src/Environment/metarproperties.cxx

   1 // metarproperties.cxx -- Parse a METAR and write properties
   2 //
   3 // Written by David Megginson, started May 2002.
   4 // Rewritten by Torsten Dreyer, August 2010
   5 //
   6 // Copyright (C) 2002  David Megginson - david@megginson.com
   7 //
   8 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   9 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11 // License, or (at your option) any later version.
  12 //
  13 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16 // General Public License for more details.
  17 //
  18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  19 // along with this program; if not, write to the Free Software
  20 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  21 //
  22
  23 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  24 #  include <config.h>
  25 #endif
  26
  27 #include <cstring> // for strlen
  28
  29 #include "metarproperties.hxx"
  30 #include "fgmetar.hxx"
  31 #include "environment.hxx"
  32 #include "atmosphere.hxx"
  33 #include "metarairportfilter.hxx"
  34 #include <simgear/scene/sky/cloud.hxx>
  35 #include <simgear/structure/exception.hxx>
  36 #include <simgear/misc/strutils.hxx>
  37 #include <simgear/magvar/magvar.hxx>
  38 #include <simgear/timing/sg_time.hxx>
  39 #include <Main/fg_props.hxx>
  40
  41 using std::string;
  42
  43 namespace Environment {
  44
  45 static vector<string> coverage_string;
  46
  47 /**
  48  * @brief Helper class to wrap SGMagVar functionality and cache the variation and dip for
  49  *        a certain position.
  50  */
  51 class MagneticVariation : public SGMagVar {
  52 public:
  53   /**
  54    * Constructor
  55    */
  56   MagneticVariation() : _lat(1), _lon(1), _alt(1) {
  57     recalc( 0.0, 0.0, 0.0 );
  58   }
  59
  60   /**
  61    * @brief get the magnetic variation for a specific position at the current time
  62    * @param lon the positions longitude in degrees
  63    * @param lat the positions latitude in degrees
  64    * @param alt the positions height above MSL (aka altitude) in feet
  65    * @return the magnetic variation in degrees
  66    */
  67   double get_variation_deg( double lon, double lat, double alt );
  68
  69   /**
  70    * @brief get the magnetic dip for a specific position at the current time
  71    * @param lon the positions longitude in degrees
  72    * @param lat the positions latitude in degrees
  73    * @param alt the positions height above MSL (aka altitude) in feet
  74    * @return the magnetic dip in degrees
  75    */
  76   double get_dip_deg( double lon, double lat, double alt );
  77 private:
  78   void recalc( double lon, double lat, double alt );
  79   SGTime _time;
  80   double _lat, _lon, _alt;
  81 };
  82
  83 inline void MagneticVariation::recalc( double lon, double lat, double alt )
  84 {
  85   // calculation of magnetic variation is expensive. Cache the position
  86   // and perform this calculation only if it has changed
  87   if( _lon != lon || _lat != lat || _alt != alt ) {
  88     SG_LOG(SG_ENVIRONMENT, SG_DEBUG, "Recalculating magvar for lon=" << lon << ", lat=" << lat << ", alt=" << alt );
  89     _lon = lon;
  90     _lat = lat;
  91     _alt = alt;
  92
  93     SGGeod location(SGGeod::fromDegFt(lon, lat, alt));
  94    _time.update( location, 0, 0 );
  95     update( lon, lat, alt, _time.getJD() );
  96   }
  97 }
  98
