[發明專利]天氣雷達基數據立體曲面三角網構建方法

在審

• 申請號: 202110275597.0
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113030898A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張霞;申琳;申永辰;于童;呂林宜;栗晗
• 申請（專利權）人: 河南省氣象臺
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95;G06T17/20
• 代理公司: 鄭州異開專利事務所(普通合伙) 41114
• 代理人: 韓華;韓鵬程

1.一種天氣雷達基數據立體曲面三角網構建方法，其特征在于：包括下述步驟：

S1，數據解析：根據天氣雷達基數據存儲特征和編碼格式對所述基數據進行解析，獲取以極坐標表示的三維錐面數據；

S2，數據轉換：根據指定區域的坐標范圍，通過數據插值方法，把以極坐標表示的所述三維錐面數據轉換為笛卡爾坐標表示的規則化的三維立體格點場數據；

S3，曲面追蹤：使用移動立方體算法追蹤表示某個要素值的等值曲面，所述等值曲面由若干個三角形按照一定的拓撲結構連結形成；

S4，數據輸出：輸出保存表示等值曲面的三角網信息。

2.根據權利要求1所述天氣雷達基數據立體曲面三角網構建方法，其特征在于：S1中，根據天氣雷達基數據存儲特征和編碼格式，每次讀取一條徑向數據記錄，然后解析分離本條徑向數據記錄的掃描開始/結束標示符、采樣時間、仰角、方位角、距離庫數和雷達回波數值，最終得到以距離、方位角和仰角表示的三維錐面數據。

3.根據權利要求1所述天氣雷達基數據立體曲面三角網構建方法，其特征在于：S2中，所述數據轉換步驟為：

S2.1, 所述規則化的三維立體格點場設計：

依據雷達探測有效距離和高度，在水平方向上，每公里取一個格點，根據指定的探測范圍，動態設置X方向和Y方向格點數；垂直方向取18公里，通過計算機在所述垂直方向上動態設置切片層數，默認36層，每層間隔500米，形成規則化的三維格點場，以提高垂直方向的數據精細化程度；

S2.2, 數據插值：

使用三線性插值把雷達基數據轉換為規則化的三維格點場數據；三次線性內插順序為：先徑向內插；再方位內插；最后進行垂直內插，即仰角內插。

4.根據權利要求1所述天氣雷達基數據立體曲面三角網構建方法，其特征在于：S3中，所述曲面追蹤步驟為：

S3.1，所述規范化的三維格點場中每個小的立方體單元作為一個體素，所述體素的每個頂點都存在對應的標量值；如果體素頂點上的值大于或等于所述等值面值，則定義該頂點位于等值面之外，標記為“0”； 如果體素頂點上的值小于等值面值，則定義該頂點位于等值面之內，標記為“1”；

S3.2，體素頂點、體素邊和三角形面片的定義：

用D₀～D₇標記體素的頂點，用數字0～11標記體素的邊；當體素下方的某個頂點的值小于等值面值，其他頂點上的值都大于或等于等值面值，則生成一個與體素的邊相交的三角形面片，而所述三角形面片頂點的具體位置則根據等值面值和相應邊對應的頂點的要素值，用線性插值計算得到；對于與等值面存在交點的體素邊，交點坐標用P表示，P1、P2代表邊上兩個端點的坐標，v1、v2代表這兩個端點上的值，v代表等值面值，則交點坐標P的計算公式如下：

據此計算所有情況下的交點坐標；

S3.3，通過以下三個步驟獲得三角形面片數據：

S3.3.1，計算體素頂點狀態索引值：

假設V₀～V₇是體素頂點D₀～D₇的要素值，F₀～F₇是所述體素頂點D₀～D₇對應的8位二進制狀態標志，定義體素頂點的狀態索引cubeindex = F₇F₆F₅F₄F₃F₂F₁F₀，依次檢查所述V₀～V₇值，如果V_i值小于等值面值，則F_i置1否則為0，最后得到體素頂點的狀態索引值，i=0～7；

S3.3.2，通過頂點狀態索引查找并計算三角形頂點坐標；

S3.3.3，計算三角形頂點法向量：

假設體素頂點D(i, j, k)上的值為f(x,y,z)，采用中心差分方法計算該點處的梯度矢量G_x，G_y，G_z：

對所述G_x、G_y、G_z進行歸一化，得到頂點D(i, j, k)上的單位法向量，然后使用線性插值得到三角形各個頂點的法向量。