基于713天气雷达回波实施人影作业指挥的技术方法_很详细

第一篇：基于713天气雷达回波实施人影作业指挥的技术方法_很详细

基于713雷达回波实施人影作业指挥的技术方法

刘继东1 方晓红1 郭玉凤1 苏瑞军1 张金莲1

(1.巴彦淖尔市气象局，临河 015000)

摘要 文章介绍了利用VC编程软件实现对713天气雷达dBz文件自动读取、高显和平显的自动关联、自动分块、自动跟踪、自动预警以及实施人影作业的技术方法。

关键词 713雷达 dBz文件 关联 分块 跟踪

利用713天气雷达的dBz数据文件，依据《雷达回波跟踪的两种方法及精度比较》所介绍的雷达回波分块、跟踪方法，在实际应用中加以改进，并加入了自动预警、自动生成文字预警、作业信息等技术方法，开发了《巴彦淖尔市人影作业指挥系统》（以下简称“系统”），现将本系统对于实施人影作业指挥的技术方法进行详细介绍。雷达回波的自动载入和关联

软件需要的回波数据是：平显扫描的dBZ数据文件以及高显扫描的dBz数据文件，713C天气雷达终端每保存一张以上所说的文件，就自动传给该软件所在的机子，然后软件自动响应，对于平显回波，读入并累加到软件的平显回波序列中，对于高显回波，软件自动关联到前一张平显回波上，关联的结果是在平显回波做过高显扫描的方位上显示一个长条矩形进行标识，在矩形框内双击即可打开关联上的高显回波。1.1实时载入回波的技术方法

利用全局函数AfxBeginThread()创建一个子线程，在线程控制函数pfnThreadProc中，利用API函数FindFirstChangeNotification()监视相应目录是否产生了新的回波文件，然后调用API函数WaitForMultipleObjects()将该线程挂起，等到有新的文件产生后线程就会继续向下执行，这时就可以调用API函数FindCloseChangeNotification()停止对产生新文件通知句柄的监视，根据API函数WaitForMultipleObjects()的返回值dwResult，就可以知道是哪一个目录下产生了新的回波文件，然后载入到软件中进行显示和处理。利用多线程解决了软件运算内部数据和执行载入回波的未知性之间的矛盾。1.2高显和平显回波的自动关联

自动关联的方法是：713雷达观测的一般规则是：确定一个合适的仰角进行实时扫描，每5分钟左右保存一张平显回波数据，然后在关键方位上作立体扫描并保存，利用这一规则，软件每收到一个高显回波文件，就自动搜索4分钟内且时间上最近的平显回波文件，找到后将两个文件关联起来，并根据高显dBz文件内的方位角数据，在地理信息底图上进行标识。2 雷达回波的自动分块

首先，确定分团起始点：把回波中强度值满足下列两条件的点作为分团起始点：①强度值大于给定的初始阀值；②强度值大于其八邻域中各象素点的dBz值。这样做的目的是为了将dBz极大值点置于划分出的回波团的中心。初始阀值的选取很重要，给得太大会使划分出的回波团太小，造成跟踪的困难；选得太小又会使回波太大，使回波运动趋于整体性，忽略了某些单体回波的运动。因此要根据回波实况及经验来确定。初始阀值需要根据不同的天气类型预先设定，对于对流天气，本文设为25dBz。

其次，确定回波团的大小：以分团起始点为中心，得到其八邻域点的dBz值，如果某一点的dBz值大于预先设定的最小强度阀值（本系统设为15dBz），则继续寻找外侧领域点，直到所有外侧领域点都小于最小强度阀值, 此时的区域即为划分出的一个回波团（可见，虽然两个单体之间有弱回波相连，但如果弱回波小于15dBz，系统会认为是两块回波）。

如果得到的云团面积小于10平方公里，则放弃此云团，继续寻找下一个云团，这样可以避免信道噪声或孤立地物所引起的云团误分块。当回波云团的最强强度大于30dBz时，才能标记为有效的回波云团。这样即保证将强的对流云团标记出来，又不至于因标记整张回波图上的云团，使计算机忙于无谓的运算，而贻误了指挥的最佳时机。

重复上述过程，直到将一张回波数据全部划分完毕。实践证明，该方法对于分散的单体回波分块效果较好，对于多单体和积层性混合云，分块效果有时不尽如人意（需多次对初始阀值和最小强度阀值进行设定，才能达到满意的效果，在实时指挥中不可行），对于大面积的层状云降水几乎没有什么意义。3 回波自动跟踪的技术方法

当实时载入的回波数据文件大于2个后，就可以进行回波跟踪了，也就是确定前后两个时刻的回波图像哪些回波块反映得是同一降水区。本文采用“矩不变量法”实现回波跟踪（“矩”是指中心矩，表征了强度场相对于强度重心的分布情况），采用逐级识别，就是用前一时刻的每一块回波和后一时刻的所有被标识出的回波块进行逐级比对。对于前后两个时刻的两块回波，如果本级识别为非同一块回波，那么就进行其它回波块的识别，这样在保证有较高的跟踪成功率的同时提高了运算速度，具体做法如下：

第一级识别：对回波面积变化量的限制，设t1和t2两时刻上各有一块回波团，其面积分别为S1和S2，则计算面积变化量S：

S[1][2]

