[0001] 本公开涉及气象观测技术领域，尤其涉及一种天气雷达间一致性评估方法、装置、设备以及存储介质。

[0002] 新一代天气雷达具有很高的时空分辨率，是探测降水系统的主要手段。由于单部雷达的探测范围有限，且存在静锥区、波束遮挡等问题，难以覆盖如台风、雷暴、颮线等天气系统。为了提高对灾害天气监测和预警能力，发挥多部雷达在定量降水估测、识别风场结构中的作用，就必须对多部雷达的资料进行组网拼图。目前国内已有237部新一代天气雷达投入业务运行，除了西部地区一些山脉和沙漠以外，新一代天气雷达观测几乎覆盖了全国多数人口密集区。其中，东部地区年降水量多，多布设S波段雷达，梅雨锋、台风及强对流等重大灾害性天气影响区域站点布设较为密集。而西部及东北地区年降水量少，多布设C波段雷达。在站点布设密集的区域里，相邻雷达存在不同程度的观测重叠区域，有些相邻的几部雷达中都存在观测重叠区域。

[0003] 长期的业务运行发现，由于雷达型号、参数、定标不一致，并且运行中存在各种波束遮挡、电磁干扰、大气折射和衰减、雷达故障等问题，雷达在重叠区域的回波值并不完全相同。而回波强度一直是判断强对流天气的重要参数，如果相邻雷达在同一观测时间段内对观测重叠区域内观测的回波强度值存在偏差，就会影响雷达组网拼图的质量，增加雷达资料在多源数据同化过程中的不确定性，无法为精确的数值预报提供雷达产品。

[0004] 如何对相邻雷达观测重叠区域回波一致性进行科学评估，发现并修正观测偏差就显得尤为重要。因此，必须建立可信的相邻雷达观测重叠区域的一致性评估方案，对比分析相邻雷达之间探测数据的差异，在雷达数据组网拼图之前及时发现问题，提高天气雷达组网产品质量，避免因一致性偏差造成的降水估测等产品的误差。

[0045] 为使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开的实施例中的附图，对本公开的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

[0046] 另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0047] 针对背景技术中出现的问题，本公开的实施例提供了一种天气雷达间一致性评估方法、装置、设备以及存储介质。具体地，根据相邻天气雷达在同一体扫开始时刻下的指定体扫仰角下的基数据，确定相邻天气雷达的观测重叠区域，然后利用预设的筛选规则对观测重叠区域中的重叠点进行筛选，这里的重叠点筛选可以更客观地反应天气雷达本身的系统偏差状况，进而根据筛选后保留的重叠点，对相邻天气雷达进行一致性评估，可以有效提高相邻天气雷达一致性评估的准确性。

[0048] 下面结合附图，通过具体的实施例对本公开的实施例提供的一种天气雷达间一致性评估方法、装置、设备以及存储介质进行详细地说明。

[0049] 图1示出了本公开的实施例提供的一种天气雷达间一致性评估方法的流程图，如图1所示，天气雷达间一致性评估方法100可以包括以下步骤：

[0050] S110，获取相邻天气雷达在同一体扫开始时刻下的指定体扫仰角下的基数据。

[0051] 在一些实施例中，可以计算相邻天气雷达的体扫开始时刻差值，若该差值小于预设时长阈值(例如6min)，则确定相邻天气雷达处于同一体扫开始时刻，此时获取相邻天气雷达在同一体扫开始时刻下的指定体扫仰角(例如体扫前5层仰角)下的基数据。

[0052] 作为一个示例，这里的相邻天气雷达可以通过以下方式确定：

[0053] 计算两部天气雷达之间的距离，若距离小于或等于预设距离阈值(例如S波段天气雷达之间的预设距离阈值为300km，C波段天气雷达之间的预设距离阈值为200km)，则确定两部天气雷达为相邻天气雷达。

[0054] S120，根据获取的基数据，确定相邻天气雷达的观测重叠区域。

[0055] 在一些实施例中，针对相邻天气雷达中的第一天气雷达的任一观测点，可以根据观测点的极坐标计算对应的经纬度坐标，再根据观测点的经纬度坐标和相邻天气雷达中的第二天气雷达的经纬度坐标以及海拔高度计算观测点在第二天气雷达的极坐标系下的极坐标，以此得到第二天气雷达下与第一天气雷达的观测点对应的候选观测点，然后计算各候选观测点与观测点的水平距离差值与垂直距离差值、斜距比例以及径向扫描时间差值。

