NetCDF文件概要與讀寫

1、NetCDF文件概要與讀寫 NetCDF簡介 NetCDF(network Common Data Format)，即網(wǎng)絡(luò)通用數(shù)據(jù)格式。最早是由美國國家科學(xué)委員會(huì)資助之計(jì)劃-Unidata -所發(fā)展，其用意是在Unidata計(jì)劃中不同的應(yīng)用項(xiàng)目下，提供一種可以通用的數(shù)據(jù)存取方式，數(shù)據(jù)的形狀包括單點(diǎn)的觀測值、時(shí)間序列、規(guī)則排列的網(wǎng)格、以及人造衛(wèi)星或雷達(dá)之影像檔案。NetCDF 可簡單的視為一種存取接口，任何使用 NetCDF 存取格式的檔案就可稱為 NetCDF 檔案；至于 NetCDF 這套軟件的功能，在于提供C、Fortran、C+、Perl、或其它語言I/O的鏈接庫，以讓程序發(fā)展

2、者可以讀寫數(shù)據(jù)文件，其本身具有說明的能力、并且可以跨越平臺(tái)和機(jī)器的限制。每一個(gè)NetCDF檔案可以含括多維度的、具有名稱的變量，包括長短的整數(shù)、單倍與雙倍精度的實(shí)數(shù)、字符等，且每一個(gè)變量都有其自我介紹的數(shù)據(jù)，包括量度的單位、全名及意義等文字說明，在此摘要性的檔頭之后，才是真正的數(shù)據(jù)本身。NetCDF接口是一種多維的數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)，由這個(gè)接口所產(chǎn)生的檔案，具有多維的數(shù)據(jù)格式，當(dāng)你需要其中的某一筆數(shù)據(jù)時(shí)，程序?qū)⒉粫?huì)從第一筆數(shù)據(jù)讀到你所需要的數(shù)據(jù)處，而是由 NetCDF 軟件直接存取那一個(gè)數(shù)據(jù)。如此一來將會(huì)大量的降低模式運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)存取的時(shí)間。但也就是因?yàn)檫@樣， NetCDF 所需要的空間是很大的，因?yàn)?/p>

3、他多了很多的自解釋的申明。 NetCDF文件結(jié)構(gòu)   對(duì)NETCDF文件的操作主要有讀和寫兩個(gè)方面，在了解這兩個(gè)方面內(nèi)容之前，首先需要了解NETCDF文件的結(jié)構(gòu)，NETCDF文件主要是Dimensions, Variables, Attributes, Data 四個(gè)部分組成的：Dimensions主要是多維資料的結(jié)構(gòu)，如經(jīng)度、緯度、時(shí)間等Variables各種變量，像溫度等Attributes一些輔助記憶的說明，如變量的單位等Data主要資料部分下面是NETCDF文件基本結(jié)構(gòu)圖（箭頭指向?yàn)榭刹僮鞯膶?duì)象）NETCDF文件基本結(jié)構(gòu)圖根據(jù)NETCDF文件的這

4、種特殊的結(jié)構(gòu)，所使用的NcFile類中包含了NcDim, NcVar, NcAtt幾個(gè)類的對(duì)象作為成員，分別對(duì)應(yīng)了上面的Dimensions, Variables, Attributes部分。NetCDF文件的讀寫  1.1     建工程文件用vc6建立一個(gè)工程，使用動(dòng)態(tài)鏈接庫netcdf,然后把文件netcdfcpp.hnetcdfcpp.cpp ,ncvalues.h ncvalues.cpp，ncconfig.h包含到工程中。1.2     NETCDF文件的讀取首先，定義一個(gè)

5、NcFile類的對(duì)象，用NcFile類的構(gòu)造函數(shù)直接對(duì)其初始化NcFile(const char * path, FileMode = ReadOnly , );path為文件的存儲(chǔ)路徑，F(xiàn)ileMode為文件的打開方式，除了ReadOnly還有Write, New, Replace 等方式我們只是讀文件可以選擇ReadOnly,其他方式后面會(huì)介紹到，其他參數(shù)可以使用默認(rèn)值，例如：NcFile nc("G:/File.nc", NcFile:ReadOnly);使用nc.is_valid()來判斷文件打開是否成功，以便進(jìn)行下一步對(duì)NETCDF文件數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。 N

6、ETCDF文件主要是Dimensions, Variables, Attributes, Data 四個(gè)部分組成的，下面讀出文件各個(gè)部分的內(nèi)容。     Dimensions: 可以使用NETCDF 的成員函數(shù)num_dims()獲得文件中的Dimensions的個(gè)數(shù)，然后用NcFile類的另一個(gè)成員函數(shù)get_dim(int id)，或get_dim(NcToken name)-參數(shù)可以是id號(hào)（int），也可以是dim名字(NcToken),獲得每一個(gè)文件的Dimensions,用NcDim類的成員函數(shù)id()，name(),size()可

7、以依次讀出每一個(gè)Dimensions的id號(hào)，名稱，和size。例如：   for (int i=0;i<nc.num_dims()-1;i+)                String.Format(String+"dimid=%d   name=%s length=%d/n",nc.get_dim(i)->id(),    

8、60;     nc.get_dim(i)->name(),nc.get_dim(i)->size();      利用一個(gè)for循環(huán)，依據(jù)dim的id號(hào)可以一次讀出所有dim的信息  Variables：           同理用NETCDF 的成員函數(shù)num_vars()可以獲得文件中Variables數(shù)量，用NcFile類get_var(int id)或 get_va