  99 inline double MagneticVariation::get_variation_deg( double lon, double lat, double alt )
 100 {
 101   recalc( lon, lat, alt );
 102   return get_magvar() * SGD_RADIANS_TO_DEGREES;
 103 }
 104
 105 inline double MagneticVariation::get_dip_deg( double lon, double lat, double alt )
 106 {
 107   recalc( lon, lat, alt );
 108   return get_magdip() * SGD_RADIANS_TO_DEGREES;
 109 }
 110
 111 MetarProperties::MetarProperties( SGPropertyNode_ptr rootNode ) :
 112   _rootNode(rootNode),
 113   _metarValidNode( rootNode->getNode( "valid", true ) ),
 114   _station_elevation(0.0),
 115   _station_latitude(0.0),
 116   _station_longitude(0.0),
 117   _min_visibility(16000.0),
 118   _max_visibility(16000.0),
 119   _base_wind_dir(0),
 120   _base_wind_range_from(0),
 121   _base_wind_range_to(0),
 122   _wind_speed(0.0),
 123   _wind_from_north_fps(0.0),
 124   _wind_from_east_fps(0.0),
 125   _gusts(0.0),
 126   _temperature(0.0),
 127   _dewpoint(0.0),
 128   _humidity(0.0),
 129   _pressure(0.0),
 130   _sea_level_temperature(0.0),
 131   _sea_level_dewpoint(0.0),
 132   _sea_level_pressure(29.92),
 133   _rain(0.0),
 134   _hail(0.0),
 135   _snow(0.0),
 136   _snow_cover(false),
 137   _magneticVariation(new MagneticVariation())
 138 {
 139   // Hack to avoid static initialization order problems on OSX
 140   if( coverage_string.empty() ) {
 141     coverage_string.push_back(SGCloudLayer::SG_CLOUD_CLEAR_STRING);
 142     coverage_string.push_back(SGCloudLayer::SG_CLOUD_FEW_STRING);
 143     coverage_string.push_back(SGCloudLayer::SG_CLOUD_SCATTERED_STRING);
 144     coverage_string.push_back(SGCloudLayer::SG_CLOUD_BROKEN_STRING);
 145     coverage_string.push_back(SGCloudLayer::SG_CLOUD_OVERCAST_STRING);
 146   }
 147   // don't tie metar-valid, so listeners get triggered
 148   _metarValidNode->setBoolValue( false );
 149   _tiedProperties.setRoot( _rootNode );
 150   _tiedProperties.Tie("data", this, &MetarProperties::get_metar, &MetarProperties::set_metar );
 151   _tiedProperties.Tie("station-id", this, &MetarProperties::get_station_id, &MetarProperties::set_station_id );
 152   _tiedProperties.Tie("station-elevation-ft", &_station_elevation );
 153   _tiedProperties.Tie("station-latitude-deg", &_station_latitude );
 154   _tiedProperties.Tie("station-longitude-deg", &_station_longitude );
 155   _tiedProperties.Tie("station-magnetic-variation-deg", this, &MetarProperties::get_magnetic_variation_deg );
 156   _tiedProperties.Tie("station-magnetic-dip-deg", this, &MetarProperties::get_magnetic_dip_deg );
 157   _tiedProperties.Tie("min-visibility-m", &_min_visibility );
 158   _tiedProperties.Tie("max-visibility-m", &_max_visibility );
 159   _tiedProperties.Tie("base-wind-range-from", &_base_wind_range_from );
 160   _tiedProperties.Tie("base-wind-range-to", &_base_wind_range_to );
 161   _tiedProperties.Tie("base-wind-speed-kt", this, &MetarProperties::get_wind_speed, &MetarProperties::set_wind_speed );
 162   _tiedProperties.Tie("base-wind-dir-deg", this, &MetarProperties::get_base_wind_dir, &MetarProperties::set_base_wind_dir );
 163   _tiedProperties.Tie("base-wind-from-north-fps", this, &MetarProperties::get_wind_from_north_fps, &MetarProperties::set_wind_from_north_fps );
 164   _tiedProperties.Tie("base-wind-from-east-fps",this, &MetarProperties::get_wind_from_east_fps, &MetarProperties::set_wind_from_east_fps );
 165   _tiedProperties.Tie("gust-wind-speed-kt", &_gusts );
 166   _tiedProperties.Tie("temperature-degc", &_temperature );
