，，，

(1.集美大學(xué) 航海學(xué)院，福建 廈門 361021；2.中國(guó)科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長(zhǎng)春 130012)

熱帶氣旋是對(duì)流層中最強(qiáng)大的風(fēng)暴系統(tǒng)，對(duì)航海安全威脅最大。當(dāng)船舶航行的海區(qū)有熱帶氣旋出現(xiàn)時(shí)，船舶駕駛員要隨時(shí)根據(jù)最新氣象報(bào)告在海圖上對(duì)熱帶氣旋的位置和移動(dòng)進(jìn)行標(biāo)繪和量算，為避抗臺(tái)風(fēng)提供依據(jù)。這種傳統(tǒng)的標(biāo)繪在海圖上只能標(biāo)出熱帶氣旋的位置和移動(dòng)路徑，航行在海上的船舶，要隨時(shí)掌握本船和熱帶氣旋的距離、方位以及臺(tái)風(fēng)大風(fēng)范圍等信息，這些信息在小比例尺海圖上進(jìn)行標(biāo)繪和量算比較麻煩，也有一定的誤差；用公式進(jìn)行計(jì)算既麻煩又費(fèi)時(shí)。針對(duì)船上避抗臺(tái)風(fēng)的實(shí)際需要，筆者應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)西北太平洋熱帶氣旋顯示系統(tǒng)和標(biāo)繪軟件[1]。

1 軟件的開發(fā)

1.1 開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)選用Browser/Server結(jié)構(gòu)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server2000，客戶端以Windows 2000/XP操作系統(tǒng)作為西北太平洋熱帶氣旋顯示系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，GIS控件MapObjects作為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，Microsoft Visual Basic 6.0作為系統(tǒng)開發(fā)工具。利用MapObjects支持的空間數(shù)據(jù)引擎ADO引擎，將MapObjects作為一個(gè)對(duì)象使用，將其嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)用對(duì)象的方法和設(shè)置其屬性實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能[2-3]。

1.2 開發(fā)過(guò)程

軟件開發(fā)主要分為2個(gè)部分：制作西北太平洋簡(jiǎn)易電子海圖和開發(fā)功能模塊，流程見圖1。

圖1 船用西北太平洋熱帶氣旋顯示和標(biāo)繪系統(tǒng)開發(fā)框

1.2.1 簡(jiǎn)易電子海圖的制作

用于熱帶氣旋顯示的西北太平洋簡(jiǎn)易電子海圖只需要海岸線和港口信息，主要側(cè)重于我國(guó)近海。筆者選擇海軍航保部MVCF標(biāo)準(zhǔn)電子海圖C101(中國(guó)海區(qū)及相鄰海區(qū))和C102(中國(guó)海區(qū))2幅；應(yīng)用ArcMap軟件提取的海岸線和主要港口地理坐標(biāo)；使用Arcview軟件將海岸線和主要港口地理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；選用墨卡托投影，形成簡(jiǎn)易電子海圖[4]；將它作為系統(tǒng)的背景海圖，再加注港口標(biāo)注(地名)、10°經(jīng)緯網(wǎng)、5°經(jīng)緯網(wǎng)和1°經(jīng)緯網(wǎng)等圖層數(shù)據(jù)。

1.2.2 開發(fā)功能模塊

選擇VB6.0作為開發(fā)工具，開發(fā)顯示模塊、測(cè)量模塊和推算模塊3個(gè)功能模塊。

1) 顯示模塊。該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的基本模塊，具有以下功能：

(1) 顯示鼠標(biāo)在電子海圖上的地理坐標(biāo)。

(2) 根據(jù)天氣報(bào)告輸入熱帶氣旋的相關(guān)參數(shù)后，在電子海圖上顯示出來(lái)。顯示內(nèi)容包括時(shí)間、熱帶氣旋中心位置、定位誤差圓、移動(dòng)路徑和30、50 kn大風(fēng)圈。

(3) 在輸入船舶的相關(guān)參數(shù)后顯示時(shí)間、船位和航跡。

(4) 輸入轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置后顯示計(jì)劃航線。

(5) 顯示測(cè)量模塊和推算模塊的結(jié)果。

2) 測(cè)量模塊。該模塊具有2個(gè)量算功能：

(1)在電子海圖上量算兩點(diǎn)之間恒向線的距離和方位。這是該模塊的基本功能，主要用于量算熱帶氣旋和船舶之間的距離，為進(jìn)行回避臺(tái)風(fēng)決策提供依據(jù)，也可以用于西北太平洋航線的輔助計(jì)算和設(shè)計(jì)。

