專利名稱：Atb格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)分析與處理方法，特別是一種符合FAA (Federal Aviation Administration,美國聯(lián)邦航空局)技術(shù)中心的ATB氣象數(shù)據(jù)格式 要求的數(shù)據(jù)分析與信息提取方法。
背景技術(shù)：
ATB數(shù)據(jù)為FAA技術(shù)中心發(fā)明的一種氣象數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)時時更新，其 數(shù)據(jù)包含每天0點、6點、12點和18點的全球各經(jīng)緯度網(wǎng)格點上1000到 100毫巴氣壓層上標準氣壓環(huán)境下的實際氣壓高度和溫度數(shù)據(jù)。其中0點和 6點的數(shù)據(jù)包含在一個文件中，命名為MMDDYYOO.ATB， 12點和18點的 數(shù)據(jù)在另一個文件中，命名為MMDDYY12.ATB。
由于此數(shù)據(jù)時時更新，且包含全球任意經(jīng)緯度網(wǎng)格的數(shù)據(jù)，因而被越 來越廣泛地應用于包括空域安全評估、航路安全評估，航空器性能評估等 全球民航的各個領域。
目前，我國在 ATB氣象數(shù)據(jù)格式要求的數(shù)據(jù)分析與信息提取方面還是 空白，如果在各項安全評估中應用此數(shù)據(jù)值，則可以得到更為準確的評估 結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種能 夠得到經(jīng)緯度網(wǎng)格上，固定等氣壓面，固定時間的實際氣壓高度和溫度數(shù)
據(jù)、作為后續(xù)相關(guān)處理的有效數(shù)據(jù)源的ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是此種ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法包括以下步 驟(l)讀取和解析ATB數(shù)據(jù)文件，生成浮點數(shù)矩陣；(2)按ATB數(shù)據(jù)格式對步驟(1)的浮點數(shù)矩陣進行拆分提取，得到給定經(jīng)緯度點所在的格點
數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)步驟(2)的格點數(shù)據(jù)，生成任意經(jīng)緯度點相關(guān)格點、固定
氣壓層、特定時刻數(shù)據(jù)對象。
本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)分析與處理方法取得了如下技術(shù)效果
(1) 完成了對ATB二進制數(shù)據(jù)暗碼的解析工作，得到了可視的十進
制高度和溫度浮點數(shù)；
(2) 生成了后續(xù)數(shù)據(jù)處理所需要的數(shù)據(jù)對象，為后續(xù)的相關(guān)處理提供
了有效的數(shù)據(jù)源。


圖1所示為ATB數(shù)據(jù)基本格式圖2所示為溫度和高度數(shù)據(jù)塊格式圖3所示為全球以1.25度為間隔的經(jīng)緯度格點格式圖4所示為本發(fā)明的步驟(1)的流程圖5所示為本發(fā)明的步驟(1.8)的流程圖6所示為小字節(jié)(LittleEndian)排列順序圖7所示為大字節(jié)(BigEndian)排列順序圖8所示為IEEE 754規(guī)則要求的浮點數(shù)轉(zhuǎn)化格式圖9所示為本發(fā)明的步驟(2)的流程圖IO所示為任意經(jīng)緯度點相關(guān)格點氣象數(shù)據(jù)片斷示意圖11所示為本發(fā)明的步驟(3)的流程圖12所示為任意經(jīng)緯度點相關(guān)格點、固定氣壓層，特定時刻數(shù)據(jù)對象 結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
7對于ATB數(shù)據(jù)，其基本格式如圖l所示，其中文件頭占1152字節(jié)，