 167   _tiedProperties.Tie("dewpoint-degc", &_dewpoint );
 168   _tiedProperties.Tie("rel-humidity-norm", &_humidity );
 169   _tiedProperties.Tie("pressure-inhg", &_pressure );
 170   _tiedProperties.Tie("temperature-sea-level-degc", &_sea_level_temperature );
 171   _tiedProperties.Tie("dewpoint-sea-level-degc", &_sea_level_dewpoint );
 172   _tiedProperties.Tie("pressure-sea-level-inhg", &_sea_level_pressure );
 173   _tiedProperties.Tie("rain-norm", &_rain );
 174   _tiedProperties.Tie("hail-norm", &_hail );
 175   _tiedProperties.Tie("snow-norm", &_snow);
 176   _tiedProperties.Tie("snow-cover", &_snow_cover );
 177   _tiedProperties.Tie("decoded", this, &MetarProperties::get_decoded );
 178 }
 179
 180 MetarProperties::~MetarProperties()
 181 {
 182   delete _magneticVariation;
 183 }
 184
 185
 186 static const double thickness_value[] = { 0, 65, 600, 750, 1000 };
 187
 188 const char* MetarProperties::get_metar() const
 189 {
 190     if (!_metar) return "";
 191     return _metar->getData();
 192 }
 193
 194 void MetarProperties::set_metar( const char * metarString )
 195 {
 196     SGSharedPtr<FGMetar> m;
 197     if ((metarString == NULL) || (strlen(metarString) == 0)) {
 198         setMetar(m);
 199         return;
 200     }
 201
 202     try {
 203         m = new FGMetar( metarString );
 204     }
 205     catch( sg_io_exception ) {
 206         SG_LOG( SG_ENVIRONMENT, SG_WARN, "Can't parse metar: " << metarString );
 207         _metarValidNode->setBoolValue(false);
 208         return;
 209     }
 210
 211     setMetar(m);
 212 }
 213
 214 void MetarProperties::setMetar( SGSharedPtr<FGMetar> m )
 215 {
 216     _metar = m;
 217     _decoded.clear();
 218     if (!m) {
 219         return;
 220     }
 221
 222     const vector<string> weather = m->getWeather();
 223     for( vector<string>::const_iterator it = weather.begin(); it != weather.end(); ++it ) {
 224         if( false == _decoded.empty() ) _decoded.append(", ");
 225         _decoded.append(*it);
 226     }
 227
 228     _min_visibility = m->getMinVisibility().getVisibility_m();
 229     _max_visibility = m->getMaxVisibility().getVisibility_m();
 230
 231     const SGMetarVisibility *dirvis = m->getDirVisibility();
 232     for ( int i = 0; i < 8; i++, dirvis++) {
 233         SGPropertyNode *vis = _rootNode->getChild("visibility", i, true);
 234         double v = dirvis->getVisibility_m();
 235
 236         vis->setDoubleValue("min-m", v);
 237         vis->setDoubleValue("max-m", v);
 238     }
 239
 240     set_base_wind_dir(m->getWindDir());
 241     _base_wind_range_from = m->getWindRangeFrom();
 242     _base_wind_range_to = m->getWindRangeTo();
 243     set_wind_speed(m->getWindSpeed_kt());
 244
 245     _gusts = m->getGustSpeed_kt();
 246     _temperature = m->getTemperature_C();
 247     _dewpoint = m->getDewpoint_C();
 248     _humidity = m->getRelHumidity();
 249     _pressure = m->getPressure_inHg();
 250
 251     {
 252         // 1. check the id given in the metar
 253         FGAirport* a = FGAirport::findByIdent(m->getId());
 254
 255         // 2. if unknown, find closest airport with metar to current position
 256         if( a == NULL ) {
 257             SGGeod pos = SGGeod::fromDeg(
 258                 fgGetDouble( "/position/longitude-deg", 0.0 ),
 259                 fgGetDouble( "/position/latitude-deg", 0.0 ) );
 260             a = FGAirport::findClosest(pos, 10000.0, MetarAirportFilter::instance() );
 261         }
