摘要:航空氣象預(yù)報(bào)對實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確行要求都非常高，該文針對實(shí)際的氣象報(bào)文數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象圖形圖像學(xué)理論、氣象圖形和空間地理信息進(jìn)行綜合分析，設(shè)計(jì)出一種可以根據(jù)氣象圖形分類編碼的自動(dòng)生成氣象預(yù)告圖的預(yù)報(bào)平臺(tái)，同時(shí)對該系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較詳細(xì)的分析和探討，并給出了一個(gè)參考實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:氣象圖形學(xué);分類編碼;空間地理信息;航空氣象預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào):TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2009)15-3930-02

Design and Realization of An Automatic Producing Meteorology Graphic System Based on Sorting and Coding Graphic Data

JI Hui-jing1， MA Jun2， SHEN Lin2

(1.Kindergarten training school of Xinxiang， Weihui 453100， China; 2.College of Computer and Information Engineering， Henan University， Kaifeng 475004， China)

Abstract: Aeronautical Meteorology predict is more and more forcusing on real-time and accuracy today. By analysis meteorological data， meteorological image and space geographic information， especially to theory of meteorological computer graphics design an automatic producing meteorology graphic system. This paper discussed main parts in detail and gives a referece implementation.

Key words: meteorological graphics; sort-code; integrated geographic information; aviation weather forecast

1 引言

氣象信息是地理信息的重要組成部分，其時(shí)空特性，決定能否及時(shí)、準(zhǔn)確的生產(chǎn)出氣象圖形圖像，對我國的航海、航空事業(yè)的發(fā)展有著重要意義。在實(shí)際的科學(xué)計(jì)算中，由計(jì)算機(jī)繪制的地理信息底圖是經(jīng)過地理坐標(biāo)投影變換得到的[1]。地理信息底圖在輸出窗口的每一個(gè)像素坐標(biāo)點(diǎn)都精確的對應(yīng)一個(gè)地理經(jīng)緯度。這就與傳統(tǒng)的手動(dòng)填圖方式:由填圖人員參照數(shù)據(jù)庫中氣象報(bào)文數(shù)據(jù)和在地理信息底圖上目測大概地理的范圍，用鼠標(biāo)或輸入筆在這張地圖上手動(dòng)填圖產(chǎn)生矛盾。由這種手動(dòng)方式繪制的氣象預(yù)告圖與實(shí)際的天氣方位往往會(huì)出入很大，而且制圖效率也不高。

本文所介紹的氣象預(yù)告圖自動(dòng)生成系統(tǒng)，針對解決傳統(tǒng)手動(dòng)方式的弊端而設(shè)計(jì)，把氣象數(shù)據(jù)和空間地理信息有機(jī)的結(jié)合在一起，適用于雷暴、熱帶氣旋 、大范圍的沙暴以及突發(fā)性暴雨等重要天氣的及時(shí)訂正預(yù)報(bào)和跟蹤服務(wù)。對分析氣象的發(fā)生發(fā)展變化規(guī)律，提高氣象預(yù)報(bào)的工作質(zhì)量及自動(dòng)化水平有重要意義[2]。

2 氣象預(yù)告圖自動(dòng)生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

1) 對地球表面進(jìn)行劃分。將全球分為4塊，分別為:北半球——東半球、北半球——西半球、南半球——東半球和南半球——西半球。

2) 根據(jù)地理經(jīng)緯度坐標(biāo)的特點(diǎn)，再將每一個(gè)分塊細(xì)分成180×90 的經(jīng)緯度網(wǎng)格，使得該網(wǎng)格對應(yīng)于一個(gè)180×90的矩陣。矩陣中每一個(gè)元素ai，j對應(yīng)于一個(gè)地理坐標(biāo)的經(jīng)緯網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，每兩個(gè)相鄰地理網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的徑向和緯向格距僅為1。

3) 把每一個(gè)經(jīng)緯網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)，對采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值、編碼，然后存入這個(gè)180×90的矩陣中。這也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。

氣象預(yù)告圖自動(dòng)生成系統(tǒng)流程如圖1所示。

3 氣象預(yù)告圖自動(dòng)生成系統(tǒng)的核心技術(shù)

3.1 將氣象符號(hào)的表示方式按圖形分類編碼存儲(chǔ)

這類天氣描述:根據(jù)峰的類型給每一個(gè)經(jīng)緯網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)編碼，然后在各個(gè)線條上任取一點(diǎn)作為的種子節(jié)點(diǎn)存放在報(bào)文的首行，對無線條標(biāo)志的經(jīng)緯網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)用零插值，最后把插值的結(jié)果存放在180×90矩陣中。

3) 區(qū)域型。如:積雨云、非積雨云。

這類天氣描述:先將采樣后的數(shù)據(jù)根據(jù)云狀、云量進(jìn)行編碼，然后把各個(gè)云區(qū)高度層代號(hào)和云區(qū)的任一經(jīng)緯網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)作為種子存放在報(bào)文的首行，對無云區(qū)的經(jīng)緯格點(diǎn)插值補(bǔ)零，最后把插值的結(jié)果存放在180×90的矩陣中。

