NetCDF文件概要与读写

 NetCDF简介

NetCDF(network Common Data Format)，即网络通用数据格式。最早是由美国国家科学委员会资助之计划--Unidata --所发展，其用意是在Unidata计划中不同的应用项目下，提供一种可以通用的数据存取方式，数据的形状包括单点的观测值、时间序列、规则排列的网格、以及人造卫星或雷达之影像档案。

NetCDF 可简单的视为一种存取接口，任何使用 NetCDF 存取格式的档案就可称为 NetCDF 档案；至于 NetCDF 这套软件的功能，在于提供C、Fortran、C++、Perl、或其它语言I/O的链接库，以让程序发展者可以读写数据文件，其本身具有说明的能力、并且可以跨越平台和机器的限制。每一个NetCDF档案可以含括多维度的、具有名称的变量，包括长短的整数、单倍与双倍精度的实数、字符等，且每一个变量都有其自我介绍的数据，包括量度的单位、全名及意义等文字说明，在此摘要性的檔头之后，才是真正的数据本身。

NetCDF接口是一种多维的数据分布系统，由这个接口所产生的档案，具有多维的数据格式，当你需要其中的某一笔数据时，程序将不会从第一笔数据读到你所需要的数据处，而是由 NetCDF 软件直接存取那一个数据。如此一来将会大量的降低模式运算时数据存取的时间。但也就是因为这样， NetCDF 所需要的空间是很大的，因为他多了很多的自解释的申明。

 NetCDF文件结构

   

对NETCDF文件的操作主要有读和写两个方面，在了解这两个方面内容之前，首先需要了解NETCDF文件的结构，NETCDF文件主要是Dimensions, Variables, Attributes, Data 四个部分组成的：

Dimensions主要是多维资料的结构，如经度、纬度、时间等

Variables各种变量，像温度等

Attributes一些辅助记忆的说明，如变量的单位等

Data主要资料部分

下面是NETCDF文件基本结构图（箭头指向为可操作的对象）

NETCDF文件基本结构图

根据NETCDF文件的这种特殊的结构，所使用的NcFile类中包含了NcDim, NcVar, NcAtt几个类的对象作为成员，分别对应了上面的Dimensions, Variables, Attributes部分。

NetCDF文件的读写

 

1.1     建工程文件

用vc6建立一个工程，使用动态链接库netcdf,然后把文件netcdfcpp.h

netcdfcpp.cpp ,ncvalues.h ncvalues.cpp，ncconfig.h包含到工程中。

1.2     NETCDF文件的读取

首先，定义一个NcFile类的对象，用NcFile类的构造函数直接对其初始化

NcFile(const char * path, FileMode = ReadOnly , … … );

path为文件的存储路径，FileMode为文件的打开方式，除了ReadOnly还有Write, New, Replace 等方式我们只是读文件可以选择ReadOnly,其他方式后面会介绍到，其他参数可以使用默认值，例如：

NcFile nc("G://File.nc", NcFile::ReadOnly);

使用nc.is_valid()来判断文件打开是否成功，以便进行下一步对NETCDF文件数据进行读取。

 

NETCDF文件主要是Dimensions, Variables, Attributes, Data 四个部分组成的，下面读出文件各个部分的内容。

 

    Dimensions:

 

可以使用NETCDF 的成员函数num_dims()获得文件中的Dimensions的个数，然后用NcFile类的另一个成员函数get_dim(int id)，或get_dim(NcToken name)---参数可以是id号（int），也可以是dim名字(NcToken),获得每一个文件的Dimensions,用NcDim类的成员函数id()，name(),size()可以依次读出每一个Dimensions的id号，名称，和size。

例如：

   for (int i=0;i

   {

      

       String.Format(String+"dimid=%d   name=%s length=%d/n",nc.get_dim(i)->id(),

          nc.get_dim(i)->name(),nc.get_dim(i)->size());

   }

   利用一个for循环，依据dim的id号可以一次读出所有dim的信息

 

 

Variables：

 

          同理用NETCDF 的成员函数num_vars()可以获得文件中Variables数量，用NcFile类get_var(int id)或 get_var(NcToken name)可以读出每一个文件中的Variables，也可以读出id,name这些信息，所不同的是，Variables还可以用num_dims()读出其所包含的Dimensions的个数，Variables还可以用get_dim(int id)读出其包含的Dimensions的相关信息，同时文件的Data信息也是通过Variables来操作的。

