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netcdf 格式檔案入門

阿新 • • 發佈：2018-11-15

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                 一、概述
  NetCDF全稱為network Common Data Format，中文譯法為“網路通用資料格式”，對程式設計師來說，它和zip、jpeg、bmp檔案格式類似，都是一種檔案格式的標準。netcdf
檔案開始的目的是用於儲存氣象科學中的資料，現在已經成為許多資料採集軟體的生成檔案的格式。
   從數學上來說，netcdf儲存的資料就是一個多自變數的單值函式。用公式來說就是f(x,y,z,...)=value, 函式的自變數x,y,z等在netcdf中叫做維(dimension)或座標軸(axix),函式值value在netcdf中叫做變數(Variables).而自變數和函式值在物理學上的一些性質，比如計量單位(量綱)、物理學名稱等等在netcdf中就叫屬性(Attributes).

二、netcdf 的下載
 netcdf的是官方網站為

http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/。
 在本文中，我們主要討論在windows平臺上使用netcdf軟體庫。我們將要從這個網站上
下載如下資源
⑴netcdf的原始碼，目前的地址為  ftp://ftp.unidata.ucar.edu/pub/netcdf/netcdf-4/netcdf-beta.tar.gz
⑵netcdf的在windows平臺預編譯好的dll，地址為  ftp://ftp.unidata.ucar.edu/pub/netcdf/contrib/win32/netcdf-3.6.1-win32.zip
 解壓后里面有如下東西
 netcdf.dll  為編譯好的dll
 ncgen.exe  為生成netcdf檔案的工具
 ncdump.exe 為讀取netcdf檔案的工具
 netcdf.lib 和 netcdf.exp在程式設計時會用到，後面會講。
⑶netcdf的相關文件，包括
 ①netcdf的使用者手冊，下載地址為
http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/docs/netcdf.pdf
 ②netcdf的入門教程, 下載地址為http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/docs/netcdf-tutorial.pdf
 ③netcdf的c介面api手冊,下載地址為http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/docs/netcdf-c.pdf
 下面我們來看netcdf檔案的具體內容。

三、netcdf檔案的內容
一個netcdf檔案的結構包括以下物件：
1、變數(Variables)
   變數對應著真實的物理資料。比如我們家裡的電錶，每個時刻顯示的讀數表示使用者的到該時刻的耗電量。這個讀數值就可以用netcdf裡的變數來表示。它是一個以時間為自變數（或者說自變數個數為一維）的單值函式。再比如在氣象學中要作出一個氣壓圖，就是“東經xx度，北緯yy度的點的大氣壓值為多少帕”，這是一個二維單值函式，兩維分別是經度和緯度。函式值為大氣壓。
   從上面的例子可以看出，netcdf中的變數就是一個N維陣列，陣列的維數就是實際問題中的自變數個數，陣列的值就是觀測得到的物理值。變數（陣列值）在netcdf中的儲存型別有六種，ascii字元(char) ,位元組(byte), 短整型(short), 整型(int), 浮點(float), 雙精度(double). 顯然這些型別和c中的型別一致，搞C的朋友應該很快就能明白。
2、維(dimension)
   一個維對應著函式中的某個自變數，或者說函式圖象中的一個座標軸，線上性代數中就是一個N維向量的一個分量（這也是維這個名稱的由來）。在netcdf中，一個維具有一個名字和範圍（或者說長度，也就是數學上所說的定義域，可以是離散的點集合或者連續的區間）。在netcdf中,維的長度基本都是有限的，最多隻能有一個具有無限長度的維。
3、屬性(Attribute)
   屬性對變數值和維的具體物理含義的註釋或者說解釋。因為變數和維在netcdf中都只是無量綱的數字，要想讓人們明白這些數字的具體含義，就得靠屬性這個物件了。
   在netcdf中，屬性由一個屬性名和一個屬性值（一般為字串）組成。比如，在某個cdl檔案(cdl檔案的具體格式在下一節中講述)中有這樣的程式碼段
   temperature:units = "celsius" ;   
   前面的temperature是一個已經定義好的變數（Variable），即溫度，冒號後面的units就是屬性名，表示物理單位，=後面的就是units這個屬性的值，為“celsius” ，即攝氏度，整個一行程式碼的意思就是溫度這個物理量的單位為celsius，很好理解。