[0056] 将水平距离差值大于或等于预设水平距离差值阈值(例如相邻天气雷达中较短库长的一半)的候选观测点、垂直距离差值大于或等于预设垂直距离差值阈值(例如相邻天气雷达中较短库长的一半)的候选观测点、斜距比例大于或等于预设斜距比例阈值(例如0.9)的候选观测点以及径向扫描时间差值大于或等于预设径向扫描时间差值阈值(例如60s)的候选观测点剔除。若当前仍存在该观测点对应的候选观测点，则将候选观测点与该观测点确定为重叠点。根据各重叠点，确定重叠区域。

[0057] S130，利用预设的筛选规则对观测重叠区域中的重叠点进行筛选。

[0058] 在一些实施例中，相邻天气雷达间匹配时，可能因为其中一部天气雷达在重叠点方向有着比较严重的地形遮挡，从而造成天气雷达探测回波强度偏弱，引起两部雷达在重叠点的回波差异较大，造成一致性评估结果的不准确，这种情况不是天气雷达本身的因素。为了剔除地形遮挡的影响，可以计算观测重叠区域中的重叠点相对于第一雷达的第一遮挡率，以及相对于第二雷达的第二遮挡率，然后将第一遮挡率大于或等于预设遮挡率阈值(例如1％～10％)的重叠点以及第二遮挡率大于或等于预设遮挡率阈值的重叠点剔除。除此之外，也可以进行反射率订正，波束遮挡率低于10％的不进行反射率订正，11％～29％反射率订正+1dB，30％～43％反射率订正+2dB，44％～55％反射率订正+3dB，56％～60％反射率订正+4dB，对于遮挡部分大于60％则将重叠点予以剔除。

[0059] 示例性地，遮挡率可以通过以下方式进行计算：

[0060] 采用SRTM高程数据和天气雷达基础信息进行匹配计算，对天气雷达探测范围进行采样计算，根据天气雷达基础信息计算重叠点经纬度与探测高度，对比该经纬度地形数据高度，计算该重叠点某仰角时波束截面遮挡情况，得到各个重叠点的雷达波束遮挡比例(也即遮挡率)。

[0061] 在一些实施例中，在天气雷达间一致性评估时需要考虑重叠点异常回波的影响，这些回波可能是由于噪声、目标物充塞不充分等原因造成。为了剔除噪声、目标物充塞不充分的影响，可以计算观测重叠区域中的重叠点相对于第一雷达的第一信噪比和第一反射率标准偏差值，以及相对于第二雷达的第二信噪比和第二反射率标准偏差值，然后将第一信噪比大于或等于预设信噪比阈值(例如15dB)的重叠点以及第二信噪比大于或等于预设信噪比阈值的重叠点剔除，并将第一反射率标准偏差值大于或等于预设反射率标准偏差值阈值(例如12dB)的重叠点以及第二反射率标准偏差值大于或等于预设反射率标准偏差值阈值的重叠点剔除。

[0062] 在一些实施例中，天气雷达间一致性评估结果受重叠区域目标空间的重叠程度(也即时间重叠率)和时间的重叠程度(也即空间重叠率)的影响。针对于此，可以计算观测重叠区域中的重叠点的时间重叠率和空间重叠率，将时间重叠率小于或等于预设时间重叠率阈值(例如0.5)的重叠点剔除，并将空间重叠率小于或等于预设空间重叠率阈值(例如0.6)的重叠点剔除。

[0063] 示例性地，时间重叠率和空间重叠率可以通过以下方式进行计算：

[0064] 在天气雷达数据匹配时，时间上选择相邻天气雷达体扫数据间隔一定时间内的数据，两部天气雷达的天线转动速度不一样，对同一个观测重叠区域的观测的时间存在差异性，这里根据两部天气雷达基数据中存储的径向扫描时间t1、t2(单位：s)得出扫描时间差：

[0065] Δt＝|t1‑t2|  (1)

[0066] 天气雷达回波会随着时间变化而改变，时间差较小的匹配点的回波强度一致性应优于时间差较大的匹配点。

[0067] 时间重叠率应与大气环境条件中回波变化的快慢有关系。设计时间重叠率Ψt的计算公式如下：

[0068]

[0069] 其中，T为时间阈值，单位为秒。水滴下落末速度为0～9m/s，其速度与雨滴大小有关系，雨滴大小与天气雷达平均回波强度有一定的关系。 为一段观测时间内的重叠区的平均回波强度(单位：dBZ)，这里建立T与平均回波强度 的关系，其计算方式如下：

[0070]