 262
 263         // 3. otherwise use ground elevation
 264         if( a != NULL ) {
 265             _station_elevation = a->getElevation();
 266             const SGGeod & towerPosition = a->getTowerLocation();
 267             _station_latitude = towerPosition.getLatitudeDeg();
 268             _station_longitude = towerPosition.getLongitudeDeg();
 269             _station_id = a->ident();
 270         } else {
 271             _station_elevation = fgGetDouble("/position/ground-elev-m", 0.0 ) * SG_METER_TO_FEET;
 272             _station_latitude = fgGetDouble( "/position/latitude-deg", 0.0 );
 273             _station_longitude = fgGetDouble( "/position/longitude-deg", 0.0 );
 274             _station_id = "XXXX";
 275         }
 276     }
 277
 278     {    // calculate sea level temperature, dewpoint and pressure
 279         FGEnvironment dummy; // instantiate a dummy so we can leech a method
 280         dummy.set_elevation_ft( _station_elevation );
 281         dummy.set_temperature_degc( _temperature );
 282         dummy.set_dewpoint_degc( _dewpoint );
 283         _sea_level_temperature = dummy.get_temperature_sea_level_degc();
 284         _sea_level_dewpoint = dummy.get_dewpoint_sea_level_degc();
 285
 286         double elevation_m = _station_elevation * SG_FEET_TO_METER;
 287         double fieldPressure = FGAtmo::fieldPressure( elevation_m, _pressure * atmodel::inHg );
 288         _sea_level_pressure = P_layer(0, elevation_m, fieldPressure, _temperature + atmodel::freezing, atmodel::ISA::lam0) / atmodel::inHg;
 289     }
 290
 291     bool isBC = false;
 292     bool isBR = false;
 293     bool isFG = false;
 294     bool isMI = false;
 295     bool isHZ = false;
 296
 297     {
 298         for( unsigned i = 0; i < 3; i++ ) {
 299             SGPropertyNode_ptr n = _rootNode->getChild("weather", i, true );
 300             vector<struct SGMetar::Weather> weather = m->getWeather2();
 301             struct SGMetar::Weather * w = i < weather.size() ? &weather[i] : NULL;
 302             n->getNode("intensity",true)->setIntValue( w != NULL ? w->intensity : 0 );
 303             n->getNode("vincinity",true)->setBoolValue( w != NULL ? w->vincinity : false );
 304             for( unsigned j = 0; j < 3; j++ ) {
 305
 306                 const string & phenomenon = w != NULL && j < w->phenomena.size() ? w->phenomena[j].c_str() : "";
 307                 n->getChild( "phenomenon", j, true )->setStringValue( phenomenon );
 308
 309                 const string & description = w != NULL && j < w->descriptions.size() ? w->descriptions[j].c_str() : "";
 310                 n->getChild( "description", j, true )->setStringValue( description );
 311
 312                 // need to know later,
 313                 // if its fog(FG) (might be shallow(MI) or patches(BC)) or haze (HZ) or mist(BR)
 314                 if( phenomenon == "FG" ) isFG = true;
 315                 if( phenomenon == "HZ" ) isHZ = true;
 316                 if( phenomenon == "BR" ) isBR = true;
 317                 if( description == "MI" ) isMI = true;
 318                 if( description == "BC" ) isBC = true;
 319             }
 320         }
 321     }
 322
 323     {
 324         static const char * LAYER = "layer";
 325         SGPropertyNode_ptr cloudsNode = _rootNode->getNode("clouds", true );
 326         const vector<SGMetarCloud> & metarClouds = m->getClouds();
 327         unsigned layerOffset = 0; // Oh, this is ugly!
