貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田 程,雷登林,彭 茜,張 羽,倪 雷

(貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001)

貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田 程,雷登林,彭 茜,張 羽,倪 雷

(貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001)

基于貴陽市氣象局的雷達(dá)產(chǎn)品顯示終端和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，使用C#編程語言，建立貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)將貴陽新一代天氣雷達(dá)資料自動(dòng)、實(shí)時(shí)傳輸?shù)劫F陽市各縣級氣象部門。平臺(tái)的建成，對于提高災(zāi)害性天氣的臨近預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率具有重要意義，其設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法可推廣應(yīng)用到相似條件的同行部門。

CINRAD/CD;Products Generation(RPG);雷達(dá)基數(shù)據(jù);雷達(dá)顯示工作站(PUP);共享

Abstract：Based on Guiyang weather radar display terminal products and computer network, C# programming language was used to build Guiyang county-level radar CINRAD/CD data sharing platform so that the Guiyang new generation weather radar data will be automatically and real-time transmitted to the Guiyang county level meteorological department. The construction of the platform is of great significance to the forecast accuracy of the approaching severe weathers. The design idea and implementation method can be applied to similar conditions of peers.

Keywords：CINRAD/CD; radar products generation(RPG); radar based data; PUP; sharing

1 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)對氣象災(zāi)害預(yù)警的時(shí)效性和準(zhǔn)確性要求越來越高，如何提高雷電、冰雹、暴雨等災(zāi)害性強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)的臨近預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,是大氣科學(xué)的熱點(diǎn)之一，也是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的緊迫要求。多普勒天氣雷達(dá)是臨近預(yù)報(bào)最為有效的工具，可實(shí)現(xiàn)對雷電、冰雹、暴雨等強(qiáng)對流天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測。貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，可為貴陽市縣級氣象部門提供雷達(dá)資料實(shí)時(shí)共享，對縣級氣象部門提高氣象災(zāi)害預(yù)警的時(shí)效性和準(zhǔn)確性具有積極的意義。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 貴陽雷達(dá)站生成的雷達(dá)產(chǎn)品

貴陽CINRAD/CD雷達(dá)每隔5 min 30 s左右完成一次體積掃描，同時(shí)生成一個(gè)05V格式雷達(dá)基數(shù)據(jù)。05V格式雷達(dá)基數(shù)據(jù)可由784廠提供的“雷達(dá)產(chǎn)品處理及顯示軟件”讀取并顯示雷達(dá)9個(gè)仰角的回波徑向速度、反射率因子和速度譜寬等信息，還能提供37種雷達(dá)產(chǎn)品；此外，05V格式雷達(dá)基數(shù)據(jù)可提供給“Radar Products Generation(RPG)軟件”處理成敏視達(dá)格式雷達(dá)數(shù)據(jù)，并由“雷達(dá)顯示工作站(PUP)軟件”進(jìn)行顯示，與CD型雷達(dá)配套的RPG和PUP軟件最多可處理和顯示68種常規(guī)雷達(dá)產(chǎn)品。貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，主要是將以上所有雷達(dá)資料實(shí)時(shí)共享給貴陽市各縣級氣象部門。

2.2 設(shè)計(jì)思路

以往雷達(dá)資料共享的主要方式如下[1-2]：雷達(dá)站通過使用RPG和PUP兩個(gè)軟件把05V格式雷達(dá)基數(shù)據(jù)處理成敏視達(dá)格式雷達(dá)產(chǎn)品，再將這些產(chǎn)品以gif圖像格式或bin格式進(jìn)行分發(fā)共享。這種共享方式存在不少弊端：①CD型雷達(dá)將基數(shù)據(jù)處理成產(chǎn)品需要100 s左右時(shí)間，無法滿足實(shí)時(shí)性。②雷達(dá)產(chǎn)品種類繁多，造成文件的上傳和下載都容易出錯(cuò)。③如果共享產(chǎn)品為gif圖像格式，使用起來較為麻煩。④如果共享的是bin格式產(chǎn)品，還必須將產(chǎn)品的索引文件一起上傳，才能保證 PUP 軟件可以正常讀取雷達(dá)產(chǎn)品。⑤縣級氣象部門無法根據(jù)自身需求獲取任何PUP產(chǎn)品。針對上述弊端，貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了直接將05V格式基數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享給貴陽市縣級氣象部門，并在縣級使用端安裝“雷達(dá)產(chǎn)品處理與顯示軟件、RPG和PUP軟件”，這樣縣級氣象部門利用“雷達(dá)產(chǎn)品處理與顯示”軟件讀取和顯示05V格式雷達(dá)基數(shù)據(jù)，可在第一時(shí)間得到雷達(dá)反射率因子等信息，滿足了時(shí)效性。同時(shí)，利用RPG和PUP軟件處理和顯示任何雷達(dá)PUP產(chǎn)品，可精細(xì)化分析災(zāi)害性強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)。