(2)在電子海圖上量算多點(diǎn)間的總距離。這是該軟件的輔助功能，可用于航線的輔助計(jì)算和設(shè)計(jì)。

3) 推算模塊。是本系統(tǒng)的輔助模塊，它的功能是在給出推算時(shí)間后，根據(jù)最近時(shí)間的移速和移向用恒向線公式計(jì)算未來(lái)熱帶氣旋和船舶的位置。

最后以MapObject作為控件，將西北太平洋簡(jiǎn)易電子海圖和3個(gè)功能模塊加入其中進(jìn)行組裝，就完成了西北太平洋熱帶氣旋顯示和標(biāo)繪系統(tǒng)軟件。

1.3 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

1.3.1 熱帶氣旋顯示及預(yù)測(cè)

系統(tǒng)根據(jù)熱帶氣旋的天氣報(bào)文內(nèi)容在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立熱帶氣旋數(shù)據(jù)表，每個(gè)熱帶氣旋對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)表，其參數(shù)項(xiàng)包括：

編號(hào)，名字，定位時(shí)間，強(qiáng)度(從熱帶低壓TD、熱帶風(fēng)暴TS、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴STS、臺(tái)風(fēng)T和消亡5項(xiàng)中選1)，中心位置(緯度、經(jīng)度)，移向，移速，近中心最大風(fēng)速，定位誤差(選擇20或40 n mile)，50 kn大風(fēng)圈半徑(西北半圓、東北半圓、西南半圓和東南半圓)，30 kn大風(fēng)圈半徑(西北半圓、東北半圓、西南半圓和東南半圓)。

使用者可根據(jù)顯示內(nèi)容的需要有選擇地輸入?yún)?shù)。參數(shù)錄入完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)建立相應(yīng)的矢量圖層[5]。

根據(jù)熱帶氣旋中心位置及強(qiáng)度，在熱帶氣旋圖層上顯示熱帶氣旋的位置與移動(dòng)路徑，在熱帶氣旋起始位置旁邊標(biāo)注熱帶氣旋的編號(hào)，其他位置旁邊標(biāo)注定位時(shí)間。系統(tǒng)可以在熱帶氣旋中心位置處繪制以定位誤差為半徑的定位誤差圓[6]。

根據(jù)熱帶氣旋的50 kn大風(fēng)圈半徑與30 kn大風(fēng)圈半徑屬性值，以該時(shí)刻熱帶氣旋地理位置為中心，分別繪制西北半圓、東北半圓、西南半圓和東南半圓大風(fēng)圈。

熱帶氣旋的預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)是根據(jù)最近時(shí)間熱帶氣旋位置、移向、移速和輸入的預(yù)測(cè)時(shí)間，用恒向線公式計(jì)算預(yù)測(cè)的位置，預(yù)測(cè)位置用圓形符號(hào)標(biāo)注，預(yù)測(cè)路徑用虛線顯示[7]。

1.3.2 船舶顯示及預(yù)測(cè)

系統(tǒng)根據(jù)船舶的相關(guān)信息在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立船舶數(shù)據(jù)表，每艘船每個(gè)航次對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)表，其參數(shù)項(xiàng)包括船名，時(shí)間，船舶位置(緯度、經(jīng)度)，航向，航速。

使用者可根據(jù)顯示內(nèi)容的需要有選擇地輸入船舶參數(shù)。1、2、2 1)中的(1)、(2)和(3)必須輸入，用于顯示船舶的位置和航跡。(4)和(5)用于推算船舶的移動(dòng)。

根據(jù)船舶的位置及定位時(shí)間，在船舶圖層上顯示船舶位置與航線。系統(tǒng)在第一個(gè)船位點(diǎn)旁標(biāo)注船名，其他船位點(diǎn)旁標(biāo)注時(shí)間。

根據(jù)最近時(shí)間船舶位置、航向和航速，系統(tǒng)用恒向線公式計(jì)算預(yù)測(cè)時(shí)刻船舶的位置，預(yù)測(cè)位置用紅色三角形符號(hào)標(biāo)注，預(yù)測(cè)航線用虛線顯示。

計(jì)劃航線顯示的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)利用轉(zhuǎn)向點(diǎn)編號(hào)和轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置(緯度、經(jīng)度)參數(shù)實(shí)施控制，順次連接轉(zhuǎn)向點(diǎn)進(jìn)行顯示并標(biāo)注轉(zhuǎn)向點(diǎn)編號(hào)，計(jì)劃航線用虛線顯示[8]。