 328
 329         // fog/mist/haze cloud layer does not work with 3d clouds yet :-(
 330         bool setGroundCloudLayer = _rootNode->getBoolValue("set-ground-cloud-layer", false ) &&
 331               false == (fgGetBool("/sim/rendering/shader-effects", false ) &&
 332                         fgGetBool("/sim/rendering/clouds3d-enable", false ) );
 333
 334         if( setGroundCloudLayer ) {
 335             // create a cloud layer #0 starting at the ground if its fog, mist or haze
 336
 337             // make sure layer actually starts at ground and set it's bottom at a constant
 338             // value below the station's elevation
 339             const double LAYER_BOTTOM_STATION_OFFSET =
 340               fgGetDouble( "/environment/params/fog-mist-haze-layer/offset-from-station-elevation-ft", -200 );
 341
 342             SGMetarCloud::Coverage coverage = SGMetarCloud::COVERAGE_NIL;
 343             double thickness = 0;
 344             double alpha = 1.0;
 345
 346             if( isFG ) { // fog
 347                 coverage = SGMetarCloud::getCoverage( isBC ?
 348                     fgGetString( "/environment/params/fog-mist-haze-layer/fog-bc-2dlayer-coverage", SGMetarCloud::COVERAGE_SCATTERED_STRING ) :
 349                     fgGetString( "/environment/params/fog-mist-haze-layer/fog-2dlayer-coverage", SGMetarCloud::COVERAGE_BROKEN_STRING )
 350                 );
 351
 352                 thickness = isMI ?
 353                    fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/fog-shallow-thickness-ft",30) - LAYER_BOTTOM_STATION_OFFSET : // shallow fog, 10m/30ft
 354                    fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/fog-thickness-ft",500) - LAYER_BOTTOM_STATION_OFFSET; // fog, 150m/500ft
 355                 alpha =  fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/fog-2dlayer-alpha", 1.0);
 356             } else if( isBR ) { // mist
 357                 coverage = SGMetarCloud::getCoverage(fgGetString("/environment/params/fog-mist-haze-layer/mist-2dlayer-coverage", SGMetarCloud::COVERAGE_OVERCAST_STRING));
 358                 thickness =  fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/mist-thickness-ft",2000) - LAYER_BOTTOM_STATION_OFFSET;
 359                 alpha =  fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/mist-2dlayer-alpha",0.8);
 360             } else if( isHZ ) { // haze
 361                 coverage = SGMetarCloud::getCoverage(fgGetString("/environment/params/fog-mist-haze-layer/mist-2dlayer-coverage", SGMetarCloud::COVERAGE_OVERCAST_STRING));
 362                 thickness =  fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/haze-thickness-ft",2000) - LAYER_BOTTOM_STATION_OFFSET;
 363                 alpha =  fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/haze-2dlayer-alpha",0.6);
 364             }
 365
 366             if( coverage != SGMetarCloud::COVERAGE_NIL ) {
 367
 368                 // if there is a layer above the fog, limit the top to one foot below that layer's bottom
 369                 if( metarClouds.size() > 0 && metarClouds[0].getCoverage() != SGMetarCloud::COVERAGE_CLEAR )
 370                     thickness = metarClouds[0].getAltitude_ft() - LAYER_BOTTOM_STATION_OFFSET - 1;
 371
 372                 SGPropertyNode_ptr layerNode = cloudsNode->getChild(LAYER, 0, true );
 373                 layerNode->setDoubleValue( "coverage-type", SGCloudLayer::getCoverageType(coverage_string[coverage]) );
 374                 layerNode->setStringValue( "coverage", coverage_string[coverage] );
 375                 layerNode->setDoubleValue( "elevation-ft", _station_elevation + LAYER_BOTTOM_STATION_OFFSET );
 376                 layerNode->setDoubleValue( "thickness-ft", thickness );
 377                 layerNode->setDoubleValue( "visibility-m", _min_visibility );
 378                 layerNode->setDoubleValue( "alpha", alpha );
 379                 _min_visibility = _max_visibility =
 380                   fgGetDouble("/environment/params/fog-mist-haze-layer/visibility-above-layer-m",20000.0); // assume good visibility above the fog
 381                 layerOffset = 1;  // shudder
 382             }
 383         }
 384
 385         for( unsigned i = 0; i < 5-layerOffset; i++ ) {
 386             SGPropertyNode_ptr layerNode = cloudsNode->getChild(LAYER, i+layerOffset, true );
 387             SGMetarCloud::Coverage coverage = i < metarClouds.size() ? metarClouds[i].getCoverage() : SGMetarCloud::COVERAGE_CLEAR;
 388             double elevation =
 389                 i >= metarClouds.size() || coverage == SGMetarCloud::COVERAGE_CLEAR ?