各溫度和高度數(shù)據(jù)塊占1670400字節(jié)，總計大小為6682752字節(jié)。對于各 溫度和高度數(shù)據(jù)塊，其格式如圖2所示，其中，每個毫巴層占167040字節(jié)， 整個數(shù)據(jù)塊按1000mb、 850mb、 700mb、 500mb、 400mb、 300mb、 250mb、 200mb、 150mb和100mb的順序排列。對于每一個毫巴層的數(shù)據(jù)，其包含 為全球以1.25度為間隔的經(jīng)諱度格點矩陣數(shù)據(jù)，如圖3所示，從圖3中可 以看出，對于每一個毫巴層數(shù)據(jù)塊，縱向從南緯90度至北緯90度以1.25 度為間隔分為145個節(jié)點，橫向上首先從西經(jīng)30度至西經(jīng)1.25度、0度排 列，進而由東經(jīng)1.25度至東經(jīng)178.75度、180度排列，最后由西經(jīng)178.75 度至西經(jīng)31.25度排列，間隔仍為1.25度，共288個節(jié)點。在每一個節(jié)點 處，其數(shù)據(jù)為表示高度或溫度的浮點數(shù)，由四位二進制數(shù)按照IEEE 754標 準組成，每一位二進制數(shù)占8個字節(jié)，每個浮點數(shù)占32字節(jié)。
圖4所示為本發(fā)明的步驟(1)的流程圖，所述步驟(1)包括以下分 步驟
(1.1) 開始讀取ATB數(shù)據(jù)文件；
(1.2) 計算數(shù)據(jù)文件包含的字節(jié)數(shù)；
(1.3) 聲明大小等于數(shù)據(jù)文件包含字節(jié)數(shù)的字節(jié)類型數(shù)組，用于存 放ATB二進制讀取結(jié)果；
(1.4 )將ATB數(shù)據(jù)文件讀入該字節(jié)類型數(shù)組；
(1.5) 從字節(jié)數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)開始讀取數(shù)據(jù)；
(1.6) 判斷是否有剩余字節(jié)存在，如果是執(zhí)行步驟(1.7)，否則執(zhí)行 步驟(1.10);
(1.7) 從字節(jié)類型數(shù)組中順序讀出四個字節(jié)的數(shù)據(jù)，即四個8位二進
制數(shù)；
(1.8) 將四個8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)，得到了十進制的浮點數(shù)；(1.9) 儲存生成的浮點數(shù)；
(1.10) 當前數(shù)組指針后移4位，執(zhí)行步驟(1.6);
(1.11) ATB二進制數(shù)據(jù)讀取與解析結(jié)束。 本方法對ATB二進制數(shù)據(jù)進行了分析、讀取合浮點數(shù)轉(zhuǎn)化，生成了
浮點數(shù)格式的5800x288的浮點數(shù)矩陣。
其中，圖5所示為本發(fā)明的步驟(1.8)的流程圖，本步驟將32位二進 制數(shù)轉(zhuǎn)化位浮點數(shù)，得到了十進制的浮點數(shù)結(jié)果。事實上在ATB數(shù)據(jù)中， 每4字節(jié)32位浮點數(shù)，按照小字節(jié)(Little Endian)順序排列，如圖6所示， 由于根據(jù)IEEE 754規(guī)則要求，應將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為如圖7所示大字節(jié)(Big Endian)順序后才可以繼續(xù)計算。所述步驟(1.8)包括以下分步驟
(1.8.1) 開始將四階二進制數(shù)組轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)；
(1.8.2) 判斷當前數(shù)組是否包含全部四階二進制數(shù)，如果是執(zhí)行步 驟(1.8.3)，否則執(zhí)行步驟(1.8.8);
(1.8.3) 將數(shù)組[3]號元素左移24位；
(1.8.4) 將數(shù)組[2]號元素左移16位；
(1.8.5) 將數(shù)組[1]號元素左移8位；
(1.8.6) 將數(shù)組[O]、 [l]、 [2]和[3]號元素合并；
(1.8.7) 根據(jù)正EE 754規(guī)則要求轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)，具體方法為，首先 將32位二進制數(shù)分為三部分，如圖8所示，其中符號位用s表示，指數(shù) 位用e表示，尾數(shù)位用m表示，最終浮點數(shù)的計算結(jié)果為M = (-l/xmx 2e，轉(zhuǎn)步驟(1.8.9);
