新一代天气雷达基数据文件格式自动识别及软件实现方法*

陈 波，张 进，赵庭飞，罗 红

(1 贵州省黔南自治州气象局，贵州 都匀 558000；2贵州省织金县气象局，贵州 织金 552100)

新一代天气雷达基数据文件格式自动识别及软件实现方法*

陈 波1，张 进1，赵庭飞2，罗 红1

(1 贵州省黔南自治州气象局，贵州 都匀 558000；2贵州省织金县气象局，贵州 织金 552100)

新一代天气雷达多种基数据文件格式读写一直是影响雷达数据广泛应用的一个原因。为使从事短临监测的人员能更好的应用雷达数据资料，该文通过分析我国新一代天气雷达各种雷达基数据格式异同及国家气象信息中心最新规定的雷达基数据传输文件命名规则，提出一种基于雷达基数据文件名字符串自动识别基数据格式的方法，介绍基于雷达厂商提供的动态链接库接口利用Csharp语言编程实现对各种基数据格式自动识别和读取方法。检验证明基于基数据文件名自动识别数据格式的方法可行，并在业务中得到应用。

天气雷达；基数据格式；自动识别；动态链接库

1 引言

天气雷达是通过接收气象目标物对雷达电磁波的散射信号作为探测大气的基础。根据气象目标物的后向散射信号特征，探测出气象目标物的大小、相态及其空间分布，便于天气监测员了解天气系统的生消演变、移动方向及移动速度等信息，天气雷达是监测暴雨、暴雪、台风、冰雹和短时强降水等灾害性天气的重要工具，为天气预测预警防灾减灾工作提供有利的数据支撑。

目前参与全国新一代天气雷达组网主要有S波段(波长10 cm)和C波段(5 cm)雷达，S波段雷达主要分布在我国沿海及长江流域，主要监测热带天气系统、暴雨及强对流等灾害天气，而C波段雷达主要分布在我国内陆海拔较高地区，主要监测冰雹、暴雨等灾害天气。两种波段天气雷达都是以体扫基数据方式工作，基数据是雷达采集的原始数据，包括回波强度、径向数据、速度谱宽等，并以二进制数据存储。但由于雷达型号和研制厂商的不同，基数据存储格式存在差异，造成针对某一基数据格式开发的软件应用到另一种基数据格式时不能兼容；因此本文研究各类雷达基数据格式的异同，利用Csharp编程语言通过识别基数据文件名从而判断基数据格式，利用雷达厂商提供的动态库接口方法读取雷达数据，从而达到操纵雷达基数据的目的，开发兼容各类雷达基数据的快速查看工具。

2 新一代天气雷达基数据格式研究

2.1 雷达型号与基数据文件格式种类

目前我国在气象上使用的S和C波段雷达主要有8种雷达型号，包括CINRAD-SA、CINRAD-SB、CINRAD-SC、CINRAD-CB、CINRAD-CC、CINRAD-CCJ、CINRAD-CD(简称SA、SB、SC、CB、CC、CCJ、CD)和WSR-88D，各种型号雷达出现6种雷达基数据文件格式(SAB、SCD、88D、CB、CC1.0和CC2.0)，其中SA、SB和CB型号雷达由北京敏视达雷达有限公司研制生产，SC和CD型号雷达由成都锦江电器制造有限公司研制生产，WSR-88D型号雷达由美国洛克希德·马丁公司生产，而CC和CCJ型号雷达由安徽四创电子股份有限公司研制生产。

2.2 基数据文件格式对比分析

雷达基数据是指雷达完成一次体扫所扫描的包括回波强度、径向速度和速度谱宽三要素的二进制数据文件，文件字节数据量较大。根据体扫模式(VCP)的不同，雷达扫描仰角数不同和数据存储格式不同，文件大小也不相同，如SA型号雷达VCP21一个体扫时间为6 min完成9个仰角锥面扫描的数据字节大小为11层×360方位×2 432字节(每个方向字节数)≈9.4 MB，而VCP11一个体扫时间为5 min完成14个仰角锥面扫描的字节大小为16层×360方位×2 432字节≈13.7 MB数据。

基数据文件一般由描述区和数据区组成，描述区一般包括雷达参数、工作参数和扫描方式等信息，全局描述区一般位于文件头，称为文件头；局部描述区一般位于径向数据开始位置，称为径向头；数据区存储雷达观测的三要素。

经查阅各厂商雷达数据格式文件说明，新一代天气雷达的6种基数据文件格式对比见表1所示。敏视达SAB格式和CAB格式基数据无文件头，分布采用固定径向长度2 432字节或4 132字节按低位优先储存；SCD格式使用文件头(1 024字节)+固定径向长度(4 000字节)按低位优先储存；CC1.0格式使用文件头(1 024字节)+固定径向长度(3 000字节)按低位优先储存，SCD格式径向数据包括四要素(杂波控制的回波强度、径向速度、速度谱宽和原始回波强度)，而CC1.0格式数据没有原始回波强度这一要素；88D格式使用文件头(16字节)+固定径向长度(2 432字节)按高位优先储存；CC2.0格式使用文件头(2 060字节)+可变径向长度按低位优先储存。

表1 新一代天气雷达基数据格式对比Tab.1 The new generation weather radar base data format comparison