三、CDL結構
   CDL全稱為network Common data form Description Language，它是用來描述netcdf檔案的結構的一種語法格式。它包括前面所說的三種netcdf物件(變數、維、屬性)的具體定義。
看一個具體例子（這個例子cdl檔案是從netcdf教程中的2.1 節The simple xy Example摘出來的）
netcdf simple_xy {
dimensions:
x = 6 ;
y = 12 ;
variables:
int data(x, y) ;
data:
data =
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,
12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35,
36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47,
48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59,
60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 ;
}
上面的程式碼定義了一個符合netcdf格式的結構simple_xy, 
這個結構包括三個部分
1、維的定義，以dimensions:關鍵字開頭
   dimensions:
 x = 6 ;
 y = 12 ;
 定義了兩個軸（或者說兩維），名字分別為x和y,x軸的長度（準確的說是座標點的個數）為6， y軸的長度為12。
2、變數的定義:以variables:開頭
 variables:
  int data(x, y);
  定義了一個以x軸和y軸為自變數的函式data，數學公式就是f(x,y)=data;

  注意維出現的順序是有序的，它決定data段中的具體賦值結果.
3、資料的定義，以data:開頭
 data:
data =
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,
12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35,
36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47,
48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59,
60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 ;
這個段資料用數學的函式公式f(x,y)=data來看，
就是  x=0,y=0時，data = 0;
     x=0,y=1時，data = 1;
    
    
     x=5,y=11是，data=71;
要注意的是，
1、賦值順序：
我們給出的是c格式的cdl檔案，因此這裡的賦值順序和c語言中的一致，也就是通常所說的“行式賦值”，而fortran語言中則是“列式賦值”，因此在fortran格式的cdl檔案中，data段的數值順序和這裡正好行列互換。    
2、自變數的預設取值和座標變數
   如果只給出維的長度，那麼維的值預設從0開始，然後自動加1，到(長度-1)停止，   很多情況下我們要自己給出每個點的座標值，這時就需要用到netcdf裡的座標變數
   "coordinate varibles"：增加一個和只和維相關的一元函式（自變數）並給出它的取值範圍。
   比如下面的cdl檔案（摘自netcdf教程中的2.2 The sfc pres temp Example）
   netcdf sfc_pres_temp {
 dimensions:
 latitude = 6 ;        //緯度軸
 longitude = 12 ;      //經度軸
 variables:
 float latitude(latitude) ;    //座標變數，儲存具體緯度
 latitude:units = "degrees_north" ;
 float longitude(longitude) ;  //座標變數，儲存具體緯度
 longitude:units = "degrees_east" ;
 float pressure(latitude, longitude) ;   //某個點（經度和緯度的交點）的大氣壓值
 pressure:units = "hPa" ;           //大氣壓的單位為
 float temperature(latitude, longitude) ; //某個點（經度和緯度的交點）的溫度值
 temperature:units = "celsius" ;    //溫度的單位為
 data:
 latitude = 25, 30, 35, 40, 45, 50 ;
 longitude = -125, -120, -115, -110, -105, -100, -95, -90, -85, -80, -75, -70 ;
 pressure =
 900, 906, 912, 918, 924, 930, 936, 942, 948, 954, 960, 966,
 901, 907, 913, 919, 925, 931, 937, 943, 949, 955, 961, 967,
 902, 908, 914, 920, 926, 932, 938, 944, 950, 956, 962, 968,
 903, 909, 915, 921, 927, 933, 939, 945, 951, 957, 963, 969,
 904, 910, 916, 922, 928, 934, 940, 946, 952, 958, 964, 970,
 905, 911, 917, 923, 929, 935, 941, 947, 953, 959, 965, 971 ;
 temperature =
 9, 10.5, 12, 13.5, 15, 16.5, 18, 19.5, 21, 22.5, 24, 25.5,
 9.25, 10.75, 12.25, 13.75, 15.25, 16.75, 18.25, 19.75, 21.25, 22.75, 24.25,
 25.75,
 9.5, 11, 12.5, 14, 15.5, 17, 18.5, 20, 21.5, 23, 24.5, 26,
 9.75, 11.25, 12.75, 14.25, 15.75, 17.25, 18.75, 20.25, 21.75, 23.25, 24.75,
 26.25,
 10, 11.5, 13, 14.5, 16, 17.5, 19, 20.5, 22, 23.5, 25, 26.5,
 10.25, 11.75, 13.25, 14.75, 16.25, 17.75, 19.25, 20.75, 22.25, 23.75,
 25.25
 對於上面的資料，就是
 latitude = 25，longitude = -125時，pressure = 900，temperature =  9;
 latitude = 25，longitude = -120時，pressure = 906，temperature =  10.5;
 以此類推。
 