(1.8.8) 提示當前數(shù)組有誤；
(1.8.9) 浮點數(shù)轉(zhuǎn)化結(jié)束。
圖9所示為本發(fā)明的步驟(2)的流程圖，本步驟具體目的為，對解析 后的溫度、高度矩陣進行拆分提取，得到對于給定經(jīng)緯度點所在的格點數(shù)據(jù)，在圖10中，G， 乂)為指定的經(jīng)緯度點，(1， 1)、 (1， 2)， (2， 1)和 (2， 2)分別按照該步驟計算。所述步驟(2)包括
(2.1) 開始提取格點數(shù)據(jù)，讀取準確的經(jīng)度x、緯度;;；
(2.2) 經(jīng)度數(shù)據(jù)位置判定，聲明經(jīng)度位置結(jié)果變量/，如果是東經(jīng)經(jīng)度 執(zhí)行步驟(2.3)，如果是西經(jīng)經(jīng)度執(zhí)行步驟(2.4)， 0度執(zhí)行步驟(2.7)， 180度執(zhí)行步驟(2.8);
(2.3) / =義/ 1.25 + 24，轉(zhuǎn)步驟(2.9);
(2.4) 判斷經(jīng)度是否小于西經(jīng)30度，如果是執(zhí)行步驟(2.5)，否則執(zhí) 行步驟(2.6);
(2.5) z' = (x-30)/(-1.25)，轉(zhuǎn)步驟(2.9);
(2.6) f = (x-178.5)/(-1.25)+ 168，轉(zhuǎn)步驟(2.9);
(2.7) / = 24，轉(zhuǎn)步驟(2.9);
(2.8) /=168，轉(zhuǎn)步驟(2.9);
(2.9) 對/進行向下取整運算，得到經(jīng)度對應得標準位置；
(2.10) 緯度數(shù)據(jù)位置判定，聲明緯度位置結(jié)果變量y，如果是北緯
緯度執(zhí)行步驟(2.11)，如果是南緯緯度執(zhí)行步驟(2.12);
(2.11) _/ = (> + 90)/ 1.25，轉(zhuǎn)步驟(2.13);
(2.12) _/ = (90-力/1.25，轉(zhuǎn)步驟(2.13);
(2.13) 對y進行向下取整運算，得到緯度對應得標準位置；
(2.14) 確定格點數(shù)據(jù)將(/，"位置對應數(shù)據(jù)附值給(2， 1)位 置數(shù)據(jù)，(/, J'+1)位置對應數(shù)據(jù)附值給(2， 2)位置數(shù)據(jù)，(/+1， _/) 位置對應數(shù)據(jù)附值給(1， 1)位置數(shù)據(jù)，G'+l， 位置對應數(shù)據(jù)附 值給(1， 2)位置數(shù)據(jù)；
(2.15) 浮點數(shù)矩陣進行拆分提取結(jié)束。圖ll所示為本發(fā)明的步驟(3)的流程圖，圖12給出了生成數(shù)據(jù)的排 列方式。所述步驟(3)包括以下分步驟
(3.1) 開始提取數(shù)據(jù)，傳入坐標點/， y的位置；
(3.2) 從第一個溫度和高度數(shù)據(jù)塊開始處理，聲明數(shù)據(jù)塊標識變量
(3.3) 判斷是否已經(jīng)讀取過最后一個數(shù)據(jù)塊，如果是執(zhí)行步驟 (3.11)，否則執(zhí)行步驟(3.4);
(3.4) 從當前數(shù)據(jù)快的第一個氣壓層開始處理，聲明氣壓層標識變
(3.5) 判斷是否已經(jīng)讀取過最后一個氣壓層，如果是執(zhí)行步驟 (3.10)，否則執(zhí)行步驟(3.6);
(3.6) 計算當前格點數(shù)據(jù)標識位置；
(3.7) 按照步驟(2.14)的方法取當前格點數(shù)據(jù)；
(3.8) 將當前的讀取結(jié)果寫入儲存空間；
(3.9) 指向下一個氣壓層，執(zhí)行步驟(3.5);
(3.10) 指向下一個溫度和高度數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行步驟(3.3);
(3.11) 數(shù)據(jù)對象生成結(jié)束。 本步驟完成了任意經(jīng)緯度網(wǎng)格相關(guān)格點、固定氣壓層，特定時刻數(shù)
據(jù)對象生成，完成了數(shù)據(jù)解析過程，得到了最終的數(shù)據(jù)解析結(jié)果。