圖1為貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)框圖，當(dāng)上傳軟件探測到雷達(dá)體掃描結(jié)束后，立即拷貝05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)到“數(shù)據(jù)上傳機(jī)”，經(jīng)壓縮后上傳到“市局服務(wù)器”。各縣級平臺(tái)探測到服務(wù)器上的05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)后，立即下載到本地，解壓后分成同樣的兩份數(shù)據(jù)，一份供給“雷達(dá)產(chǎn)品處理及顯示軟件”顯示反射率因子等信息，另外一份供給“RPG軟件”處理100 s后通過“PUP軟件”顯示任意PUP產(chǎn)品。

圖1 平臺(tái)設(shè)計(jì)框圖Fig.1 The design diagram of platform

3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)功能

3.1 上傳及下載軟件的實(shí)現(xiàn)

上傳軟件使用C#語言編寫，主要利用fileWatcher控件的Created事件實(shí)時(shí)監(jiān)控是否有新的05V雷達(dá)體掃文件生成。當(dāng)Created事件監(jiān)控到新的05V雷達(dá)體掃文件生成后，由于05V雷達(dá)體掃文件是在一段時(shí)間內(nèi)分層寫入的，所以需要把監(jiān)控權(quán)交給fileWatcher控件的Changed事件實(shí)時(shí)監(jiān)控05V雷達(dá)體掃文件的完成情況。當(dāng)05V雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)寫入完成且文件大小等于12 961 024字節(jié)，立即壓縮拷貝05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)至服務(wù)器，否則就開啟報(bào)警。為了保證上傳軟件穩(wěn)定性，避免可能出現(xiàn)空數(shù)據(jù)、壓縮錯(cuò)誤和內(nèi)外網(wǎng)中斷等意外現(xiàn)象，開啟相應(yīng)的聲音報(bào)警，便于提醒雷達(dá)站工作人員及時(shí)解決故障。

下載軟件同樣采用C#語言編寫，利用fileWatcher控件的Created事件實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器，當(dāng)服務(wù)器有最新05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)建立時(shí)，將其下載到本地并解壓。需要注意的是，壓縮后的05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)在400K～3M之間，所以當(dāng)Created事件監(jiān)控到最新05V基數(shù)據(jù)建立時(shí)不應(yīng)立即下載，應(yīng)讓程序延時(shí)1 s左右等待05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)在服務(wù)器上拷貝完整后才進(jìn)行下載，否則容易出錯(cuò)。軟件還針對服務(wù)器斷連、超時(shí)無新數(shù)據(jù)等錯(cuò)誤開啟聲音和窗口報(bào)警，提醒縣級氣象業(yè)務(wù)人員及時(shí)解決故障。

為了滿足05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件上傳下載的實(shí)時(shí)性，平臺(tái)采用fileWatcher控件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。服務(wù)器使用文件夾方式來提供共享，此種共享方式?jīng)]有FTP服務(wù)器共享方式穩(wěn)定，但可以獲得更好的時(shí)效性。fileWatcher控件對遠(yuǎn)程目錄進(jìn)行監(jiān)控時(shí)容易出現(xiàn)中斷情況，當(dāng)監(jiān)控中斷后不會(huì)出現(xiàn)任何提示，針對這種情況平臺(tái)添加了一個(gè)timer控件，當(dāng)fileWatcher控件完成一次監(jiān)控就讓timer控件重新計(jì)時(shí)，如果fileWatcher控件出現(xiàn)了監(jiān)控中斷，timer控件計(jì)時(shí)結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)檢測事件即被開啟，如果是網(wǎng)絡(luò)故障就開啟報(bào)警，如果不是網(wǎng)絡(luò)故障就重置fileWatcher控件。所以，利用fileWatcher控件監(jiān)控遠(yuǎn)程目錄時(shí)可使用上述方法以防fileWatcher控件的監(jiān)控中斷。

05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件固定大小為12.3M，數(shù)據(jù)比較大，但是其壓縮率比較高，通常情況下可達(dá)到4～30倍的壓縮率，因此平臺(tái)調(diào)用Winrar壓縮軟件壓縮05V文件后才上傳服務(wù)器 ,降低了雷達(dá)數(shù)據(jù)對市縣光纖帶寬的占用并節(jié)省了存儲(chǔ)空間。

