一种新型的可视化软件——IDL简介

作为气象工作者，在日常的工作和科研中，大概许多人都面临这种困惑：使用何种语言计算气象数据？又依托何种软件将计算结果生成直观的图形、图像？是否具有集数据分析和可视化技术于一体的软件？答案是肯定的，且不止一种，IDL属于其中之一。IDL（InteractiveDataLanguage）—交互式数据语言，是进行二维及多维数据可视化分析及应用开发的理想软件工具。作为面向矩阵、语法简单的第四代可视化语言，IDL致力于科学数据的可视化和分析，是跨平台应用开发的最佳选择。正因为此，世界各地的许多科学家和工程师都在使用IDL。２００１年１…     

基于R语言的NetCDF文件分析和可视化应用

气象领域目前有多种广泛应用的气象数据分析和可视化工具集,包括GrADS、NCL、CDO和IDL等。R语言是一种由统计学家开发的统计计算和绘图的语言和环境,具有大数据处理的能力。R语言数量众多的扩展包为R语言用于海量气象数据分析和可视化提供了强有力的支持。基于R语言对NCEP发布的数据集进行了统计分析和可视化,展示了R语言在气象数据处理和可视化方面的应用。结合R语言提供的贝叶斯统计扩展包和高性能并行计算扩展包探讨了R语言在气象数据处理和可视化应用方面的广泛前景。     

基于ENVI/IDL的气象卫星局地投影数据的提取

介绍了极轨气象卫星局地投影文件的结构,并在ENVI环境下,通过简单的IDL程序开发,自动批量处理LD2/LDF头文件,其数据可供ENVI软件直接读写和处理,避免了繁琐的手工配置,为进行其他数据格式转化和产品开发提供了前提条件.     

基于气象要素标量对象的可视化及其应用

本文以气象要素标量场为对象，利用体绘制方法来实现其可视化，根据气象数据特点以及可视化对数据集的要求，建立了一个气象要素标量场可视化绘制模型，并给出绘制的实例，能达到实用的效果。     

基于虚拟地球的流场三维动态可视化方法

水文气象灾害是影响我国的主要自然灾害之一。水文气象网格数据构成一个动态变化的三维流场,流场可视化是研究水文气象灾害内在变化规律的重要手段。针对水文气象场数据数据量大、多维多尺度以及动态变化等特点,本文提出了一种基于虚拟地球的流场三维动态可视化方法。该方法包括流场数据组织和动态数据插值两种数据处理方法,并在此基础上研究了改进的粒子追踪、三维流线和体绘制三种可视化关键技术。最后通过河道洪水和台风两种不同尺度的流场进行了实验验证,结果表明该方法能够流畅地实现三维流场的精细动态可视化,对于水文气象灾害应急辅助决策具有重要的意义。     

基于网络数据库的气象图形图像软件

网络和计算机存储技术的发展，使台站气象资料的数据库化保存变为可能。将各类气象数据保存到数据库中，改变原有数据保存文件化，减轻历史数据保存、维护的难度，提高数据检索的速度。选择Microsoft^(R)．NET作为运行开发平台，用C^ 语言作为开发工具，以SQL SERVER 2000作为数据库服务系统软件。     

Python语言在CIMISS中的应用

CIMISS实现了国家级气象数据的整合集约,国省首次建立了统一的数据环境,并通过标准统一、功能丰富、调用高效的气象数据统一服务接口MUSIC。本文介绍了Python编程语言特性,及其相对于IDL,Fortran,Matlab等气象行业常用编程语言的优势。阐述了Python在国外气象行业中的应用,以及如何调用CIMISS的客户端SDK,Web Services以及Rest服务接口。气象科研人员通过掌握Python编程语言,能够快速地从CIMISS中获取和处理气象数据,并可以使用Python进行各类气象数据的处理。     