9、r(NcToken name)可以讀出每一個(gè)文件中的Variables，也可以讀出id,name這些信息，所不同的是，Variables還可以用num_dims()讀出其所包含的Dimensions的個(gè)數(shù)，Variables還可以用get_dim(int id)讀出其包含的Dimensions的相關(guān)信息，同時(shí)文件的Data信息也是通過Variables來操作的。      Data的讀出：             &

10、#160;      首先，我們要根據(jù)Variables包含的每一個(gè)Dimensions的size計(jì)算出數(shù)據(jù)的大小，定義一個(gè)相應(yīng)大小的數(shù)組，用來存放數(shù)據(jù)。                    然后，用Variables的get(TYPE *array,long *num)第一個(gè)參數(shù)是剛才定義的存放數(shù)據(jù)的數(shù)組，第二個(gè)參數(shù)是自定義的一維數(shù)組

11、，數(shù)組的元素用來存放每一維的size.一般用于多維數(shù)據(jù)。例如：             float rhs50;             long array3;             array0=1;   

12、;          array1=5;             array2=10;             nc.get_var("rh")->get(rhs,array);     

13、60;       還可以用Variables的get( TYPE* vals,long edge0=0,long edge1=0,long edge2=0,long edge3=0,long edge4=0) const 第一個(gè)參數(shù)是存放數(shù)據(jù)的數(shù)組，后面的參數(shù)分別記錄第1，2，3，4，5維的size，默認(rèn)值為0，例如：                 &#

14、160; int n=nc.get_dim("lat")->size();                   int lats5;                   nc.get_var("lat")->

15、get(lats,n);                   for (i=0;i<5;i+)                             &

16、#160;                String.Format(String+"    %d",latsi);                        

17、60;                     如果Variables中還包含說明的Attributes，可以使用函數(shù)get_att(int id)，參數(shù)為Attributes的id，讀出其Attributes。            例如：    

18、        String.Format("/natt:/n%s:%s/n",nc.get_var(0)->get_att(0)->name(),                nc.get_var(0)->get_att(0)->as_string(0); Attributes:   

19、60;      Attributes可分為兩種一種是整個(gè)文件的說明，即global attributes可以通過NcFile類的get_att(int id)函數(shù)來獲得，參數(shù)為id號(hào)，例如：String.Format(String+"/n%s: %s",nc.get_att(0)->name(),nc.get_att(0)->as_string(0);還有一種是的說明，可以通過在Variables說明的方法獲得，從讀出的信息主要包括名稱和相應(yīng)的內(nèi)容，可以通過name()和as_Type(long id

20、),Type根據(jù)Attributes數(shù)據(jù)的類型來確定，如as_string(long id),as_int(long id)等，as_Type(long id)函數(shù)主要是用來取出每個(gè)Variables的內(nèi)容。例子在Variables后面。          Data:          通過Variables我們已經(jīng)把數(shù)據(jù)讀出。1.3     NETCDF文件的寫入和

21、讀文件時(shí)一樣，首先要定義一個(gè)NcFile類的對(duì)象，如：NcFile nc("G:/File.nc", NcFile: Replace);用nc.is_valid()來判斷文件打開是否成功，文件的打開方式我們可以選擇New建立一個(gè)新的文件，用這種方式如果文件已經(jīng)存在會(huì)返回錯(cuò)誤，也可以用Write和Replace。選擇Replace，如果文件已存在原文件就會(huì)被覆蓋掉。用Write時(shí)文件必須已經(jīng)存在，寫入文件的數(shù)據(jù)會(huì)加在文件已存在數(shù)據(jù)的后面。    首先，建立一個(gè)NETCDF文件，需要寫入的數(shù)據(jù)和剛才讀出的數(shù)據(jù)是一樣的，有Dimension

22、s, Variables, Attributes, Data；Dimensions：用NcFile類的add_dim(NcToken name,long dimsize)成員函數(shù)加入Dimensions，如果size 為unlimited用NcFile類的add_dim(NcToken name)函數(shù)，NcFile類會(huì)自動(dòng)把其size處理為unlimited。例如：nc.add_dim("lat",5);nc.add_dim("time");/size 為unlimited時(shí) Variables：用NcFile類的add_var(Nc

23、Token name,NcType type,type dim1,type dim2, )成員函數(shù)加入Variables，dim1,dimn,為Variables中包含的Dimensions。    例如：nc.add_var("lat",ncInt,nc.get_dim(0);/一個(gè)dim時(shí)nc.add_var("rh",ncFloat,nc.get_dim("time"),nc.get_dim("lat"),nc.get_dim("lon");/多個(gè)d

24、im時(shí) Attributes：整個(gè)文件的Attributes用NcFile的add_att(NcToken attname,Type value)函數(shù)Type根據(jù)加入Attributes的類型來判斷；Variables可以用其成員函數(shù)add_att(attname, Type value)加入。例如：/寫入文件的主要參數(shù)    nc.add_att("sourse","Fictional Model Output");    /寫入單個(gè)變量的參數(shù)    n

25、c.get_var(0)->add_att("long_name","Temperature"); Data：先定義一個(gè)數(shù)組，把要寫入文件的數(shù)據(jù)寫入數(shù)組，用 Variables的函數(shù)put(TYPE *arr,const long *count)TYPE 為數(shù)據(jù)類型或Variable的函數(shù)put( TYPE* vals,long edge0=0,long edge1=0,long edge2=0,long edge3=0,long edge4=0) const，第一個(gè)參數(shù)是存放數(shù)據(jù)的數(shù)組，后面的參數(shù)分別記錄第1，2，3，4，5維的size

26、，默認(rèn)值為0，例如：int lats5=20,30,40,50,60;                             /lat    nc.get_var("lat")->put(lats,5);    float rhss50;    for (i