四、netcdf檔案的讀寫（GDAL中支援newcdf格式檔案讀寫，需要libnetcdf 庫的支援）


   “學以致用” ，前面講的都是netcdf的基本知識，都是為了本節的核心問題——讀寫netcdf格式的檔案做鋪墊之用，下面我們就來看看如何建立一個netcdf格式檔案，以及如何再讀出它的內容。
1、在命令列下讀寫netcdf檔案
  ⑴建立一個simple_xy.cdl檔案，內容就是上一節“CDL結構”中的第一個例子。
  ⑵用ncgen.exe工具（下載地址見前面的第二節）建立netcdf檔案
    ①將ncgen所在目錄加到系統path變數中或者直接將ncgen.exe拷到simple_xy.cdl所在目錄下
    ②執行ncgen -o simple_xy.nc simple_xy.cdl生成netcdf格式檔案simple_xy.nc
  ⑶生成的simple_xy.nc是一個二進位制檔案，要想從這個檔案中還原出資料資訊，就要用ncdump工具
     ①將ncdump所在目錄加到系統path變數中或者直接將ncdump.exe拷到simple_xy.nc所在目錄下
     ②在命令列下執行ncdump simple_xy.nc，這時螢幕的輸出和simple_xy.cdl內容完全一樣。說明
     我們的檔案讀寫操作都是正確的。
 
2、程式設計讀寫netcdf檔案
 前面我們知道如何手工去建立和讀取netddf檔案，下面我們來看看如何在程式中用程式碼實現netcdf檔案的建立和分析。我的程式設計環境為win2000+vc6.0 並安裝了vc sp6補丁包。例子程式碼選自netcdf教程中的2.1節The simple xy Example
⑴將netcdf的原始碼解壓。我們將用到裡面的libsrc/netcdf.h標頭檔案
⑵在vc6中建立一個空的win32控制檯專案.名字為SimpleXyWrite，這個專案用來建立netcdf檔案
⑶把如下檔案拷貝到專案目錄中
①netcdf原始碼中的libsrc/netcdf.h標頭檔案
②netcdf原始碼中的examples/C/simple_xy_wr.c檔案，並改名為simple_xy_wr.cpp
③netcdf預編譯包中的netcdf.dll檔案和 netcdf.lib檔案
⑷把netcdf.h檔案和simple_xy_wr.cpp加入到專案的檔案列表中
  （具體選單操作project->add to project->files）
⑸把netcdf.lib加入到專案的lib列表中
 （具體選單操作project->add to project->settings->Link->object/library modules）
⑹編譯並執行這個專案，會在專案目錄下生成一個simple_xy.nc檔案，其內容和我們手工生成的
檔案內容完全一樣。

simple_xy_wr.c檔案是建立netcdf檔案的c程式碼，而examples/C/simple_xy_rd.c檔案則是分析netcdf檔案的程式碼，讀者可以用和剛才類似的步驟在vc6中編譯這個檔案。執行時把把剛才生成的simple_xy.nc拷貝到專案的目錄下，如果檔案格式沒錯誤，會提示*** SUCCESS reading example file simple_xy.nc!然後退出。

3、用ncgen命令自動生成c程式碼
  給定了simple_xy.cdl檔案後，可以用  ncgen -c  simple_xy.cdl
  命令直接在螢幕上輸出c程式碼.
  不過，這個辦法只限於cdl的資料比較簡單時才可以採用。對於真正的專案，  是需要我們自己去編寫程式碼的。
 
五、小結
 通過以上內容的介紹，相信讀者對netcdf已經有了大致的瞭解。總體來說，
netcdf的核心內容就是通過cdl描述文法來建立一個netcdf格式檔案。抓住了這一點，
讀者再繼續深入看netcdf的其他資料時，應該就沒什麼太大的難度了。如是，作者的
目的也就達到了。

六、附錄
為便於讀者對照，現本文中用到的幾個檔案的內容在此列出
1、simple_xy.cdl檔案的內容
netcdf simple_xy {
dimensions:
x = 6 ;
y = 12 ;
variables:
int data(x, y) ;
data:
data =
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,
12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35,
36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47,
48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59,
60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 ;
}
2、simple_xy-wr.c檔案的內容
/* This is part of the netCDF package.
   Copyright 2006 University Corporation for Atmospheric Research/Unidata.
   See COPYRIGHT file for conditions of use.

   This is a very simple example which writes a 2D array of
   sample data. To handle this in netCDF we create two shared
   dimensions, "x" and "y", and a netCDF variable, called "data".

