阅读说明：本技术 一种x波段天气雷达组网数据处理方法 (A kind of X-band weather radar networking data processing method ) 是由 杨忠林 刘淑 候小宇 李凯 周静艳 邵世卿 徐坤 于 2019-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种X波段天气雷达组网数据处理方法,包括步骤1,X波段天气雷达组网数据处理系统建立；步骤2,体积扫描：每部X波段天气雷达将扫描获得的径向数据以根为单位实时传输到中心站X波段天气雷达组网数据处理系统；步骤3,数据接收：数据接收模块将接收的层360根径向数据拷贝传入质量控制模块；同时,清空对应的数据缓存区；步骤4,质量控制；步骤5,质量控制基数据文件生成：步骤6,产品生成。本发明缩短了X波段天雷达数据传输、质量控制的时间,提高了数据从雷达终端到产品生成和用户使用的时效性,为强对流天气的监测、预警和预报工作带来了诸多方便。(The invention discloses a kind of X-band weather radar networking data processing method, including step 1, X-band weather radar networking data processing system is established；Step 2, volume scan: the radial data that scanning obtains is real-time transmitted to central station X-band weather radar networking data processing system by every X-band weather radar as unit of root；Step 3, data receiver: received 360 root diameter of layer is passed to quality control module to data copy by data reception module；Meanwhile emptying corresponding data buffer area；Step 4, quality controls；Step 5, quality controls base data file generated: step 6, product generates.Present invention reduces the times that X-band day Transmission System of Radar Data, quality control, and improve the timeliness that data are generated from radar terminal to product and user uses, and bring many convenience for monitoring, early warning and the forecast work of strong convective weather.)

一种X波段天气雷达组网数据处理方法

技术领域

本发明涉及一种天气雷达组网数据处理方法，特别是一种X波段天气雷达组网数据处理方法。

背景技术

强对流天气包括短时强降水、雷暴大风、冰雹、雷电、龙卷等，是一类发展速度快、局地性强、破坏性大的高影响灾害性天气。天气雷达通过发射电磁波，能够观测到强对流系统的内部三维结构和演变特征，是目前强对流监测最有效的手段。而目前新一代天气雷达业务观测网雷达间平均间距达200 km，受地球曲率、电磁波波束随距离展宽以及地形遮挡等的影响，对于低层（< 1 km 高度）的覆盖率不到20%，限制了对于强对流发生密切相关的低层特征的探测。

针对上述问题，国外发达国家近年来高度重视提升业务观测网和发展城市区域具有快速适应性扫描能力的 X 波段双偏振近距离网络雷达(雷达探测半径30-40km，雷达之间相隔距离平均为25km)，弥补现有雷达网低层探测能力的不足，并提供云微物理结构的观测。美国于2007-2010年期间，在Oklahoma西南约7000平方公里地区建立了由四部小型X波段双线偏振多普勒天气雷达组网进行春季试验，在龙卷、大风或突发性洪水威胁等典型灾害性天气的观测和分析中取得不错的效果。2008年日本在东京大城市区也建立了由7部X波段雷达网（3部双线偏振和4部多普勒雷达），对城市强对流进行监测。在欧洲，丹麦、意大利、法国等也先后开展了城市区域X波段小雷达组网的研究。

我国对X波段天气雷达组网的研究起步较晚，发展较快。中国气象局于2008年开始了气象行业科研专项“分布式全固态网络天气雷达系统关键技术研究”的工作，以促进强对流的监测和预报。近年来已经（计划）在北京、上海、成都、广州、佛山、珠海、盐城等多地进行了X波段天气雷达网的建设。

