郭婷婷， 林冬孝，周貴云

（1.電子科技大學(xué)，四川 成都 611731；2.中海石油管道輸氣有限公司，海南 海口 570105）

中國(guó)臺(tái)風(fēng)早期預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭婷婷1， 林冬孝2，周貴云1

（1.電子科技大學(xué)，四川 成都 611731；2.中海石油管道輸氣有限公司，海南 ?？?570105）

早期臺(tái)風(fēng)信息是促使國(guó)家氣象中心改進(jìn)臺(tái)風(fēng)預(yù)測(cè)機(jī)制和提高臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度的重要基礎(chǔ)資料。國(guó)家氣象中心從1949 年開始就對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，早期臺(tái)風(fēng)信息數(shù)量很多，進(jìn)行全面、統(tǒng)一的臺(tái)風(fēng)信息管理十分困難。臺(tái)風(fēng)早期預(yù)警系統(tǒng)能夠全面展示臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑信息，支持臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，提供早期臺(tái)風(fēng)查詢功能，增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)防災(zāi)減災(zāi)能力。

臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)；臺(tái)風(fēng)路徑動(dòng)態(tài)顯示；歷史臺(tái)風(fēng)查詢

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Web技術(shù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等，并結(jié)合GIS抓取Google行政區(qū)域地圖（或衛(wèi)星地圖、云圖等）技術(shù)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中國(guó)臺(tái)風(fēng)早期預(yù)警系統(tǒng)。該預(yù)警系統(tǒng)支持臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新和下載、數(shù)據(jù)庫(kù)更新與管理、歷史臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑查詢以及臺(tái)風(fēng)路徑動(dòng)態(tài)顯示的Flash效果等功能，以提高臺(tái)風(fēng)防災(zāi)減災(zāi)的能力[1]。

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的正確與合理在很大程度上影響著臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的檢索和預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)。臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)中臺(tái)風(fēng)信息數(shù)據(jù)類型眾多且關(guān)系復(fù)雜，因此需要對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足對(duì)歷史臺(tái)風(fēng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。

本系統(tǒng)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)分為2類，一類是歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)，有txt格式或GIS shape 點(diǎn)文件和線文件；一類是實(shí)時(shí)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)，是CXML文件。預(yù)警系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)是國(guó)家氣象中心的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，它的數(shù)據(jù)源格式為CXML文件。XML 文件是一種可擴(kuò)展標(biāo)志語(yǔ)言, 提供了一個(gè)可擴(kuò)展的、強(qiáng)有力的標(biāo)準(zhǔn)來描述數(shù)據(jù), 使得數(shù)據(jù)可以在各種應(yīng)用程序中使用或在不同平臺(tái)、不同應(yīng)用中交換[2]。XML 文件中需要解譯的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的字段名稱和數(shù)據(jù)類型如表1所示。

臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)還包括臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)[3]，它根據(jù)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的大小確定預(yù)警系統(tǒng)中不同臺(tái)風(fēng)在不同時(shí)刻強(qiáng)度變化的顯示顏色。臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)中臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)表[4]的設(shè)計(jì)如表2所示。用戶可以根據(jù)臺(tái)風(fēng)在不同預(yù)報(bào)時(shí)刻點(diǎn)的顏色信息判斷臺(tái)風(fēng)等級(jí)，因此對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度顏色數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。根據(jù)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度大小可以把臺(tái)風(fēng)分為強(qiáng)度未知、熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)7種類型。

表1 字段名稱和數(shù)據(jù)類型列表

表2 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)列表

2 系統(tǒng)功能與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)歷史臺(tái)風(fēng)路徑信息查詢與瀏覽、臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新與顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)更新與管理以及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的顯示[5]。本系統(tǒng)的功能模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊示意圖

2.1 臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示子系統(tǒng)

在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示子系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)獲取國(guó)家氣象中心和歐洲天氣預(yù)報(bào)中心的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)文件，并將其解譯到數(shù)據(jù)庫(kù)，便于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。該子系統(tǒng)還提供了顯示實(shí)時(shí)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的下載進(jìn)度以及下載列表的功能，便于用戶直觀查看下載的數(shù)據(jù)列表。該子系統(tǒng)還包括實(shí)時(shí)臺(tái)風(fēng)路徑動(dòng)態(tài)顯示的Flash效果功能，展示當(dāng)前臺(tái)風(fēng)發(fā)生、發(fā)展的整個(gè)過程。臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)下載進(jìn)度以及下載列表如圖2所示。

圖2 臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)下載進(jìn)度以及下載列表示意圖

1403號(hào)臺(tái)風(fēng)“法茜”的移動(dòng)路徑動(dòng)態(tài)顯示的Flash效果如圖3。系統(tǒng)選擇的底圖是衛(wèi)星地圖，用戶可以很方便地在圖例中查詢當(dāng)前臺(tái)風(fēng)發(fā)生的時(shí)間、移動(dòng)過程、中心氣壓、最大風(fēng)速、強(qiáng)度等級(jí)、風(fēng)力大小、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向、七級(jí)風(fēng)圈半徑、十級(jí)風(fēng)圈半徑以及最大風(fēng)速半徑等信息。

2.2 歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)查詢與檢索子系統(tǒng)

圖3 “法茜”移動(dòng)路徑Flash效果圖

該子系統(tǒng)用于歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的查詢與檢索，用戶能夠加載任意臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)并將其進(jìn)行顯示。系統(tǒng)提供臺(tái)風(fēng)發(fā)生的年份和臺(tái)風(fēng)名稱2個(gè)關(guān)鍵字查詢功能，用戶可以對(duì)歷史臺(tái)風(fēng)進(jìn)行查詢與檢索，且還提供了查詢與當(dāng)前臺(tái)風(fēng)相似臺(tái)風(fēng)信息檢索的功能。

