[发明专利]一种基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法

说明书

本发明通过对多普勒天气雷达回波数据进行分析，基于多普勒天气雷达在在固定仰角的径向方向上进行逐方位扫描的特点，提出一种基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法。该方法首先对多普勒天气雷达采集生成的基数据文件进行数据预处理，然后根据雷达回波数据不同径向距离的锥面分布特点，采用梯形柱体剖分方法进行等值面的构建，最后在web端绘制时提出了一种前后端异步处理的方式，利用WebGL技术实现面向web的多普勒天气雷达回波的三维图形绘制。本发明提供的多普勒天气雷达三维可视化方法既提高多普勒天气雷达三维回波重建的效果,又提高三维旋转等交互显示的速度，同时不需要依赖于各类平台或者与平台相关的插件，直接通过web方式浏览查询立体、动态、连续、多层次的雷达回波三维图形，为今后气象分析提供了一种可视化程度高的方法。

技术领域：

本发明属于气象预报研究技术领域，特别涉及一种基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法。

背景技术：

新一代多普勒天气雷达是天气预报员最常用的探测资料之一，对研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒强对流天气等具有重要意义，是中小尺度天气监测的重要工具，为气象工作者作出准确的预报提供了很大的帮助。以往对天气雷达回波的可视化主要停留在二维平面，即使获取三维场数据, 显示和数据分析的仍然是PPI( 平面位置显示) 、CAPPI(等高平面位置显示) 和RHI( 距离高度显示) 等平面图像，不能很好的表达天气系统在不同大气环境下的形态及其动态变化特点。随着雷达技术的发展，应用雷达资料的要求也越来越高，气象工作者准确掌握气象回波的精细结构演变过程有助于天气过程的分析，能全面地把握回波分布情况和发展状况，做出更准确和详尽的预报，实现天气雷达数据实时动态、灵活交互地三维可视化是发展的必然趋势。

目前国内外天气雷达回波三维显示处理软件主要采取C/S 架构，对于不同的应用需要在本机安装不同的客户端软件，在通用性和三维成像的速度和效果方面并没有优势，在气象行业也没有得到很好的推广应用。随着WebGL技术发展，面向浏览器的三维可视化技术在地质、医学等领域已经取得了重大发展并发挥了重要作用，因此，研究B/S 架构下天气雷达三维回波数据实时、高效三维成像方法具有重要的理论和实践意义。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法，从而克服上述现有 技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于WebGL的多普勒天气雷达三维可视化方法，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。

本方面进一步限定的技术方案为：

优选地，上述技术方案中，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；