虽然X波段天气雷达网建设较快，但相关的业务软件系统却还停留在传统模式上。传统模式采用雷达进行体积扫描，然后生成基数据文件压缩后通过FTP传输到中心站，然后中心站处理软件基于基数据进行质量控制和产品生成。目前进行X波段天气雷达进行组网观测的雷达大部分都是双偏振多普勒天气雷达，其数据量大、质量控制流程多，数据传输和质量控制时间消耗大，之后再进行产品的生成和展示应用。存在的滞后性较大，这不利于体现X波段雷达网精细、快速等业务优势，不利于强对流天气的监测、预警和预报工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种X波段天气雷达组网数据处理方法，该X波段天气雷达组网数据处理方法能够接入多部X波段天气雷达，并进行数据接收、数据质量控制、体积扫描数据生成、单雷达产品生成和组网雷达产品生成。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种X波段天气雷达组网数据处理方法，包括如下步骤。

步骤1，X波段天气雷达组网数据处理系统建立：X波段天气雷达组网数据处理系统包括多部X波段天气雷达和通过网络与每部X波段天气雷达均相连接的中心站X波段天气雷达组网数据处理系统；中心站X波段天气雷达组网数据处理系统包括数据接收模块、质量控制模块、体积扫描数据生成模块和产品生成模块；其中，数据接收模块和体积扫描数据生成模块均具有数据缓存区。

步骤2，体积扫描：每部X波段天气雷达均按照设定体扫模式同步开始体积扫描，同时，将扫描获得的径向数据以根为单位实时传输到中心站X波段天气雷达组网数据处理系统；其中，径向数据包括观测数据和状态信息。

步骤3，数据接收：中心站X波段天气雷达组网数据处理系统中的数据接收模块实时接收步骤2传输的径向数据，并存储在其数据缓存区中；当数据接收模块接收到其中一部X波段天气雷达的单层360根径向数据和单次扫描完成状态标志信息后，会将对应X波段天气雷达的对应层360根径向数据拷贝传入质量控制模块；同时，清空对应的数据缓存区，准备接收和存储下一个仰角的径向数据。

步骤4，质量控制：质量控制模块接收到传入的360根径向数据后，及时调用对应X波段天气雷达的质量控制参数，进行质量控制；并将质量控制后的径向数据传输至体积扫描数据生成模块。

步骤5，质量控制基数据文件生成：体积扫描数据生成模块将接收到的每部X波段天气雷达的质量控制后的径向数据放入对应的数据缓存区中进存储；当收到对应X波段天气雷达的所有层径向数据和单次体积扫描完成状态标志信息后，会将X波段天气雷达对应的所有层径向数据生成质量控制基数据文件，并将生成的质量控制基数据文件传输至产品生成模块；同时，将对应的数据缓存区清空。

步骤6，产品生成：产品生成模块将接收的质量控制基数据文件，生成与X波段天气雷达相对应的产品和组网雷达产品。

步骤1中，每部X波段天气雷达与中心站X波段天气雷达组网数据处理系统均相连接的网络的带宽不小于100M。

步骤6中，产品生成模块将接收的质量控制基数据文件，采用多线程的工作方式，生成与X波段天气雷达相对应的产品。

径向数据为PPI径向数据或RHI径向数据。

步骤2中的状态信息包括方位、仰角、单次扫描结束标志和单次体积扫描结束标志。

步骤2中的体扫模式为VCP21、VCP11或自定义模式。

本发明具有如下有益效果：能缩短X波段天雷达数据传输、质量控制的时间，提高数据从雷达终端到产品生成和用户使用的时效性，为强对流天气的监测、预警和预报工作带来了诸多方便。

附图说明

图1显示了本发明一种X波段天气雷达组网数据处理方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种X波段天气雷达组网数据处理方法，包括如下步骤。

步骤1，X波段天气雷达组网数据处理系统建立。

X波段天气雷达组网数据处理系统包括多部X波段天气雷达和通过网络与每部X波段天气雷达均相连接的中心站X波段天气雷达组网数据处理系统。这里的网络的带宽优选不小于100M。