S2S1 ①

minS1,S2min{ }表示取集合中的最小值，当S小于给定的面积变化阀值时（本文设为20%），可以继续第二级识别，否则就认为这两块回波不反映同一降水区，这样做保证了大块回波与大块回波相匹配，小块与小块间相匹配，同时也考虑了天气系统的生消变化。第二级识别：对回波团强度变化量的判断，设通过了第一级识别的两块回波团，其平均强度分别为Z1和Z2，则平均强度的变化量为Z:

ZZ2Z1minZ1,Z2 ②

若Z小于给定的强度变化阀值时（本文设为20%），继续执行第三级的识别，否则返回第一级识别重新开始，本级识别保证了强回波团之间相匹配，弱回波团之间相匹配。

第三级识别：对矩不变量进行判断，这是本跟踪法的关键一级，试验证明，在回波团的移动变化过程中，其值变化较小，有良好的保守性，这就为回波团的识别跟踪提供了保证。设经过前两级识别的两块回波团具有的矩不变量分别为M1和M2，求出矩不变量的变化量M：

MM2M1 ③

minM1,M2若M小于给定的矩不变量阀值（本文设为80%），则进行第四级识别，否则回到第一级识别重新开始。

第四级识别:对回波团最大移速的限制，根据相邻不同时间的同一回波块的强度重心的距离和相对位置的变化来估测未来一定时间云团的移向移速,利用得到的移动速度V，若V值大于给定的最大限速VC（本文设为0.8Km/分钟）,则返回第一级识别重新开始，只有当V小于VC时，才认为分别位于t1和t2两时刻上的这两块回波团反映的是同一片降雨区，将它们配成一对进行跟踪。

第五级识别:对两张回波文件时间间隔的限制，一般情况下，在对流云团的跟踪观测过程中，存图时间间隔不可能超过20分钟，本文设定当前后两张回波文件时间间隔超过20分钟时，认为前一时刻的回波团全部消亡，编号继续保留，而对后一时刻被识别的所有回波团重新编号。

当后一时刻的某块回波和前一时刻所有回波快都不能匹配，则对其进行重新编号，作为新生回波对待。重复上述过程，直到两时刻回波图像上所有的回波团都处理完。这样我们就可以对回波的生成、成长、成雹、降雹、衰减、直至消失进行了全方位的参数跟踪。实践证明：该技术方法基本无误的确定了不同时刻的两块回波团是否为同一块云团。回波分块并被成功跟踪后，结合该方位所做的高显，可以得到的回波数据有：云团的面积、中心强度、强中心高度（本文为30dBz出现的最高位置）、中心位置、平均强度、回波宽度、运动方向、移动速度。3自动预警的技术方法

防雹（增雨）预警指标需考虑云体本身和作业点两个方面的情况，并根据以下预设指标判定作业点是否达到预警条件：

①成雹回波指标和增雨回波指标按月份进行了细化，关注回波的宽度、回波顶高、强回波顶高、中心 强度等参数，系统利用这些指标，和已经提取出的每块回波的相关信息进行比较，然后对跟踪的回波进行判断，看是否达到防雹（增雨）指标，当云体本身达到预警条件后，才会对每个作业点进行预警扫描。

②对于具备作业条件的回波，能否对作业点发出预警信息，系统还要通过计算回波未来的位置和作业点的预警指标来决定，作业点预警指标主要考虑：a指标内、外半径：由这两个半径决定一个圆环区域，只有在这个范围内的回波才会被系统进行预警条件分析。（在实际设置中，为保险其间，我们将指标内半径设为零，这样预警区域就是一个以作业点为圆心的圆形区域，但我们设定指标内半径是有道理的，就是当强回波到达了作业点的上空时，就不能作业了，也就没有必要预警了，这就是指标内半径的作用）。b指标回波强度：定义进入作业点规定范围内回波的最小强度，小于这个强度的回波被忽略。c指标回波最近距离：达到指标回波强度的回波，距离作业点的最近距离。小于这个距离才考虑是否进行预警。d指标回波所占的面积：达到指标的回波占整个周围回波范围的比例, 大于这个比例才考虑是否发布预警信息。e最强回波强度：影响作业点的回波的强度最大值，大于这个值才考虑是否发布预警信息，需要说明的是：以上的条件都是进行预警的必要条件，即同时满足时，系统才提示预警黄色闪烁，并输出文字预警信息。

实施作业指标和作业点预警指标的类型是相同的，设置原理也一样，不同点主要反映在回波的强度和顶高以及距作业点的距离上，即强度弱、高度低、距作业点的距离远的回波首先达到预警条件，当强度增强、高度增高、距作业点的距离近的回波才达到作业条件，例如：指标半径：预警指标设为15Km，即当云体移动到距作业点15Km的范围内时，系统就发布预警信息，意在通知作业点提前做好准备；作业指标设为5Km，即当云体移动到距作业点5Km的范围内时，系统就发布作业信息，这是由高炮的射程决定的。以上指标是人影指挥工作者根据多年的经验设定的，各地不尽相同，需要在以后的工作中进一步总结不断完善，最后形成最佳的判别标准。4 结语

本文提到的T_lnP图软件已经业务化，软件融入了一些本地化的经验，对提高我市对流天气的预报质量起到了较好的作用。参考文献

[1] 汤达章，等．一种新的跟踪雷达回波的特征量-矩不变量．南京气象学院学报，1989，11(3):1-8 [1] 汤达章，等．雷达回波跟踪的两种方法及精度比较．南京气象学院学报，1994，5(3):305-309 [2] 官章全，等．Visual C++.NET类库大全[M]．北京：电子工业出版社，2002，215-265