   This example demonstrates the netCDF C API. This is part of the
   netCDF tutorial, which can be found at:
   http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/docs/netcdf-tutorial

   Full documentation of the netCDF C API can be found at:
   http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/docs/netcdf-c

   $Id: simple_xy_wr.c,v 1.12 2007/02/14 20:59:21 ed Exp $
*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <netcdf.h>

/* This is the name of the data file we will create. */
#define FILE_NAME "simple_xy.nc"

/* We are writing 2D data, a 6 x 12 grid. */
#define NDIMS 2
#define NX 6
#define NY 12

/* Handle errors by printing an error message and exiting with a
 * non-zero status. */
#define ERRCODE 2
#define ERR(e) {printf("Error: %s/n", nc_strerror(e)); exit(ERRCODE);}

int
main()
{
   /* When we create netCDF variables and dimensions, we get back an
    * ID for each one. */
   int ncid, x_dimid, y_dimid, varid;
   int dimids[NDIMS];

   /* This is the data array we will write. It will be filled with a
    * progression of numbers for this example. */
   int data_out[NX][NY];

   /* Loop indexes, and error handling. */
   int x, y, retval;

   /* Create some pretend data. If this wasn't an example program, we
    * would have some real data to write, for example, model
    * output. */
   for (x = 0; x < NX; x++)
      for (y = 0; y < NY; y++)
  data_out[x][y] = x * NY + y;

   /* Always check the return code of every netCDF function call. In
    * this example program, any retval which is not equal to NC_NOERR
    * (0) will cause the program to print an error message and exit
    * with a non-zero return code. */

   /* Create the file. The NC_CLOBBER parameter tells netCDF to
    * overwrite this file, if it already exists.*/
   if ((retval = nc_create(FILE_NAME, NC_CLOBBER, &ncid)))
      ERR(retval);

   /* Define the dimensions. NetCDF will hand back an ID for each. */
   if ((retval = nc_def_dim(ncid, "x", NX, &x_dimid)))
      ERR(retval);
   if ((retval = nc_def_dim(ncid, "y", NY, &y_dimid)))
      ERR(retval);

   /* The dimids array is used to pass the IDs of the dimensions of
    * the variable. */
   dimids[0] = x_dimid;
   dimids[1] = y_dimid;

   /* Define the variable. The type of the variable in this case is
    * NC_INT (4-byte integer). */
   if ((retval = nc_def_var(ncid, "data", NC_INT, NDIMS,
       dimids, &varid)))
      ERR(retval);

   /* End define mode. This tells netCDF we are done defining
    * metadata. */
   if ((retval = nc_enddef(ncid)))
      ERR(retval);

   /* Write the pretend data to the file. Although netCDF supports
    * reading and writing subsets of data, in this case we write all
    * the data in one operation. */
   if ((retval = nc_put_var_int(ncid, varid, &data_out[0][0])))
      ERR(retval);

   /* Close the file. This frees up any internal netCDF resources
    * associated with the file, and flushes any buffers. */
   if ((retval = nc_close(ncid)))
      ERR(retval);

   printf("*** SUCCESS writing example file simple_xy.nc!/n");
   return 0;
}

3、simple_xy_rd.c檔案的內容
/* This is part of the netCDF package.
   Copyright 2006 University Corporation for Atmospheric Research/Unidata.
   See COPYRIGHT file for conditions of use.

   This is a simple example which reads a small dummy array, which was
   written by simple_xy_wr.c. This is intended to illustrate the use
   of the netCDF C API.

   This program is part of the netCDF tutorial:
   http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/docs/netcdf-tutorial

   Full documentation of the netCDF C API can be found at:
   http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/docs/netcdf-c

   $Id: simple_xy_rd.c,v 1.9 2006/08/17 23:00:55 russ Exp $
*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <netcdf.h>

/* This is the name of the data file we will read. */
#define FILE_NAME "simple_xy.nc"

/* We are reading 2D data, a 6 x 12 grid. */
#define NX 6
#define NY 12

/* Handle errors by printing an error message and exiting with a
 * non-zero status. */
#define ERRCODE 2
#define ERR(e) {printf("Error: %s/n", nc_strerror(e)); exit(ERRCODE);}

int
main()
{
   /* This will be the netCDF ID for the file and data variable. */
   int ncid, varid;

   int data_in[NX][NY];

   /* Loop indexes, and error handling. */
   int x, y, retval;

   /* Open the file. NC_NOWRITE tells netCDF we want read-only access
    * to the file.*/
   if ((retval = nc_open(FILE_NAME, NC_NOWRITE, &ncid)))
      ERR(retval);

