一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法技术

本发明专利技术公开了一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法，通过结合金字塔算法的光流法对雷达波构建雷达回波图的运动矢量场，在运动矢量场的基础上外推得到未来时次的预测雷达回波图，并融合ADS

【技术实现步骤摘要】
一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法


[0001]本专利技术涉及天气预测领域，具体涉及一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法。

技术介绍

[0002]目前，空管系统中管制与气象缺乏有机融合，使得在恶劣天气下，管制人员只能通过电话方式咨询气象人员天气状况，而电话口述的方式使得管制人员缺乏对恶劣天气的直观了解，且飞行员不能及时有效的掌握变化多端的天气。因此，开发一套天气雷达信息与ADS
‑
B信息相融合的系统意义重大。该系统面向管制和飞行人员，为其提供一个与气象有机结合的气象信息访问平台，使得管制和飞行人员可以有效、及时地获取最新的气象信息和危险天气预警信息，并与ADS
‑
B技术相结合，根据飞机航迹和气象预警信息，引导飞机规避危险天气，从而提高空域的利用率。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法。
[0004]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法，包括如下步骤：
[0006]S1、获取多部雷达的雷达回波数据和ADS
‑
B终端系统数据并对雷达回波数据进行预处理得到雷达回波图；
[0007]S2、利用结合金字塔算法的光流法计算步骤S1得到的雷达回波图运动矢量场；
[0008]S3、在步骤S2得到的雷达回波图运动矢量场的基础上外推得到未来时次的预测的雷达回波图；
[0009]S4、将步骤S3得到的预测的雷达回波图与ADS
‑
B终端系统数据进行融合，设置告警门限并通过图形界面的方式显示。
[0010]进一步的，所述S1对雷达回波数据预处理得到雷达回波图的方式为：
[0011]利用了双线性插值算法和兰伯特投影方法对雷达回波数据进行预处理，将预处理后得到的多部雷达的雷达回波数据图进行拼接，根据经验阈值获取雷雨活动的回波图片。
[0012]进一步的，所述S2具体包括如下步骤：
[0013]S21、将步骤S1得到的拼接后的雷达回波数据图按比例缩小；
[0014]S22、利用金字塔算法修正缩小后的雷达数据回波图中的像素点，得到缩小后的光流场；
[0015]S23、利用光流法绝对缩小后的光流场进行位移估计并迭代计算精确光流场，得到雷达回波图运动矢量场。
[0016]进一步的，所述S22具体包括如下步骤：
[0017]S221、设置初始像素点位移计算该初始像素点在下一帧图像中的估计位
置：
[0018][0019]其中，为初始像素点在下一帧图像中的估计位置，X为初始像素点在当前帧图像中的位置；
[0020]所述S22具体包括如下步骤：
[0021]S221、设置初始像素点位移计算该初始像素点在下一帧图像中的估计位置：
[0022][0023]其中，为初始像素点在下一帧图像中的估计位置，X为初始像素点在当前帧图像中的位置；
[0024]S222、根据雷达回波场位移计算光流场中间变量，计算方式为：
[0025][0026][0027]其中，Δb(X)、A(X)为光流场中间变量，A1(X)为第一帧雷达回波图像素点对应的对称矩阵系数，为位移估计后下一帧雷达回波图像素点对应的对称矩阵系数，为位移估计后下一帧雷达回波图对应的向量系数，b1(X)为第一帧雷达回波图对应的向量系数。
[0028]S223、利用得到的光流场中间变量进行迭代，得到雷达回波图运动矢量场。
[0029]进一步的，所述S3具体包括如下步骤：
[0030]S31、利用半拉格朗日法计算未来时次的雷达回波移动轨迹；
[0031]S32、将S31计算得到的未来时次的雷达回波移动轨迹与现有时次识别后的雷达回波图叠加得到预测的雷达回波图。
[0032]进一步的，所述S31中半拉格朗日法计算未来时次的雷达回波移动轨迹的具体计算方式为：
[0033]S311、将预报时段τ分为多个区间，表示为：
[0034]τ＝N