本發(fā)明通過將對美國FAA， ATB氣象數(shù)據(jù)的分析，完成了數(shù)據(jù)中所 包含實際高度和溫度浮點數(shù)的提取，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供了有效的數(shù) 據(jù)源。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的 限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等 同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1、ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法，其特征在于，包括以下步驟(1)讀取和解析ATB數(shù)據(jù)文件，生成浮點數(shù)矩陣；(2)按ATB數(shù)據(jù)格式對步驟(1)的浮點數(shù)矩陣進行拆分提取，得到給定經(jīng)緯度點所在的格點數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)步驟(2)的格點數(shù)據(jù)，生成任意經(jīng)緯度點相關(guān)格點、固定氣壓層、特定時刻數(shù)據(jù)對象。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法，其特征在于，所述步驟(1)包括以下分步驟(1.1) 開始讀取ATB數(shù)據(jù)文件；(1.2) 計算數(shù)據(jù)文件包含的字節(jié)數(shù)；(1.3) 聲明大小等于數(shù)據(jù)文件包含字節(jié)數(shù)的字節(jié)類型數(shù)組，用于存放ATB二進制讀取結(jié)果；(1.4) 將ATB數(shù)據(jù)文件讀入該字節(jié)類型數(shù)組；(1.5) 從字節(jié)數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)開始讀取數(shù)據(jù)；(1.6) 判斷是否有剩余字節(jié)存在，如果是執(zhí)行步驟(1.7)，否則執(zhí)行步驟(1.10);(1.7) 從字節(jié)類型數(shù)組中順序讀出四個字節(jié)的數(shù)據(jù)，即四個8位二進制數(shù)；(1.8) 將四個8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)，得到了十進制的浮點數(shù)；(1.9) 儲存生成的浮點數(shù)；(1.10) 當前數(shù)組指針后移4位，執(zhí)行步驟(1.6);(1.11) ATB 二進制數(shù)據(jù)讀取與解析結(jié)束。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法，其特征在于，所述步驟(1.8)包括以下分步驟(1.8.1) 開始將四階二進制數(shù)組轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)；(1.8.2) 判斷當前數(shù)組是否包含全部四階二進制數(shù)，如果是執(zhí)行步驟(1.8,3)，否則執(zhí)行步驟(1.8.8);(1.8.3) 將數(shù)組[3]號元素左移24位；(1.8.4) 將數(shù)組[2]號元素左移16位；(1.8.5) 將數(shù)組[1]號元素左移8位；(1.8.6) 將數(shù)組[O]、 [l]、 [2]和[3]號元素合并；(1.8.7) 根據(jù)IEEE 754規(guī)則要求轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)，轉(zhuǎn)步驟(1.8.9);(1.8.8) 提示當前數(shù)組有誤；(1.8.9) 浮點數(shù)轉(zhuǎn)化結(jié)束。