3 基数据格式自动识别方法

3.1 基数据格式命名规则

根据国家气象信息中心最新规定的雷达基数据传输文件命名规则，要求各站统一按照文件名格式：Z_RADR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_DOR_雷达型号_扫描方式.bin.bz2上传国家气象信息中心，其中Z：固定编码，表示国内交换文件；RADR：固定编码，表示雷达资料；I：表示后面为雷达站的区站号IIiii；yyyymmddhhMMss：为体扫结束后文件生成时间(年、月、日、时、分、秒，用UTC世界时表示)；O：固定编码，表示观测资料；DOR：表示多普勒雷达；雷达型号与扫描方式标识符见表2、表3；Bin：表示二进制文件；bz2：表示使用 bzip2 压缩后的文件。

表2 新一代天气雷达型号标识符Tab.2 A new generation weather radar type identifiers

表3 新一代天气雷达扫描方式标识符Tab.3 A new generation weather radar scanning method identifiers

按照基数据文件名格式命名规则可知：文件名字符串共有50个字符(除CCJ型雷达外)，如果文件名字符串有51个字符时即可判断为CCJ型雷达，每个文件名的第37～38两个字符即为雷达型号标识符，因此通过获取基数据文件名字符串长度和判断雷达型号标识符即可判别基数据格式是可行的。

3.2 基数据格式自动识别和读取方法

研究雷达厂商提供的基数据类动态库模块(CINRADPolarDat.dll)发现，读取雷达数据的动态库接口函数ClsRadarPolarDat(type)的参数type值和雷达型号及标识符有如表4的对应关系。

表4 新一代天气雷达型号标识符与接口函数参数值Tab.4 New generation weather radar type identifier and interface function parameter values

本文基于Csharp语言介绍如何实现对基数据格式自动识别和读取方法，第一步、基于Microsoft Visual Studio 2010开发环境新建一个窗口项目，第二步、在项目引用处加载CINRADPolarDat.dll文件至项目中，第三步、在程序代码行中加入类命名空间和类名CINRADPolarDat.ClsRadarPolarDat，第四步、调用ClsRadarPolarDat类的readCompressFile( FileName, type)方法读取雷达三要素(强度、速度、谱宽)，其中参数FileName为数据路径、type为各雷达型号对应的数值见表4。下面介绍程序通过雷达数据文件名称获取type值的流程图，如图1所示，即获取数据文件名字符串后，通过字符匹配文件名字符串中是否存在"SA"、"SB"、"SC"、"CB"、"CC"、"CD"、"CCJ"的方法获得对应的type值，调用读取方法完成基数据格式识别和读取过程。

图1 程序识别雷达数据文件名获取type值的流程图Fig.1 The program identifies the flowchart for the type value of the radar data file name

3.3 检验及应用

随机选取符合最新规定的雷达基数据传输文件命名规则的北海(SA)、梧州(SB)、宜宾(SC)、柳州(CB)、邵通(CC)、都匀(CD)、宁德(CCJ)等站雷达基数据各10个，程序对以上格式识别成功率为100%，证明通过雷达数据文件名自动识别数据格式的方法是可行的；动态库CINRADPolarDat.dll还提供了加载地图的类接口、获取任意两点间剖面的类方法、获取任意点上三要素值等方法、支持biz2压缩格式直接读取基数据等功能，图2为基于基数据类动态库开发的《基于单站雷达的短时强降水预警—快显工具》软件界面，兼容现役所有雷达基数据读取显示及实现以上介绍的方法功能，该软件已在贵州省黔南州气象局天气预报平台得到应用。

图2 雷达基数据快显工具软件界面 (左为回波反射率PPI图、右为任意方向的三要素RHI图)Fig.2 The radar base is based on the fast visible tool software interface (Left is the echo reflectivity PPI、The right is a three-element RHI diagram in any direction)

4 总结

①新一代天气雷达是灾害性天气预测预警的重要工具，而雷达多种基数据格式一直是影响雷达资料得到广泛应用的原因，本文从分析各种雷达基数据格式异同入手，通过识别雷达基数据文件名字符串中标识符读取各类基数据格式。

②采用Csharp编程语言介绍了如何识别各类基数据格式、读取数据的方法，并附程序实现基数据格式识别和读取流程图，为今后从事雷达基数据研究者予以借鉴。

③基于雷达厂商提供的基数据类动态库CINRADPolarDat.dll开发兼容现役所有雷达基数据的快速查看工具，为从事短临预测预警业务人员提供很大的帮助。

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The research of automatic identification to the file format of radar raw data andsoftware realization for the new generation of weather radar

CHEN Bo1，ZHANG Jin1，ZHAO Tingfei2，LUO Hong1

(1.Qiannan Meteorological Bureau of Guizhou Province，Duyun 558000, China;2.Zhijin Meteorological Bureau of Guizhou Province,Zhijin 552100, China)

The file format of the new generation of weather radar is varied, which makes it difficult to use radar raw data products. In order to sufficiently use radar raw data on doing short term forecasting, based on the analysis of the similarity of radar data format and the latest rules of radar data transmission file naming rules for the new generation of weather radar in China, this paper presents a method based on radar table data file name string automatic identification base data format.On the basis of dynamic library port for radar manufacturer offering, using Csharp programming, the method of automatic identification and reading is rebuilted.The test proves that the method of automatically recognizing the data format based on the base data file name is feasible and applicable in the business.

radar raw data; base data format; automatic identification; dynamic link library

2017-02-17

陈波(1987—)，男，助工，主要从事短期天气预报工作，E-mail：554939210@qq.com。

贵州省气象局攻关小组项目 “基于单站雷达的短时强降水预警(黔气科合 QN[2015])”。

1003-6598(2017)03-0065-04

TP312

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