基于触控操作方式的大气科学数据可视化系统技术研究与实现

设计并实现了一种基于触控操作方式,运行于移动计算设备上的大气科学数据可视化软件系统MeteoExplorer Touch,它是世界上首款提供触控操作方式体验,运行于Windows8和Windows RT操作系统上的大气科学数据可视化软件.该软件系统的技术特色有:1)针对Windows 8和Windows RT操作系统所带来的崭新特性进行设计,实现了诸如使用手指滑动、捏掐伸展完成底图的缩放和漫游,在操作系统从低功耗运行状态下再次激活后恢复用户会话状态等功能,从而为广大气象科研和业务人员在平板电脑上分析、处理气象数据提供了全新的体验;2)MeteoExplorer Touch不仅仅是一个图片查看器,它还实现了主流桌面版专业气象软件所提供的大部分功能,包括数据资料解析、观测场客观分析、物理量计算、图形产品生成、地理信息和图层管理等;3)MeteoExplorer Touch注重程序性能和用户体验.为实现这一目标,软件采用C++语言开发功能,使用XAML标记语言设计用户界面,使用DirectX 11硬件加速渲染技术进行图形显示,因此,它具有原生程序所特有的性能高、速度快、系统资源需求低的优点.     

三维气象GIS平台关键技术研究与实现

针对三维GIS的发展应用以及气象服务对于高效决策和直观可视性的要求,开发了具有自主知识产权的三维气象GIS平台。本文从体系结构、功能、数据访问及组件方面介绍了系统的设计方法,并详细论述了平台的关键实现技术,包括气象数据组织、气象标绘、二维图层和三维体绘制技术。该系统能够高效加载海量的二三维气象数据,并支持气象标绘和分析等功能。该系统运行稳定,可视化效果突出,为气象数据处理、数值预报、气象模拟仿真等气象服务搭建了一个坚实的三维基础平台,具有重要的应用价值。     

基于地闪数据的雷电流幅值累积频率公式探讨

利用天气雷达厂商提供的雷达基数据类 CINRADPolarDat处理解析雷达基数据,对雷达基数据进行解码,实时检索新一代天气雷达体扫基数据,提取回波强度、范围大小、位置等基本信息作为报警判据,并将报警判据分为安全级、观察级、预警级和警报级四个警戒级别进行报警提示。系统通过Microsoft Visual Studio 2005开发环境采用VB60语言编程,实现了新一代天气雷达探测数据实时报警功能,自动判断警戒级别并通过发出文字、声音、手机短信及拨打电话等不同报警方式提醒业务服务人员,避免突发灾害天气遗漏,做到临近突发灾害性天气快速跟踪预警与服务。

     

基于天气雷达探测数据构建地理空间三维云体技术

新一代天气雷达网建设已经具有相当规模,全国近150部雷达投入业务运行,但雷达探测数据业务应用大都还是常规的二维图像分析。基于单部天气雷达探测基数据分析,以三维地理信息系统为基础平台,探索在地理空间的三维云体显示分析技术,包括雷达探测数据在地理空间处理技术;探索雷达探测数据应用等值面体和实体绘制技术等构建三维云体的可视分析方法,并应用天气雷达实际探测数据在3DGIS地理空间构建了具有三维特征结构的云体,从多个视角研究分析了天气雷达探测的云体结构。     

Three-dimensional Extension of the Unit-Feature Spatial Classification Method for Cloud Type

We describe how the Unit-Feature Spatial Classification Method(UFSCM) can be used operationally to classify cloud types in satellite imagery efficiently and conveniently.By using a combination of Interactive Data Language(IDL) and Visual C++(VC) code in combination to extend the technique in three dimensions(3-D),this paper provides an efficient method to implement interactive computer visualization of the 3-D discrimination matrix modification,so as to deal with the bi-spectral limitations of traditional two dimensional(2-D) UFSCM.The case study of cloud-type classification based on FY-2C satellite data (0600 UTC 18 and 0000 UTC 10 September 2007) is conducted by comparison with ground station data, and indicates that 3-D UFSCM makes more use of the pattern recognition information in multi-spectral imagery,resulting in more reasonable results and an improvement over the 2-D method.     

