[发明专利]一种基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法

权利要求书

1.一种基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法，其特征在于：按照如下步骤进行：

S1，天气雷达回波数据获取，读取多普勒天气雷达基数据文件，通过解析报文获取雷达回波反射率值；

S2，对获取雷达回波反射率数据进行坐标转换和灰度值处理数据预处理工作；

S3，进行三维雷达数据场的等值面的构建，完成梯形柱体构建、梯形柱体内部细分、建立顶点状态索引表、建立边索引表、求三角面片交点和法向量；

S4，基于WebGL技术的三维图像渲染和显示,包括三角面片的绘制、颜色和光源的设置、实现透明显示和进行坐标变换实现三维图像的旋转、放大和缩小。

2.根据权利要求1所述的基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法，其特征在于：

按照如下步骤进行：

S1，雷达数据采集，多普勒天气雷达通过逐个仰角径向方向上360度方位角的逐步扫描，得到以极坐标方式存储的包括方位、仰角、时间、反射率因子、径向速度、速度谱宽以及采样时的雷达参数等信息的数据集，其中每层的数据，包含了一个固定仰角上 360°方位上数据，每个方位上的数据又称作为一个径向数据，一个径向数据包含从近到远不同距离上多点回波信息表示一个方位角上的一组观测数据；

S2，基数据处理，多普勒天气雷达每次完成体扫后按照统一的存储格式生成一个二进制文件，每个文件按径向数据的方式按照仰角由低至高进行排列；程序设计时每一个基数据文件按径向数据长度进行读取处理，读取每个径向数据中记录的扫描时间、体扫或仰角扫描开始结束标示符、距离库数及反射率值，最终得到以仰角、方位角和距离组成的三维矩阵数据；

坐标转换，将在极坐标下的仰角、方位角和距离转换成三维空间直角坐标系下的 X、Y、Z，三维空间直角坐标系下某个雷达回波数据点x,y,z与φ,r,θ的转化公式如下：

，

θ表示仰角，φ表示方位角，h表示回波高度，r表示径向距离；

雷达回波数据灰度值转化，雷达基数据里包含反射率、速度、频谱宽度三种数据，其中反射率值用来表示气象目标的回波强度，将三维空间直角坐标系下的 X、Y、Z各个位置对应的反射率值，按照表中映射关系，转化成对应的灰度值；

基本反射率（dBZ）	灰度值
0-5	91
5-10	121
10-15	165
15-20	151
20-25	118
25-30	91
30-35	227
35-40	183
40-45	161
45-50	77
50-55	64
55-60	58
60-65	103
65-70	51
>70	163

S3，等值面构造，选取相邻仰角、相邻方位角和相邻径向距离的8个顶点构成的弧形柱体作为基本处理单元；采用梯形柱体对整个雷达数据空间进行剖分，通过判断顶点回波值和等值面的阈值关系，确定该梯形柱体上是否有等值面，最后在梯形柱体里构造等值面，实现天气雷达三维数据场的不同阈值等值面的逼近表示；

S4，根据S3获取到三角面片的点位置和三角面片的拓扑结构，利用WebGL Three.js框架在网页上实现三维雷达回波数据的实时绘制，着色优化，Web端使用 HTML5 Canvas 实现Web 页面显示，通过修改CSS文件来控制整个Web显示效果，使用 JavaScript 来实现Web交互功能，利用 WebGL 完成雷达回波数据三维图像绘制；服务器端，负责雷达数据获取和解析，利用雷达三维图像数据处理模块来响应前端不同的服务请求，它们之间使用类KML文件或http 协议对各种数据进行存储和传输，通过AJAX技术进行客户端与服务端的异步数据交互，改善体验效果。