，β为预设固定参数，θm表示第m个雷达的方位向的发射波束的3dB波束宽度，表示第m个雷达的俯仰向的发射波束的3dB波束宽度，B表示第m个雷达发射信号的信号带宽，C表示电磁波在真空中的传播速度。
进一步地，所述区域气象雷达网为同构雷达网。
进一步地，所述计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，R为预设固定参数。
进一步地，所述根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值，具体为：
其中，gmix(i)表示任一网格单元i的最优三维气象数据值，wm表示第m个雷达的权重值，M为区域气象雷达网中雷达的个数，gm(i)表示第m个雷达的三维气象数据值。
具体的，设区域气象雷达网中共有M个雷达。对于某一种类型的气象数据，各雷达产生的该气象数据是在以该雷达为中心的包含距离、方位角和仰角坐标信息的球坐标系下的数据，空间分辨率极不均匀，因此，首先需要根据所述区域气象雷达网中每个雷达的原始气象数据，确定每个雷达的三维气象数据。
将所有雷达体积扫描所产生的某一类型的气象数据f＝{f1,f2,...,fm,...,fM}插值到统一的经纬高笛卡尔坐标系下，形成空间分辨率均匀的包含经度、纬度和高度信息的三维气象数据g＝{g1,g2,...,gm,...,gM}，其中m∈[1,M]表示第m个雷达。
所述的某一类型的气象数据f和g可以是雷达反射率数据、降水量数据、速度谱宽数据中的一种。
然后，将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接。即，将M个雷达的笛卡尔坐标系下的三维气象数据g1，g2，...，gm，...，gM进行拼接。
图2为依照本发明实施例的区域气象雷达网示意图，如图2所述，多个雷达组成的区域气象雷达网存在重叠覆盖的区域。
对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
若区域气象雷达网为异构雷达网，则计算计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，ρm(rm)表示第m个雷达在距离rm处的三维分辨率单元的大小，β为预设固定参数，θm表示第m个雷达的方位向的发射波束的3dB波束宽度，表示第m个雷达的俯仰向的发射波束的3dB波束宽度，B表示第m个雷达发射信号的信号带宽，C表示电磁波在真空中的传播速度。
异构雷达网是指区域气象雷达网中的雷达的基本参数不一致，如，距离分辨率、方位/俯仰分辨率等不一致。
若区域气象雷达网为同构雷达网，则计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，R为预设固定参数，用于调整权重值的范围和比例。
同构雷达网是指区域气象雷达网中的雷达的基本参数完全一致，如，距离分辨率、方位/俯仰分辨率等完全一致。
最后，根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值，具体为：
其中，gmix(i)表示任一网格单元i的最优三维气象数据值，wm表示第m个雷达的权重值，M为区域气象雷达网中雷达的个数，gm(i)表示第m个雷达的三维气象数据值。
获取多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值之后，即得到M个雷达组成的区域气象雷达网的气象信息雷达拼图数据。
本发明提供的区域气象雷达网数据融合方法，根据和距离、分辨率等参数有关的雷达权重值处理重叠网格单元的气象数据值，无论对于同构雷达网，还是对于异构雷达网，都能既最大程度得保留细尺度的气象数据特征，又能获得空间连续的雷达拼图结果，使得到的气象雷达拼图结果更加准确。
实施例2：
图3为依照本发明实施例的区域气象雷达网数据融合装置示意图，如图3所示，本发明实施例提供一种区域气象雷达网数据融合装置，用于完成上述实施例中所述的方法，具体包括拼接模块10和优化模块20，其中，
拼接模块10用于将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
优化模块20用于对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
本发明实施例提供一种区域气象雷达网数据融合装置，用于完成上述实施例中所述的方法，通过本实施例提供的区域气象雷达网数据融合装置完成上述实施例中所述的方法的具体步骤与上述实施例相同，此处不再赘述。
本发明提供的区域气象雷达网数据融合装置，根据和距离、分辨率等参数有关的雷达权重值处理重叠网格单元的气象数据值，无论对于同构雷达网，还是对于异构雷达网，都能既最大程度得保留细尺度的气象数据特征，又能获得空间连续的雷达拼图结果，使得到的气象雷达拼图结果更加准确。
实施例3：
图4为本发明实施例提供的用于区域气象雷达网数据融合的电子设备的结构示意图，如图4所示，所述设备包括：处理器801、存储器802和总线803；
其中，处理器801和存储器802通过所述总线803完成相互间的通信；
处理器801用于调用存储器802中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：
将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
实施例4：
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：
将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
实施例5：
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：
将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置及设备等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。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述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ROM/RAM、磁碟、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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前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：其依然可以对前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 (10)

1.一种区域气象雷达网数据融合方法，其特征在于，包括：
将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述区域气象雷达网中每个雷达的原始气象数据，确定每个雷达的三维气象数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述区域气象雷达网为异构雷达网。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，ρm(rm)表示第m个雷达在距离rm处的三维分辨率单元的大小，β为预设固定参数，θm表示第m个雷达的方位向的发射波束的3dB波束宽度，表示第m个雷达的俯仰向的发射波束的3dB波束宽度，B表示第m个雷达发射信号的信号带宽，C表示电磁波在真空中的传播速度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述区域气象雷达网为同构雷达网。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算每个雷达的权重值，具体为：
其中，wm表示第m个雷达的权重值，rm表示第m个雷达与任一网格单元i之间的距离，R为预设固定参数。
7.根据权利要求4或6所述的方法，其特征在于，所述根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值，具体为：
其中，gmix(i)表示任一网格单元i的最优三维气象数据值，wm表示第m个雷达的权重值，M为区域气象雷达网中雷达的个数，gm(i)表示第m个雷达的三维气象数据值。
8.一种区域气象雷达网数据融合装置，其特征在于，包括：
拼接模块，用于将区域气象雷达网中所有雷达的三维气象数据在统一的笛卡尔坐标系下进行拼接；
优化模块，对于多个雷达重叠覆盖区域内的任一网格单元，计算每个雷达的权重值，并根据每个雷达的权重值和每个雷达的三维气象数据值，确定所述多个雷达重叠覆盖区域内的每一网格单元的最优三维气象数据值。
9.一种用于区域气象雷达网数据融合的电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一所述的方法。
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