圖2為雷達(dá)產(chǎn)品上傳和下載的軟件界面。

圖2 文件上傳和下載軟件界面Fig.2 The upload and download software interface

3.2 簡化RPG和PUP軟件的安裝和設(shè)置

與CINRAD/CD型號雷達(dá)相匹配的Radar Products Generation(RPG)及雷達(dá)顯示工作站(PUP)的安裝復(fù)雜且繁瑣，在安裝和配置過程中容易出錯(cuò)。筆者利用已經(jīng)配置好的RPG及PUP，簡化了RPG及PUP在縣級氣象部門電腦上安裝和配置的復(fù)雜度[3]，簡要介紹如下：首先在貴陽雷達(dá)站將RPG及PUP安裝設(shè)置好，經(jīng)調(diào)試可正常使用后，分別將D盤下的RPG、CINRAD PUP、rawdata、allProducts目錄以及C盤下的Sys0文件夾進(jìn)行備份，然后在縣級氣象部門電腦端，先安裝PUP和RPG，注冊后提前把安裝好的PUP和RPG直接刪除或更名，把備份的RPG、CINRAD PUP目錄拷貝到電腦任意位置，把備份的rawdata及allProducts文件夾拷貝到D盤根目錄下，把備份的Sys0文件夾拷貝到C盤根目錄下，最后僅需將PUP目錄和NBCOMM.INI文件中的IP地址設(shè)置為縣級氣象部門電腦IP地址，即可正常使用。

3.3 數(shù)據(jù)免維護(hù)性

平臺(tái)每天提供給縣級氣象部門的雷達(dá)資料在300M左右，但是數(shù)據(jù)到縣級氣象部門經(jīng)過解壓后一般會(huì)增加為3G，平臺(tái)又將3G資料分成了兩份，這樣數(shù)據(jù)就達(dá)到了6G，再加上生成的PUP產(chǎn)品以及敏視達(dá)格式雷達(dá)基數(shù)據(jù)，每天的數(shù)據(jù)量最多可達(dá)到10G左右，給數(shù)據(jù)的清理和維護(hù)帶來不便。平臺(tái)把雷達(dá)數(shù)據(jù)自動(dòng)整理功能集合到下載軟件中，一天定時(shí)兩次清理縣級平臺(tái)的雷達(dá)基數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)人員可以通過修改軟件設(shè)置確定雷達(dá)資料的保留時(shí)間。同樣，上傳軟件中也有定時(shí)清理數(shù)據(jù)功能，定時(shí)清理服務(wù)器上的05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)，默認(rèn)保留4 d 05V雷達(dá)基數(shù)據(jù)。

3.4 提供完善的安裝指導(dǎo)

縣級氣象部門如果完整安裝貴陽CINRAD/CD雷達(dá)資料縣級共享平臺(tái)，需要安裝5個(gè)相關(guān)軟件，有的軟件配置比較復(fù)雜，容易出錯(cuò)。筆者提供了圖片化安裝手冊，為縣級氣象部門提供安裝和配置幫助，在實(shí)際使用中，發(fā)現(xiàn)幫助手冊還是有不夠完善的地方，按照手冊安裝和配置仍然有諸多問題，所以筆者模擬了縣級氣象部門的使用環(huán)境，采用屏幕錄像機(jī)，把每一步安裝和配置步驟做成視頻，并為可能出現(xiàn)的安裝和配置錯(cuò)誤提供解決方案?？h級平臺(tái)使用者只需要按照安裝手冊和安裝視頻逐步安裝即可。圖3為平臺(tái)在貴陽市縣級氣象部門的顯示效果。

圖3 貴陽市縣級氣象部門顯示效果Fig.3 The display effect in the county weather bureau

4 結(jié)語

由于提供完善的安裝和配置幫助，縣級氣象部門業(yè)務(wù)人員均能獨(dú)立安裝平臺(tái)相關(guān)軟件，平臺(tái)安裝完成后，也無需專人額外維護(hù)。在對清鎮(zhèn)縣氣象局的計(jì)算機(jī)和貴陽雷達(dá)站的計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)間校對后，經(jīng)過實(shí)際測試，清鎮(zhèn)縣氣象局獲取到雷達(dá)資料的時(shí)間比貴陽雷達(dá)站資料生成的時(shí)間僅滯后15 s左右。自投入業(yè)務(wù)運(yùn)行以來，平臺(tái)運(yùn)行一直穩(wěn)定，通過使用該平臺(tái)，貴陽市縣級氣象部門均能及時(shí)有效地獲取雷達(dá)產(chǎn)品，明顯提高了雷達(dá)產(chǎn)品的應(yīng)用效率。

[1] 劉淑媛，孫健，等.多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)[J].氣象，2004(7):30-34.

[2] 袁正國，劉曉鋼，俞炳.新一代多普勒雷達(dá)實(shí)時(shí)資料共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2006(11):48-50.

[3] 田程，馬傳成，倪雷，等．CINRAD/CD雷達(dá)PUP和RPG的安裝方法和技巧[J]．貴州氣象,2016(4):64-67.

DesignandimplementationforCINRAD/CDradardatasharingplatforminGuiyang

TIAN Cheng, LEI Denglin，PENG Qian， ZHANG Yu, NI Lei

(Guiyang Meteorological Bureau, Guiyang 550002， China)

TP311.52

B

1003-6598(2017)04-0068-04

2017-04-12

田程(1980-)，男(土家族)，工程師，主要從事雷達(dá)探測工作，E-mail:littleo@163.com。