      Data的读出：

                    首先，我们要根据Variables包含的每一个Dimensions的size计算出数据的大小，定义一个相应大小的数组，用来存放数据。

                    然后，用Variables的get(TYPE *array,long *num)第一个参数是刚才定义的存放数据的数组，第二个参数是自定义的一维数组，数组的元素用来存放每一维的size.一般用于多维数据。例如：

             float rhs[50];

             long array[3];

             array[0]=1;

             array[1]=5;

             array[2]=10;

             nc.get_var("rh")->get(rhs,array);

             还可以用Variables的get( TYPE* vals,long edge0=0,long edge1=0,long edge2=0,long edge3=0,long edge4=0) const 第一个参数是存放数据的数组，后面的参数分别记录第1，2，3，4，5维的size，默认值为0，例如：

                   int n=nc.get_dim("lat")->size();

                   int lats[5];

                   nc.get_var("lat")->get(lats,n);

                   for (i=0;i<5;i++)

                   {

                           String.Format(String+"    %d",lats[i]);

               

                   }

            如果Variables中还包含说明的Attributes，可以使用函数get_att(int id)，参数为Attributes的id，读出其Attributes。

            例如：

            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:

          Attributes可分为两种一种是整个文件的说明，即global attributes可以通过NcFile类的get_att(int id)函数来获得，参数为id号，例如：

String.Format(String+"/n%s: %s",nc.get_att(0)->name(),nc.get_att(0)->as_string(0));

还有一种是的说明，可以通过在Variables说明的方法获得，从读出的信息主要包括名称和相应的内容，可以通过name()和as_Type(long id),Type根据Attributes数据的类型来确定，如as_string(long id),as_int(long id)等，as_Type(long id)函数主要是用来取出每个Variables的内容。例子在Variables后面。

          Data:

          通过Variables我们已经把数据读出。

1.3     NETCDF文件的写入

和读文件时一样，首先要定义一个NcFile类的对象，如：

NcFile nc("G://File.nc", NcFile:: Replace);

用nc.is_valid()来判断文件打开是否成功，文件的打开方式我们可以选择New建立一个新的文件，用这种方式如果文件已经存在会返回错误，也可以用Write和Replace。选择Replace，如果文件已存在原文件就会被覆盖掉。用Write时文件必须已经存在，写入文件的数据会加在文件已存在数据的后面。

    首先，建立一个NETCDF文件，需要写入的数据和刚才读出的数据是一样的，有Dimensions, Variables, Attributes, Data；

Dimensions：

用NcFile类的add_dim(NcToken name,long dimsize)成员函数加入Dimensions，如果size 为unlimited用NcFile类的add_dim(NcToken name)函数，NcFile类会自动把其size处理为unlimited。

例如：

nc.add_dim("lat",5);

nc.add_dim("time");//size 为unlimited时

 

Variables：

用NcFile类的add_var(NcToken name,NcType type,type dim1,type dim2,… …)成员函数加入Variables，dim1,…,dimn,为Variables中包含的Dimensions。

    例如：

nc.add_var("lat",ncInt,nc.get_dim(0));//一个dim时

nc.add_var("rh",ncFloat,nc.get_dim("time"),

nc.get_dim("lat"),nc.get_dim("lon"));//多个dim时

 

Attributes：

整个文件的Attributes用NcFile的add_att(NcToken attname,Type value)函数Type根据加入Attributes的类型来判断；Variables可以用其成员函数add_att(attname, Type value)加入。

例如：

//写入文件的主要参数

    nc.add_att("sourse","Fictional Model Output");

    //写入单个变量的参数

    nc.get_var(0)->add_att("long_name","Temperature");

 

Data：

先定义一个数组，把要写入文件的数据写入数组，用 Variables的函数put(TYPE *arr,const long *count)TYPE 为数据类型或Variable的函数put( TYPE* vals,long edge0=0,long edge1=0,long edge2=0,long edge3=0,long edge4=0) const，第一个参数是存放数据的数组，后面的参数分别记录第1，2，3，4，5维的size，默认值为0，例如：

int lats[5]={20,30,40,50,60};                             //lat

    nc.get_var("lat")->put(lats,5);

    float rhss[50];

    for (int i=0;i<1;i++)

       for (int j=0;j<5;j++)

           for (int k=0;k<10;k++)

           {

               rhss[i*5*10+j*10+k]= (float)(i*5*10+j*10+k+1)/100; 

           }

    long count[3];                   //由于rh有多个dim,要定义一个一维数组

    count[0] = 1;                    //来说明其每一维的size

    count[1] = 5;

    count[2] = 10;

    nc.get_var("rh")->put(rhss,count);