基于OPENGL的组网雷达三维显示系统的开发与应用

利用OPENGL工具,并结合计算机图形学三维成像相关算法,实现了组网气象雷达数据的三维可视化显示。文中给出两个台风实例,将2014年经过海南的台风“威马逊”和“海鸥”以及相应风廓线雷达风场资料导入该三维显示系统,结果表明：该平台可以全面直观地构建台风的三维结构,并可根据需求显示其内部强回波结构;多普勒天气雷达数据与风廓线雷达风场资料相结合,提高了大气风场的监控能力。此项工作对SWAN起到了一定补充作用,并可进一步推进三维雷达组网产品的业务应用。     

遥感影像三维可视化研究

利用DEM高程资料实现遥感影像的三维显示可大大提高遥感监测产品的使用价值，而商用软件成本高操作繁琐普及困难。利用计算机图形学知识和Delphi编程语言，开发了一套遥感影像三维可视化软件。对在开发过程中遇到的有关DEM数据的裁剪与拼接、图像配准、地表模拟、透视变换、消隐处理、光照和阴影效果以及颜色变换等问题的解决方案和实现方法作了简要的介绍。     

多普勒天气雷达三维可视化分析平台设计与实现

为方便气象业务人员多角度观察雷达回波细节和空间分布情况,本文提出并实现了一个跨平台访问的可交互操作的多普勒天气雷达三维可视化分析平台。首先根据雷达基数据特点提出相邻梯形柱体间隔划分四面体的三维可视化算法,基于B/S模式进行三维可视化分析平台整体架构与设计,最终采用HTML的Canvas技术和WebGL技术实现基于Web的雷达回波的二维、三维可视化显示。试验结果表明,多普勒天气雷达三维可视化分析平台具有良好的三维可视化效果和较好交互式可视化体验,为气象工作者提供了一种有效的雷达回波分析工具。     

闪电数据三维可视化统计分析系统设计与实现

利用虚拟仿真技术,基于GaeaExplorer三维地理信息系统平台,设计开发了闪电数据三维可视化与统计分析系统。建立了闪电空间数据库,搭建了逼真的三维仿真场景,实现了闪电数据三维精细可视化;同时结合地理信息系统的空间分析能力,实现了闪电数据的管理及空间分析功能,为防雷减灾和决策服务提供了科学手段。应用结果表明:研发的闪电数据三维可视化与统计分析系统具有良好的应用体验,为闪电业务及科研工作提供了坚实的基础平台。     

基于WebGL的风廓线雷达风场三维可视化技术与实现

风廓线雷达二维显示系统无法显示三维风场,针对此问题,本文研究了基于WebGL的风廓线雷达风场的三维可视化方法。文中介绍了基于WebGL的三维图形渲染技术的原理和优势,详细阐述了风廓线雷达风场的三维建模和渲染方法,在此方法的基础上,开发了B/S模式的风廓线雷达风场三维可视化系统,并介绍了系统的功能特点和优势。相对于风廓线雷达二维显示系统,三维可视化系统以更直观、逼真的形式展现了风场的空间分布,用户能够以任意视角观察三维风场,便于气象工作者分析风场辐合(辐散)、边界层辐合线,为强对流天气监测预报工作提供一种有效的技术手段。     

三维可视化技术在雷达三维组网产品显示中的运用

采用三维可视化技术,将三维面重建算法和体重建算法引入气象雷达回波图像的分析中,同时与中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室开发的新一代3D组网拼图产品相结合,对2007年9号台风"圣帕"进行了三维显示。结果表明:对于单部雷达体扫产品,三维组网拼图产品能全面地掌握更大范围内雷达回波的演变过程;相对于单一的二维平面的分析显示,三维可视化技术在构建回波的空间分布状况,尤其是回波的空间结构上有更大的优势,三维可视化技术结合雷达三维组网拼图产品为雷达回波的分析提供了一种更为全面的方式。     

基于VTK的雷达基数据交互式三维重建功能及其业务应用

介绍了在自研的《气象雷达基数据结构分析软件》的基础上，通过空间三维插值方法和VTK（Visualization Toolkit）图形图像库显示技术，实现天气雷达基数据三维可视化的功能，该软件可运行于多种操作系统。三维重建功能支持多项交互式操作，能够快速突出雷达回波的结构特征：允许在雷达平面图上选定任意矩形区域进行三维重建；支持地形和雷达回波的叠加；具备缩放、漫游和视角变换功能；提供不同数值区间的透明度和光照系数调整；实现多种类型的切面视图和三视图。最后，本文结合软件在强对流单体、台风等个例中的应用情况，展示了三维重建功能如何帮助预报员快速掌握风暴结构及其演变规律。