這樣就把一定時(shí)效和地理空間范圍內(nèi)的所有氣象圖形數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)于3個(gè)180×90經(jīng)緯網(wǎng)格矩陣中，實(shí)現(xiàn)了分類存儲(chǔ)。圖2是區(qū)域型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意。

圖2中經(jīng)緯網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的不同數(shù)據(jù)類型用大小、形狀不同黑點(diǎn)表示。

1) 邊界種子節(jié)點(diǎn)識(shí)別算法(以區(qū)域型為例):

從報(bào)文首行取出種子點(diǎn)，對經(jīng)緯網(wǎng)格矩陣按照徑向和緯向進(jìn)行掃描，如果如果種子點(diǎn)不是四連通，就把種子節(jié)點(diǎn)直接作為邊界種子節(jié)點(diǎn)，并記錄掃描的方向，算法轉(zhuǎn)入步驟b;

否則就把緯向的右(左)鄰節(jié)點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)，重新掃描。

2) 基于邊界種子節(jié)點(diǎn)的邊界識(shí)別掃描算法:

從邊界種子節(jié)點(diǎn)的上一次掃描方向出發(fā)，順時(shí)針(或逆時(shí)針)掃描直至發(fā)現(xiàn)第一個(gè)鄰接點(diǎn)為止。

如果邊界數(shù)組的隊(duì)頭節(jié)點(diǎn)不等于該節(jié)點(diǎn)，將該鄰接點(diǎn)加入到邊界數(shù)組中，記錄本次掃描的方向，將該節(jié)點(diǎn)作為下一次掃描的邊界種子節(jié)點(diǎn)，算法轉(zhuǎn)入步驟b;

否則退出循環(huán)，邊界識(shí)別結(jié)束。

3.3 繪制地理信息底圖

Mercator(麥卡托)投影，即等角正切圓柱投影--多用于赤道和低緯地區(qū)，在地圖上具有保持方向和角度正確的優(yōu)點(diǎn)，所以墨卡托投影地圖常用作航海圖和航空圖底圖。上圖2的矩形網(wǎng)格就是由地理空間的經(jīng)緯線經(jīng)過Mercator投影投影變形得到[4]。

Mercator投影計(jì)算:取零子午線或自定義原點(diǎn)經(jīng)線(L0)與赤道交點(diǎn)的投影為原點(diǎn)，零子午線或自定義原點(diǎn)經(jīng)線的投影為縱坐標(biāo)X軸，赤道的投影為橫坐標(biāo)Y軸，構(gòu)成墨卡托平面直角坐標(biāo)系。

墨卡托投影正解公式:(B，L)→(X，Y)，標(biāo)準(zhǔn)緯度B0，原點(diǎn)緯度0，原點(diǎn)經(jīng)度L0

3.4 繪制氣象預(yù)告圖

利用Mercator投影正解轉(zhuǎn)換公式，將掃描經(jīng)緯網(wǎng)格所得的邊界數(shù)組中的邊界節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)

換成直角坐標(biāo)點(diǎn)，然后根據(jù)氣象符號(hào)的類型用相應(yīng)曲線或扇形線順次連接這些離散的直角坐標(biāo)點(diǎn)。同樣也可以利用反解公式對氣象圖像中對氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行反演跟蹤[5]。

4 結(jié)束語

航運(yùn)氣象預(yù)告圖現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于氣象服務(wù)和科研工作中，隨著衛(wèi)星、雷達(dá)等大量的氣象數(shù)據(jù)資料的出現(xiàn)，各種智能化預(yù)報(bào)系統(tǒng)的開發(fā)也就越來越成為時(shí)代的需求，但是氣象圖形圖像的計(jì)算機(jī)顯示應(yīng)用處理卻是一個(gè)復(fù)雜的圖形圖像處理過程。

本系統(tǒng)在解決傳統(tǒng)手動(dòng)繪圖的各種弊端基礎(chǔ)上，對氣象圖形圖像的數(shù)據(jù)描述、邊界識(shí)別和自動(dòng)繪制進(jìn)行了比較全面的分析、設(shè)計(jì)，把氣象數(shù)據(jù)與空間地理信息更緊密的結(jié)合在一起[6]。提高了利用氣象數(shù)據(jù)資料繪制氣象圖形效率，有力地輔助了天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測工作。同時(shí)把該氣象預(yù)告圖與衛(wèi)星云圖結(jié)合，在航運(yùn)等重要天氣預(yù)報(bào)服務(wù)中，更準(zhǔn)確的判斷中尺度天氣系統(tǒng)的強(qiáng)弱變化，并做出精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)。使得氣象預(yù)報(bào)在監(jiān)測災(zāi)害性天氣變化中比以往制圖更加快捷、準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn):

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