2.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

該子系統(tǒng)應(yīng)用ASP．NET架構(gòu)的C/S模式[6]，將各年份的臺(tái)風(fēng)歷史數(shù)據(jù)信息通過后臺(tái)進(jìn)行處理，并將實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以保證臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性以及實(shí)時(shí)性。當(dāng)最近1 a的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)更新完畢時(shí)，該子系統(tǒng)把這些數(shù)據(jù)信息自動(dòng)添加到歷史臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)，更新歷史臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)的臺(tái)風(fēng)信息。系統(tǒng)運(yùn)行的服務(wù)端采用的操作系統(tǒng)為Windows 2000/2003 /XP/7；數(shù)據(jù)庫(kù)為SQLServer；C#環(huán)境為Visual Studio、．NET Framework；Web服務(wù)器為IIS；CPU建議2．4 G以上；內(nèi)存至少1 G?？蛻舳瞬捎玫牟僮飨到y(tǒng)為Win XP/7；瀏覽器Microsoft IE 6．0或以上版本；內(nèi)存建議至少512 M。歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)查詢與檢索子系統(tǒng)的界面如圖4所示。

圖4 歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)查詢與檢索子系統(tǒng)的界面顯示圖

2.2.2 主要功能

該子系統(tǒng)提供歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的查詢與檢索、臺(tái)風(fēng)加載、臺(tái)風(fēng)各個(gè)參數(shù)的顯示（如經(jīng)度、緯度、風(fēng)圈（多邊形或圓，考慮風(fēng)圈等級(jí)可自己調(diào)整）、中心點(diǎn)顏色（與中心氣壓差有關(guān)））等功能，實(shí)現(xiàn)不同臺(tái)風(fēng)名稱相同年份以及相同臺(tái)風(fēng)名稱不同年份的橫向與縱向?qū)Ρ龋瑸榕_(tái)風(fēng)路徑研究機(jī)構(gòu)提供大量的、直觀的歷史臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)資料。歷史臺(tái)風(fēng)查詢檢索關(guān)鍵字包括按年份搜索結(jié)果和按名稱搜索結(jié)果2種。根據(jù)臺(tái)風(fēng)委員會(huì)對(duì)西北太平洋臺(tái)風(fēng)的命名規(guī)則，臺(tái)風(fēng)名稱在不同年份是可以相同的。因此該子系統(tǒng)在以臺(tái)風(fēng)名稱為關(guān)鍵字進(jìn)行檢索時(shí)，可以查詢到所有不同年份相同名稱的臺(tái)風(fēng)信息，并能將這些臺(tái)風(fēng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，方便臺(tái)風(fēng)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)相同臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展的規(guī)律。如圖5所示，用戶可以根據(jù)不同年份的臺(tái)風(fēng)編號(hào)以及不同的臺(tái)風(fēng)名稱等信息對(duì)指定的臺(tái)風(fēng)進(jìn)行檢索，檢索完成后并將其加載在Google地圖中，實(shí)現(xiàn)歷史臺(tái)風(fēng)的動(dòng)態(tài)顯示功能。

圖5 歷史臺(tái)風(fēng)按年份搜索查詢界面示意圖

該子系統(tǒng)提供臺(tái)風(fēng)顯示列表功能，包括臺(tái)風(fēng)顯示編號(hào)和名稱列表、臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)顯示和刪除列表以及臺(tái)風(fēng)發(fā)生發(fā)展的時(shí)間、最大風(fēng)速、風(fēng)力等級(jí)和中心氣壓顯示列表。用戶可以根據(jù)臺(tái)風(fēng)顯示列表，查看當(dāng)前顯示臺(tái)風(fēng)的具體信息，并對(duì)選中臺(tái)風(fēng)進(jìn)行刪除、隱藏等操作。該子系統(tǒng)臺(tái)風(fēng)顯示列表功能模塊如圖6所示。

2.3 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)

圖6 臺(tái)風(fēng)顯示列表功能模塊示意圖

1）地圖投影和臺(tái)風(fēng)路徑坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。利用ArcGIS Engine自帶的接口，完成臺(tái)風(fēng)路徑信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，同時(shí)通過控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)柵格數(shù)據(jù)的投影。

2）地圖數(shù)據(jù)獲取。系統(tǒng)使用GIS平臺(tái)的工具，把Google地圖加載到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并將臺(tái)風(fēng)路徑疊加在底圖之上。臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)底圖包括云圖、降雨、行政區(qū)域地圖、地形以及衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖。

3）臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)的基本操作。臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，保證用戶管理人員對(duì)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)更改。臺(tái)風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)的基本操作包括地圖的放大、縮小、平移、全屏顯示、底圖切換、經(jīng)緯度顯示以及地圖測(cè)距功能的實(shí)現(xiàn)，用戶通過這些功能實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)警顯示界面的基本操作。

3 結(jié) 語(yǔ)

臺(tái)風(fēng)早期預(yù)警系統(tǒng)能夠?yàn)檎畽C(jī)關(guān)、氣象機(jī)構(gòu)等部門的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急指揮提供實(shí)時(shí)顯示平臺(tái)，并為臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)信息發(fā)布提供有效的渠道，較好地滿足氣象部門對(duì)實(shí)時(shí)臺(tái)風(fēng)以及歷史臺(tái)風(fēng)研究的需要。對(duì)大型臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)信息查詢以及開發(fā)其他行業(yè)的預(yù)警系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的示范和借鑒意義[7]。

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P208

B

1672-4623（2015）02-0006-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.003

郭婷婷，碩士，研究方向?yàn)檫b感圖像處理。

2014-03-13。

項(xiàng)目來源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41371341）。