【摘要】：近年來(lái),大量相關(guān)科學(xué)技術(shù)投入到氣象領(lǐng)域。其中,多普勒天氣雷達(dá)是目前探測(cè)中小尺度對(duì)流天氣系統(tǒng)的重要觀測(cè)工具之一,可幫助氣象人員對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣做出準(zhǔn)確及時(shí)的分析和判斷,降低氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)靜止軌道氣象衛(wèi)星的升級(jí)換代,如何在有限時(shí)間內(nèi)從探測(cè)的海量氣象數(shù)據(jù)中汲取有價(jià)值的信息,并將枯燥晦澀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀的圖形或圖像,對(duì)氣象工作者是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前,在現(xiàn)有發(fā)展成熟的多普勒天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中,雷達(dá)回波數(shù)據(jù)常以簡(jiǎn)單且直觀的二維平面圖像進(jìn)行展示,嚴(yán)重約束對(duì)雷達(dá)回波細(xì)節(jié)、空間三維輪廓結(jié)構(gòu)分布的顯示�？v觀現(xiàn)有少量的雷達(dá)三維可視化研究,學(xué)者大多都采用具有局限性的常規(guī)柵格作為三維重建的框架模型。其局限性體現(xiàn)在兩方面:其一插值計(jì)算消耗內(nèi)存資源,降低處理效率;其二插值后的數(shù)據(jù)量劇增,導(dǎo)致后續(xù)處理涉及更多數(shù)據(jù)點(diǎn)。此外,多普勒天氣雷達(dá)一次完整的體積掃描不僅能探測(cè)氣象目標(biāo),也能探測(cè)到地物、飛鳥(niǎo)和昆蟲(chóng)等非氣象目標(biāo),因此,為了提高回波數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,有必要對(duì)非氣象目標(biāo)進(jìn)行過(guò)濾�；诖�,本文面向多普勒天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)可視化研究,主要工作和成果如下:1.分析天氣雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)的特點(diǎn),分析多種把雷達(dá)數(shù)據(jù)從極坐標(biāo)插值到笛卡爾坐標(biāo)系下的插值方法,以反射率場(chǎng)空間連續(xù)性和結(jié)構(gòu)特征為衡量標(biāo)準(zhǔn),評(píng)估了各種插值方法的優(yōu)劣,結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于光譜分析的傅里葉插值法效果最優(yōu),最接近觀測(cè)值。2.針對(duì)原始柵格三維可視化的低效率,提出了一種新的基于“點(diǎn)、線、扇區(qū)、雷達(dá)簇”結(jié)構(gòu)的雷達(dá)建模方案。基于新建模方案,本文將雷達(dá)體掃資料中的正立方體替代為六面體單元,并通過(guò)比較等值線交點(diǎn)與四邊形頂點(diǎn)解決面二義性改進(jìn)傳統(tǒng)等值面算法。與傳統(tǒng)MC算法相比,本文算法具有解決面二義性、減少體素?cái)?shù)量和提高重建速度等優(yōu)點(diǎn)。3.基于雷達(dá)建模方案,利用引入“錐帽體”包圍盒、修改采樣結(jié)束條件和采用變步長(zhǎng)采樣法來(lái)加速并改進(jìn)光速投射算法。與GPU加速的光線投射算法對(duì)比,本文算法不僅能夠保證圖像繪制的質(zhì)量,而且降低了首屏繪制和用戶視點(diǎn)改變時(shí)重繪的耗時(shí),提高繪制速度。4.介紹雷達(dá)回波的特征,通過(guò)對(duì)預(yù)處理后的雷達(dá)回波點(diǎn)計(jì)算水平紋理、垂直梯度和徑向速度,識(shí)別并剔除回波數(shù)據(jù)中存在的非降水回波,最后利用上層仰角回波數(shù)據(jù)填補(bǔ)并平滑“回波空洞”,提高算法識(shí)別的效果。本文基于雷達(dá)數(shù)據(jù)特征,提出一種新的建模方案,結(jié)合回波質(zhì)量控制算法,能高效且準(zhǔn)確地對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行二、三維可視化,為氣象預(yù)測(cè)提供重要的依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN959.4
【圖文】：

多普勒天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)可視化技術(shù)研究單和不存在二義性問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)體素的剖分替換直接導(dǎo)致三角面片數(shù)加，創(chuàng)建效率降低�；隗w數(shù)據(jù)是由若干層平行切片構(gòu)成的特點(diǎn)，Ekou[5]和 Fu出了輪廓拼接的算法，首先連接每一層切片數(shù)據(jù)點(diǎn)使形成閉合的輪廓，然后垂直連接上下相鄰兩層連接好的輪廓線，直到遍歷所有層級(jí)完成面的繪制。，Herman 提出了 Cuberille 算法，首先將體數(shù)據(jù)分為主信息和背景數(shù)據(jù)，然后信息數(shù)據(jù)的每一個(gè)采樣點(diǎn)構(gòu)建體素單元，基于 Z-Buffer 算法判斷面投影到計(jì)屏幕后的遮擋關(guān)系，完成等值面的構(gòu)建。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛將基于面繪制的三維重建算法應(yīng)用在各個(gè)鄰域，圖 1-1A 為基于多面體的體素腰椎截面圖[7]，1-1B 為基于等值面的大腦三維重果圖[8]：

點(diǎn)陣模型和立體空間點(diǎn)陣模型，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)掃面數(shù)據(jù)的]�；诟＝ㄊ∪S模擬地形，吳陳鋒等首先建立了多架，并詳細(xì)闡述其中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、地圖投影、自動(dòng)預(yù)警]。駱興江開(kāi)發(fā)了一套集實(shí)時(shí)回波實(shí)現(xiàn)，雷達(dá)遠(yuǎn)程、危達(dá)軟件系統(tǒng)，該軟件具有功能豐富、界面友好、系統(tǒng)[25]。毛遠(yuǎn)翔和路明月等結(jié)合 Web 與雷達(dá)氣象數(shù)據(jù)三維維計(jì)算分析和三維可視化渲染，并提出矢量剖面圖生足氣象工作者分析需求且能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的天氣雷包括 IRIA 軟件和 GRLevelX 軟件。前者由 VAISALA適用多普勒天氣雷達(dá)，也適用非多普勒天氣雷達(dá)。IR等子系統(tǒng)，而且提供了各種雷達(dá)產(chǎn)品的生成與用戶交ftware 軟件公司研制的 GRLevelX 天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)分析軟檢測(cè)降水、強(qiáng)風(fēng)暴、龍卷風(fēng)和熱帶氣旋的，并可將實(shí)風(fēng)暴追蹤者、風(fēng)暴觀測(cè)者、應(yīng)急管理人員、天氣愛(ài)好致認(rèn)可。下圖1-2為GRLevelX軟件對(duì)一次暴風(fēng)雨的三

多普勒天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)可視化技術(shù)研究系存儲(chǔ)雷達(dá)回波信息最合適。通常，體掃數(shù)據(jù)包括多個(gè)不同仰I 包含當(dāng)前仰角上 360 個(gè)方位角的徑向數(shù)據(jù)。雷達(dá)的每條徑向上固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)單元，每個(gè)數(shù)據(jù)單元稱為“庫(kù)”。假設(shè)單個(gè)雷標(biāo)為 ( r , , )，其中r 為庫(kù)長(zhǎng)距離， 為仰角， 為方位角，下的一條徑向數(shù)據(jù)排列及數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2785992