多部X波段天气雷达也即为图1中的雷达站1、雷达站2……雷达站N，当然作为替换，也可仅设置一部雷达站。

中心站X波段天气雷达组网数据处理系统也即图1中的中心站。

中心站X波段天气雷达组网数据处理系统包括数据接收模块、质量控制模块、体积扫描数据生成模块和产品生成模块；其中，数据接收模块和体积扫描数据生成模块均具有数据缓存区。

步骤2，体积扫描：每部X波段天气雷达均按照设定体扫模式同步开始体积扫描。其中，体扫模式优选为VCP21、VCP11或自定义模式。本发明中，以VCP21模式为例进行具体说明。VCP21模式共包含9个仰角，每个仰角进行PPI单次扫描，每层PPI扫描结果中包含0°-359°共360根径向数据。

体积扫描的同时，每部X波段天气雷达将扫描获得的径向数据以根为单位（径向流方式）实时传输到中心站X波段天气雷达组网数据处理系统。径向数据优选为PPI径向数据或RHI径向数据等。其中，径向数据包括观测数据和状态信息，而状态信息优选包括方位、仰角、单次扫描结束标志和单次体积扫描结束标志等。

步骤3，数据接收：中心站X波段天气雷达组网数据处理系统中的数据接收模块实时接收步骤2传输的径向数据，并存储在其数据缓存区中；当数据接收模块接收到其中一部X波段天气雷达的单层PPI 360根径向数据和单次PPI扫描完成状态标志信息后，会将对应X波段天气雷达的对应层360根径向数据拷贝传入质量控制模块；同时，清空对应的数据缓存区，准备接收和存储下一个仰角的径向数据。

步骤4，质量控制：质量控制模块接收到传入的360根径向数据后，及时调用对应X波段天气雷达的质量控制参数，进行质量控制；并将质量控制后的径向数据传输至体积扫描数据生成模块。此步骤中每部雷达站的质量控制参数可能存在差异，需预先进行配置。

步骤5，质量控制基数据文件生成：体积扫描数据生成模块将接收到的每部X波段天气雷达的质量控制后的径向数据放入对应的数据缓存区中进存储；当收到对应X波段天气雷达的所有层（VCP21包含9层）径向数据和单次体积扫描完成状态标志信息后，会将X波段天气雷达对应的所有层径向数据生成质量控制基数据文件，并将生成的质量控制基数据文件传输至产品生成模块；同时，将对应的数据缓存区清空。

步骤6，产品生成：产品生成模块将接收的质量控制基数据文件，优选采用多线程的工作方式，生成与X波段天气雷达相对应的产品和组网雷达产品。

本发明能大幅缩短X波段天雷达数据传输、质量控制的时间，提高数据从雷达终端到产品生成和用户使用的时效性，为强对流天气的监测、预警和预报工作带来了诸多方便。

以VCP21（9层，每分钟两转扫描速度）为例对比说明两种方式的差别，假设一层数据的传输时间为10s，一层数据的质量控制处理时间为20s，数据压缩率为50%。

采用现有技术中的传统方法，所需时间如下：

先进行体积扫描，体积扫描结束后生成体扫文件，然后进行压缩后进行传输。传输完成后解压后分层进行质量控制，质量控制结束后生成体扫文件后再进行产品生产。

假设00分00秒开始扫描，扫描完成和生成体扫文件的时间为04分30秒，数据压缩后一层数据的传输时间为5s，整个体扫文件传输完成时间为05分15秒。数据传输完成后开始质量控制，每层耗时20s，质量控制结束后生产体扫文件的时间为08分15秒。

采用本发明的处理方法后，所需时间如下：

先进行体积扫描，数据实时径向传输，每接收到一层数据就进行质量控制；待所有层数据传输和质量控制结束后生成体扫文件后再进行产品生产。

假设00分00秒开始扫描，每一层数据质量控制完成的时间为该层扫描结束后20s。最后一层扫描结束的时间为04分30秒，因此产生质量控制结束的体扫文件的时间为04分50秒。

综上，本发明的处理方法能够较传统方法提前3分25秒查看到雷达产品，对于龙卷等强对流天气的预警有较大的提升。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。