 390                 -9999.0 :
 391                 metarClouds[i].getAltitude_ft() + _station_elevation;
 392
 393             layerNode->setDoubleValue( "alpha", 1.0 );
 394             layerNode->setStringValue( "coverage", coverage_string[coverage] );
 395             layerNode->setDoubleValue( "coverage-type", SGCloudLayer::getCoverageType(coverage_string[coverage]) );
 396             layerNode->setDoubleValue( "elevation-ft", elevation );
 397             layerNode->setDoubleValue( "thickness-ft", thickness_value[coverage]);
 398             layerNode->setDoubleValue( "span-m", 40000 );
 399             layerNode->setDoubleValue( "visibility-m", 50.0 );
 400         }
 401     }
 402
 403     _rain = m->getRain();
 404     _hail = m->getHail();
 405     _snow = m->getSnow();
 406     _snow_cover = m->getSnowCover();
 407     _metarValidNode->setBoolValue(true);
 408 }
 409
 410 void MetarProperties::setStationId( const std::string & value )
 411 {
 412     set_station_id(simgear::strutils::strip(value).c_str());
 413 }
 414
 415 double MetarProperties::get_magnetic_variation_deg() const
 416 {
 417   return _magneticVariation->get_variation_deg( _station_longitude, _station_latitude, _station_elevation );
 418 }
 419
 420 double MetarProperties::get_magnetic_dip_deg() const
 421 {
 422   return _magneticVariation->get_dip_deg( _station_longitude, _station_latitude, _station_elevation );
 423 }
 424
 425 static inline void calc_wind_hs( double north_fps, double east_fps, int & heading_deg, double & speed_kt )
 426 {
 427     speed_kt = sqrt((north_fps)*(north_fps)+(east_fps)*(east_fps)) * 3600.0 / (SG_NM_TO_METER * SG_METER_TO_FEET);
 428     heading_deg = SGMiscd::roundToInt(
 429         SGMiscd::normalizeAngle2( atan2( east_fps, north_fps ) ) * SGD_RADIANS_TO_DEGREES );
 430 }
 431
 432 void MetarProperties::set_wind_from_north_fps( double value )
 433 {
 434     _wind_from_north_fps = value;
 435     calc_wind_hs( _wind_from_north_fps, _wind_from_east_fps, _base_wind_dir, _wind_speed );
 436 }
 437
 438 void MetarProperties::set_wind_from_east_fps( double value )
 439 {
 440     _wind_from_east_fps = value;
 441     calc_wind_hs( _wind_from_north_fps, _wind_from_east_fps, _base_wind_dir, _wind_speed );
 442 }
 443
 444 static inline void calc_wind_ne( double heading_deg, double speed_kt, double & north_fps, double & east_fps )
 445 {
 446     double speed_fps = speed_kt * SG_NM_TO_METER * SG_METER_TO_FEET / 3600.0;
 447     north_fps = speed_fps * cos(heading_deg * SGD_DEGREES_TO_RADIANS);
 448     east_fps = speed_fps * sin(heading_deg * SGD_DEGREES_TO_RADIANS);
 449 }
 450
 451 void MetarProperties::set_base_wind_dir( double value )
 452 {
 453     _base_wind_dir = value;
 454     calc_wind_ne( (double)_base_wind_dir, _wind_speed, _wind_from_north_fps, _wind_from_east_fps );
 455 }
 456
 457 void MetarProperties::set_wind_speed( double value )
 458 {
 459     _wind_speed = value;
 460     calc_wind_ne( (double)_base_wind_dir, _wind_speed, _wind_from_north_fps, _wind_from_east_fps );
 461 }
 462
 463
 464 } // namespace Environment