[0071] 其中，设置经验阈值T1＝10s，T2＝3s，Z1＝15dBZ，Z2＝40dBZ。将式(3)代入式(2)，可求得时间重叠率Ψt。

[0072] 同样地，对于重叠区的空间一致性，这里提出了空间重叠率Ψv。S波段新一代多普勒天气雷达中，在观测重叠区域斜距L＝100km处的观测重叠区域截面圆直径(波束展宽)2r约为1.75km，约为有效照射深度(0.25km)的7倍，所以选择两雷达波束夹角较小的观测重叠区域，其一致性较好。假设两个雷达波束平行相向，匹配空间与两部雷达的距离相近，则观测重叠区域为两部雷达的有效照射体积的重叠空间，如图2所示，其重叠率与共同照射体积V12、两部雷达的照射体积V1、V2的表达式如下所示：

[0073]

[0074] 空间重叠率简化为横截面重叠率与斜距重叠率的乘积，其重叠波束的剖面如图3所示，OA为方位差引起的距离差，OB为高度差，AB为截面的中心距离，阴影部分为重叠面积。

[0075]

[0076]

[0077] L为斜距，Δa为方位差，由于雷达波束宽度θ一致，重叠区距离，截面圆半径r为：

[0078]

[0079] 计算出重叠横截面重叠率Ψs，斜距的重叠率为 Bw为波束有效照射深度，则空间重叠率Ψv表达式为：

[0080]

[0081] 在一些实施例中，不同的天气过程，观测的目标物类型不一样，对流过程由于移动速度和回波波形变化较快，对天气雷达间的一致性评估造成困难。针对于此，可以将观测重叠区域中反射率处于对流云降水回波对应的反射率范围(例如15dBZ‑35dBZ)外的重叠点剔除。

[0082] S140，根据筛选后保留的重叠点，对所述相邻天气雷达进行一致性评估。

[0083] 具体来说，这里将相邻天气雷达在重叠点的反射率的差值称为偏差(单位：dB)，使用偏差的均值、标准偏差和相邻天气雷达在重叠点观测的反射率的相关系数作为一致性评估指标。

[0084] 在本公开的实施例中，可以根据相邻天气雷达在同一体扫开始时刻下的指定体扫仰角下的基数据，确定相邻天气雷达的观测重叠区域，然后利用预设的筛选规则对观测重叠区域中的重叠点进行筛选，这里的重叠点筛选可以更客观地反应天气雷达本身的系统偏差状况，进而根据筛选后保留的重叠点，对相邻天气雷达进行一致性评估，可以有效提高相邻天气雷达一致性评估的准确性。

[0085] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。

[0086] 以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本公开所述方案进行进一步说明。

[0087] 图4示出了本公开的实施例提供的一种天气雷达间一致性评估装置的结构图，如图4所示，天气雷达间一致性评估装置400可以包括：

[0088] 获取模块410，用于获取相邻天气雷达在同一体扫开始时刻下的指定体扫仰角下的基数据。

[0089] 确定模块420，用于根据获取的基数据，确定相邻天气雷达的观测重叠区域。

[0090] 筛选模块430，用于利用预设的筛选规则对观测重叠区域中的重叠点进行筛选。

[0091] 评估模块440，用于根据筛选后保留的重叠点，对相邻天气雷达进行一致性评估。

[0092] 可以理解的是，图4所示的天气雷达间一致性评估装置400中的各个模块/单元具有实现图1所示的天气雷达间一致性评估方法100中的各个步骤的功能，并能达到其相应的技术效果，为了简洁，在此不再赘述。

[0093] 图5示出了一种能够实施本公开的实施例的示例性电子设备的结构图。电子设备500旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备500还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

[0094] 如图5所示，电子设备500可以包括计算单元501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的计算机程序或者从存储单元508加载到随机访问存储器(RAM)503中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还可存储电子设备500操作所需的各种程序和数据。计算单元501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

[0095] 电子设备500中的多个部件连接至I/O接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许电子设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

[0096] 计算单元501可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元501的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元501执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法100。例如，在一些实施例中，方法100可被实现为计算机程序产品，包括计算机程序，其被有形地包含于计算机可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM502和/或通信单元509而被载入和/或安装到电子设备500上。当计算机程序加载到RAM503并由计算单元501执行时，可以执行上文描述的方法100的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元501可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法100。

[0097] 本文中以上描述的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

[0098] 用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

[0099] 在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读储存介质。计算机可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD‑ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

[0100] 需要注意的是，本公开还提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，计算机指令用于使计算机执行方法100，并达到本公开的实施例执行其方法达到的相应技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。

[0101] 另外，本公开还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现方法100。

[0102] 为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施以上描述的实施例，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；
以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

[0103] 可以将以上描述的实施例实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

[0104] 计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端‑服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

[0105] 应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

[0106] 上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。