1.3.3 距離與方位的測(cè)量

根據(jù)恒向線公式，利用系統(tǒng)獲取的起始點(diǎn)和到達(dá)點(diǎn)的經(jīng)緯度地理坐標(biāo)，獲取2點(diǎn)間的距離和方位，以及多點(diǎn)間的總距離。

2 應(yīng)用

在2006年9月7日～10月23日，筆者在廣海華光輪帶學(xué)生海上實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)航線為我國(guó)沿海南北線。實(shí)習(xí)期間，西北太平洋出現(xiàn)過(guò)0613SHANSHAN(珊珊)、0614YAGI(摩羯)、0615XANGSHEN(象神)、0616BEBINCA(貝碧嘉)、0617RUMBIA(溫比亞)和0618 SOULIK(蘇力)共6個(gè)熱帶氣旋。這些熱帶氣旋與華光輪距離很遠(yuǎn)，未造成任何影響，距離最近的一次是在9月12日與0613“珊珊”距離約650 n mile。對(duì)于每一個(gè)熱帶氣旋都使用本軟件進(jìn)行了標(biāo)繪和測(cè)量，取得了很好的效果，最有實(shí)際意義的是對(duì)0613“珊珊”的標(biāo)繪和測(cè)量。

華光輪2006年9月9日上午0830從廣州黃埔新港起航，目的港錦州。9月10日進(jìn)入臺(tái)灣海峽后，因受冷高壓影響，風(fēng)浪很大。9月11日在臺(tái)灣海峽北部，風(fēng)浪進(jìn)一步加大，在牛山島附近海域白天船舶幾乎不動(dòng)，船舶橫搖15°，縱傾嚴(yán)重，螺旋槳時(shí)常打飛車造成船舶劇烈振動(dòng)。傍晚船長(zhǎng)決定調(diào)頭，到興華灣錨地避風(fēng)。在日本東京臺(tái)9月11日0600Z(北京時(shí)間14：00)地面分析圖上，0613號(hào)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)“珊珊”出現(xiàn)，預(yù)計(jì)第2天會(huì)加強(qiáng)成為臺(tái)風(fēng)，當(dāng)時(shí)“珊珊”的位置在18.5°N、133.7°E，距離興華灣錨地近900 n mile。從當(dāng)時(shí)天氣圖判斷，大陸冷高壓和海上的副熱帶高壓會(huì)合并，未來(lái)兩三天“珊珊”會(huì)西移，影響到臺(tái)灣以東地區(qū)。收到傳真圖后，立即用本軟件對(duì)0613“珊珊”和華光輪進(jìn)行標(biāo)繪。船長(zhǎng)和駕駛員會(huì)商后，根據(jù)0613“珊珊”未來(lái)移動(dòng)判斷和標(biāo)繪的結(jié)果，決定第2天早立即北上。

9月12日早上華光輪離開興華灣錨地北上，于9月16日早上5點(diǎn)靠錦州港。筆者不斷根據(jù)最新的天氣報(bào)告對(duì)0613“珊珊”和華光輪航線進(jìn)行標(biāo)繪，掌握0613“珊珊”和華光輪的動(dòng)態(tài)。0613“珊珊”在9月14日1200Z前一直西行，隨后開始在臺(tái)灣以東轉(zhuǎn)向，至16日0000Z轉(zhuǎn)向東北，以后移向不變，移到日本海并最終變性為溫帶氣旋。華光輪在9月12日1800Z與0613“珊珊”的距離最近，大約650n mile。在14日1200Z華光輪已經(jīng)到達(dá)黃海中部，與臺(tái)風(fēng)距離900多n mile。16日0613“珊珊”在臺(tái)北以東完成轉(zhuǎn)向時(shí)，華光輪已經(jīng)靠錦州港。19日華光輪在錦州裝貨后啟航，0613“珊珊”已經(jīng)進(jìn)入日本海。

3 結(jié)束語(yǔ)

船用西北太平洋熱帶氣旋顯示和標(biāo)繪系統(tǒng)是針對(duì)船舶海上回避臺(tái)風(fēng)的實(shí)際需要開發(fā)的，在進(jìn)行熱帶氣旋標(biāo)繪和量算時(shí)極為方便和快捷，可以為船舶防抗臺(tái)風(fēng)提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)，替代駕駛員人工標(biāo)繪和量算，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。GIS技術(shù)在各個(gè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用，但在航海氣象領(lǐng)域應(yīng)用不多。本軟件的開發(fā)是在這方面做一個(gè)初步的嘗試，還需要在以后的實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善。

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