×
Δt
[0035]其中，N为区间数量，Δt为每个区间的时间长度；
[0036]S312、将每个区间内的像素点位移进行叠加得到外推后的图像；
[0037]S313、对每一段区间内的像素点的位移进行迭代得到未来时次的雷达回波移动轨迹。
[0038]进一步的，所述S313中对每一段区间内的像素点的位移进行迭代的具体计算方式为：
[0039][0040]其中，a
n+1
为迭代后得到的单一时段的位移；为光流场中像素点在处的速度，n为迭代次数。
[0041]本专利技术具有以下有益效果：
[0042](1)实现天气雷达回波的2小时外推预报，有助于气象、管制和飞行人员对天气的把握提供参考；
[0043](2)实现一个气象、管制和飞行有机融合的多元化平台，利于气象、管制、飞行人员建立一致的情景意识，保障飞行安全。
[0044](3)使得管制和飞行人员可以有效、及时地获取最新的气象信息和危险天气预警信息，并与ADS
‑
B技术相结合，根据飞机航迹和气象预警信息，引导飞机规避危险天气，从而提高空域的利用率。
附图说明
[0045]图1为本专利技术一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法流程示意图。
[0046]图2为本专利技术实施例系统构架原理图。
[0047]图3为本专利技术实施例数据中心处理流程图。
具体实施方式
[0048]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0049]一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0050]S1、获取多部雷达的雷达回波数据和ADS
‑
B终端系统数据并对雷达回波数据进行预处理得到雷达回波图；
[0051]1、雷达数据
[0052]利用国家气象局提供的雷达数据组合反射率产品，对多部雷达进行拼图处理，按照机场工作的经验阈值，获得雷雨活动的回波图片，并将其利用本方法研究的外推方法进行外推。拼图前预处理利用了双线性插值算法和兰伯特投影方法。
[0053]2、ADS
‑
B终端系统数据
[0054]ADS
‑
B地面站接收飞机呼号、经纬度、高度、速度、航向等信息，数据每秒更新一次。据此，可在地图上实时的汇出目标的运动轨迹和运动姿态，并将上述信息选择性的以挂标牌的形式跟随目标显示。
[0055]S2、利用结合金字塔算法的光流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取多部雷达的雷达回波数据和ADS
‑
B终端系统数据并对雷达回波数据进行预处理得到雷达回波图；S2、利用结合金字塔算法的光流法计算步骤S1得到的雷达回波图运动矢量场；S3、在步骤S2得到的雷达回波图运动矢量场的基础上外推得到未来时次的预测的雷达回波图；S4、将步骤S3得到的预测的雷达回波图与ADS
‑
B终端系统数据进行融合，设置告警门限并通过图形界面的方式显示。2.根据权利要求1所述的一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法，其特征在于，所述S1对雷达回波数据预处理得到雷达回波图的方式为：利用了双线性插值算法和兰伯特投影方法对雷达回波数据进行预处理，将预处理后得到的多部雷达的雷达回波数据图进行拼接，根据经验阈值获取雷雨活动的回波图片。3.根据权利要求1所述的一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：S21、将步骤S1得到的拼接后的雷达回波数据图按比例缩小；S22、利用金字塔算法修正缩小后的雷达数据回波图中的像素点，得到缩小后的光流场；S23、利用光流法对缩小后的光流场进行位移估计并迭代计算精确光流场，得到雷达回波图运动矢量场。4.根据权利要求3所述的一种基于天气雷达回波外推的民航气象短时预报方法，其特征在于，所述S22具体包括如下步骤：S221、设置初始像素点位移计算该初始像素点在下一帧图像中的估计位置：其中，为初始像素点在下一帧图像中的估计位置，X为初始像素点在当前帧图像中的位置；S222、根据雷...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙妍妍，李飞，康贤彪，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：