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下分步驟(2.1) 開始提取格點數(shù)據(jù)，讀取準確的經(jīng)度x、緯度,-(2.2) 經(jīng)度數(shù)據(jù)位置判定，聲明經(jīng)度位置結(jié)果變量z'，如果是東經(jīng)經(jīng)度執(zhí)行步驟(2.3)，如果是西經(jīng)經(jīng)度執(zhí)行步驟(2.4)， 0度執(zhí)行步驟(2.7)，180度執(zhí)行步驟(2.8);(2.3) / = 1.25 + 24，轉(zhuǎn)步驟(2.9);(2.4) 判斷經(jīng)度是否小于西經(jīng)30度，如果是執(zhí)行步驟(2.5)，否則執(zhí)行步驟(2.6);(2.5) / = (;c-30)/(-1.25)，轉(zhuǎn)步驟(2.9);(2.6) / = (x-178.5)/(-1.25)+ 168，轉(zhuǎn)步驟(2.9);(2.7) / = 24，轉(zhuǎn)步驟(2.9);(2.8) /=168，轉(zhuǎn)步驟(2.9);(2.9) 對/進行向下取整運算，得到經(jīng)度對應得標準位置；(2.10) 緯度數(shù)據(jù)位置判定，聲明緯度位置結(jié)果變量乂，如果是北緯緯度執(zhí)行步驟(2.11)，如果是南緯緯度執(zhí)行步驟(2.12);(2.11) y' = (y + 90)/ 1.25，轉(zhuǎn)步驟(2.13);(2.12) _/ = (90-力/1.25，轉(zhuǎn)步驟(2.13);(2.13) 對/進行向下取整運算，得到緯度對應得標準位置；(2.14) 確定格點數(shù)據(jù)將G'， 乂)位置對應數(shù)據(jù)附值給(2， 1)位置數(shù)據(jù)，(/， y'+l)位置對應數(shù)據(jù)附值給(2, 2)位置數(shù)據(jù)，G+l， y)位置對應數(shù)據(jù)附值給(1， 1)位置數(shù)據(jù)，(z'+l， 位置對應數(shù)據(jù)附值給(1， 2)位置數(shù)據(jù)；(2.15) 浮點數(shù)矩陣進行拆分提取結(jié)束。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法，其特征在于，所述步驟(3)包括以下分步驟(3.1) 開始提取數(shù)據(jù)，傳入坐標點/， /的位置；(3.2) 從第一個溫度和高度數(shù)據(jù)塊開始處理，聲明數(shù)據(jù)塊標識變量A =0;(3.3) 判斷是否已經(jīng)讀取過最后一個數(shù)據(jù)塊，如果是執(zhí)行步驟(3.11)，否則執(zhí)行步驟(3.4);(3.4) 從當前數(shù)據(jù)快的第一個氣壓層開始處理，聲明氣壓層標識變量/ = 0;(3.5) 判斷是否已經(jīng)讀取過最后一個氣壓層，如果是執(zhí)行步驟(3.10),否則執(zhí)行步驟(3.6);(3.6) 計算當前格點數(shù)據(jù)標識位置；(3.7) 按照步驟(2.14)的方法取當前格點數(shù)據(jù)；(3.8) 將當前的讀取結(jié)果寫入儲存空間；(3.9) 指向下一個氣壓層，執(zhí)行步驟(3.5);(3.10) 指向下一個溫度和高度數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行步驟(3.3);(3.11) 數(shù)據(jù)對象生成結(jié)束。
全文摘要
公開了一種ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法包括以下步驟(1)讀取和解析ATB數(shù)據(jù)文件，生成浮點數(shù)矩陣；(2)按ATB數(shù)據(jù)格式對步驟(1)的浮點數(shù)矩陣進行拆分提取，得到給定經(jīng)緯度點所在的格點數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)步驟(2)的格點數(shù)據(jù)，生成任意經(jīng)緯度點相關(guān)格點、固定氣壓層、特定時刻數(shù)據(jù)對象。本方法完成了對ATB二進制數(shù)據(jù)暗碼的解析工作，得到了可視的十進制高度和溫度浮點數(shù)，并且生成了后續(xù)數(shù)據(jù)處理所需要的數(shù)據(jù)對象，為后續(xù)的相關(guān)處理提供了有效的數(shù)據(jù)源。
文檔編號G01W1/00GK101655567SQ20091008865
公開日2010年2月24日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者珺 兆, 呂嘉川, 唐金翔, 軍 張, 朱衍波, 許有臣, 金開研 申請人:民航數(shù)據(jù)通信有限責任公司;北京航空航天大學