   /* Get the varid of the data variable, based on its name. */
   if ((retval = nc_inq_varid(ncid, "data", &varid)))
      ERR(retval);

   /* Read the data. */
   if ((retval = nc_get_var_int(ncid, varid, &data_in[0][0])))
      ERR(retval);

   /* Check the data. */
   for (x = 0; x < NX; x++)
      for (y = 0; y < NY; y++)
  if (data_in[x][y] != x * NY + y)
     return ERRCODE;

   /* Close the file, freeing all resources. */
   if ((retval = nc_close(ncid)))
      ERR(retval);

   printf("*** SUCCESS reading example file %s!/n", FILE_NAME);
   return 0;
}

 

轉自 http://blog.csdn.net/laomai/article/details/1740747

           

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Servlet | 訪問不同格式檔案（PDF、doc）

   核心程式碼 //設定響應內容型別為PDF型別 response.setContentType("application/pdf"); request.getRequestDispatcher("/WEB-INF/搜尋框架.pdf").

合併並轉化一代測序seq純文字為fasta格式檔案

use strict; use warnings; my @dir; my @filelist; open OUT, ">result.fst"; opendir (DIR, "./") or die "can't open the directory!"; @dir = read

CAD檔案轉換成DWF格式檔案怎麼在轉換器中轉換？

CAD檔案轉換成DWF格式檔案怎麼在轉換器中轉換？大家都知道DWF檔案是一種高度壓縮、開放、安全的檔案格式，它可以將豐富的設計資料高效的分發給需要檢視、評審或者列印這些資料的人看，因為在編輯器中編輯完的圖紙都是dwg格式的，所以就需要將CAD圖紙進行轉換，那CAD檔案轉換成DWF格式檔案怎麼在轉換器中轉換？具

zip、tar格式檔案解壓包相關指令

ZIP格式壓縮包： 解壓到特定目錄 # unzip [檔名].zip -d [目錄位置] 解壓到當前目錄 # unzip [檔名].zip 以ZIP格式壓縮檔案： # zip -r [檔名].zip [原檔案/目錄名] TAR.GZ格式壓縮包： 解壓到特定目錄 # tar -xzvf

LearnPython - Zip格式檔案的解壓縮

1 import zipfile 2 import os 3 4 5 def unzip(zip_name, target_dir): 6 files = zipfile.ZipFile(zip_name) 7 for zip_file in files.namelis

Linux使用shell解壓tar.Z格式檔案

建設當前目錄下有一個名為test.tar.Z的檔案。 使用如下指令可以將其解壓，並將解壓後的所有檔案放置在當前目錄下： zcat test.tar.Z | tar -xvf - 如果想要將解壓縮的檔案解壓的指定的目錄，使用-C引數即可： mkdir target; zcat test.tar.Z | t

怎麼將PDF格式檔案轉換成CAD格式呢？

怎麼將PDF格式檔案轉換成CAD格式呢？在日常生活中，PDF和CAD格式的檔案我們都不少見，那我們應該使用什麼辦法將這兩個格式的檔案進行轉換呢？今天小編就要來教大家的就是怎麼將PDF格式的檔案轉換成CAD格式的全部操作了，希望被採納！ 第一步：首先要開啟你們電腦上面的CAD轉換器軟體，如果你們電腦上面沒有這

reads count檔案轉化為fasta格式檔案(redundant reads)

從NCBI下載的測序資料很多是去過接頭的，並且整理成readscount格式，即每行第一列為reads，第二列為reads數，而我們需要把它整理成fasta格式，並且每個read都整理為一條序列 原始檔案： cat GSM3124755_WTB_PARE.csv | h

reads count檔案轉化為fasta格式檔案(uniq reads)

在NCBI下載測序資料時有很多是以reads序列 + count數的格式，這種是作者去完接頭並過濾掉低質量reads後的結果。下面實現將reads count格式轉化為fasta格式 cat reads_count.txt AAACCCGGGTTT 3 ACAAGATTAG

批量xml格式檔案按欄位順序轉json檔案

環境：Eclipse4.4+jdk1.7+Maven3 參考連結：http://blog.csdn.net/jkxqj/article/details/76977280 根據需要略有改動。 package test; import java.io.BufferedReader; i

base64格式檔案下載方法

下載圖片時，介面返回的地址是base64格式的檔案資料，因為頁面需要把base64格式的資料轉換為檔案，再進行下載： 解決方案： 　　下載按鈕： <el-button type="default" class="btnfoot" @click="downloadFun">下載<