李佳芮　莫磊　宋曉波

摘 要：本文將可視化技術運用到中國近海潮流預報中，建立了可視化平臺，基于開發(fā)語言Visual C#，通過MSChart控件及Matlab工具箱的使用，實現了對中國近海潮流預報結果靜態(tài)曲線圖的繪制以及整個計算區(qū)域上潮流場和潮位場的動態(tài)演示。潮流預報可視化平臺的建立，簡化了預報計算的操作過程，將離散的數據用圖像和動畫的形式使預報結果更加直觀的呈現。

關鍵詞：中國近海；潮流預報；可視化技術

中圖分類號：U612.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）09-0047-03

各類水運工程的建設中往往產生大量數據，這些離散的數據若不加以處理和圖形化，則很難讓人得到直觀的理解和判斷。很多工程建設時都需要進行潮流情況的分析和預測，從而需要對大量的實測數據以及計算數據進行處理、分析和總結。比如潮流數值模型預報，其計算結果是大量離散數據，用傳統的處理方法往往需要耗費大量的時間和人力。因此，將可視化技術運用到中國近海潮流預報中，通過建立可視化的系統平臺，可以將預報結果方便、直觀的進行展示，使得潮汐、潮流的運動變化過程一目了然，這是傳統的數據分析手段所不可比擬的。本文在中國近海區(qū)域的預報模型的基礎上，討論了基于MSchart控件和Matlab工具箱對計算結果實現可視化的方法。

1 系統模型設計

潮流計算的可視化軟件主要由以下三部分組成： ①前處理系統——用于對數據資料進行輸入和處理；②核心計算部分——建立數學模型，計算出計算區(qū)域內預報時間段內的潮汐、潮流情況；③后處理部分——對核心程序的計算結果進行處理，生成易于被工程技術人員理解的圖表或動態(tài)文件。本系統的系統模型如圖1所示：

本系統首先建立了中國近海區(qū)域潮流預報模型，可以計算出區(qū)域內潮汐、潮流連續(xù)五天的預報結果。在可視化系統功能的設計上，首先從空間的查詢方式上劃分為整個中國近海區(qū)域上場的演示和重要港口各站點的演示兩類，然后再進一步從內容上分為潮汐場、潮流場、站位潮位和站位潮流，最終通過靜態(tài)圖及動畫的形式實現潮汐和潮流的可視化?？梢暬δ茉O計結構框圖如圖2所示：

2 可視化的實現

潮流預報可視化系統通過MSChart控件及Matlab工具箱的使用，結合開發(fā)摘 要：本文將可視化技術運用到中國近海潮流預報中，建立了可視化平臺，基于開發(fā)語言Visual C#，通過MSChart控件及Matlab工具箱的使用，實現了對中國近海潮流預報結果靜態(tài)曲線圖的繪制以及整個計算區(qū)域上潮流場和潮位場的動態(tài)演示。潮流預報可視化平臺的建立，簡化了預報計算的操作過程，將離散的數據用圖像和動畫的形式使預報結果更加直觀的呈現。

關鍵詞：中國近海；潮流預報；可視化技術

中圖分類號：U612.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）09-0047-03語言Visual C#，在Visual Studio.NET開發(fā)平臺上實現了計算結果的可視化。

2.1 基于MSchart控件的靜態(tài)可視化實現

ActiveX 控件（又稱OCX）基于COM技術，作為獨立的軟件模塊，它可以在任何程序設計語言中插入使用。MSChart控件正是這樣一個ActiveX控件。它是一個完全由程序控制的圖形控件，支持所有主要的圖表類型，在很多領域的可視化系統開發(fā)中都得到了應用。

通過對控件各屬性的設置和調用，實現了預報結果靜態(tài)曲線圖的繪制。由于潮位、流速和流向的顯示方式類似，因此以潮位預報數據為例，其主要的數據顯示及圖表顯示樣式屬性設計代碼如下：

chart22.Series["潮位"].ChartType=SeriesChartType.Spline； //設置顯示類型為平滑曲線//綁定數據點集合，T2為時間數組， W2為潮位數組

chart22.Series["潮位"].Points.DataBindXY（T2， W2） ；

chart22.ChartAreas["ChartArea1"].AxisX.Interval = 25； //設置X軸間隔

chart22.ChartAreas["ChartArea1"].AxisX.Title = "日期（y-m-d）"；//設置橫坐標顯示標題

chart22.ChartAreas["ChartArea1"].AxisY.Title = "潮位（m）"； //設置縱坐標顯示標題

圖3即為“海口”站的潮位預報結果和潮流的展示效果圖。

2.2 基于Matlab工具集的動態(tài)可視化實現

基于MATLAB工具箱實現對潮位場和潮流場預報結果的動態(tài)可視化。Matlab由美國MathWorks公司開發(fā)推出，是當今國際科學界最具有影響力，也是最有活力的軟件之一。它提供了強大的圖形表達功能，可以用簡單的命令方便地繪制二維、三維圖形，尤其是在計算流體力學中，經常涉及到等值線以及速度、壓力的分布，速度的矢量合成圖等，已經廣泛的使用于各領域的可視化軟件開發(fā)中。

GUIDE即圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境（Graphical User Interface Development Environment），是一套MATLAB工具集，它主要由七部分組成：版面設計器、屬性編輯器、菜單編輯器、調整工具、對象瀏覽器、Tab順序編輯器、M文件編輯器。首先對版面進行設計，同時在M文件編輯器中進行用戶操作命令的后臺程序編寫。在程序應用中還用到matlab中的偏微分方程（PDE）工具箱，PDE工具箱集偏微分方程的求解及圖形可視化一體，其包括對有限差分網格及無結構網格進行處理的內部函數。本系統的數值計算結果是采用三角形網格，因此主要應用pdeplot對潮位場進行繪圖，而潮流場繪制采用插值后的數據，由quiver命令實現，最后通過movie2avi制作成動畫文件。

主要的M文件代碼如下：

quiver（p（1，：），p（2，：），v（1，：），v（2，：），2.5） //潮流場的繪制

pdeplot（p，[]，t，'xydata'，ele，'mesh'，'off'，'contour'，'on'，'colormap'，'jet'）； //潮位場的繪制

movie2avi（M，'mov2'，'compression'，'none'，'fps'，fps） //動畫的制作

當實現了圖像和動畫的制作后，通過windows media player 控件調用動畫文件并最終在界面上演示。潮位場的演示中通過不同的顏色表征潮位的大小。在潮流場的演示中，綠色表示大陸，流速大小和方向通過矢量箭頭的長短和方向表示，動畫演示畫面如圖4、圖5所示：

3 小結

隨著海洋開發(fā)強度的增加和計算及技術的發(fā)展，可視化技術逐漸成為海洋工程發(fā)展的一個重要的現代化研究工具和手段。本文針對中國近海范圍為（13°～50°N ；105°～150°E）的潮流預報模型，建立了預報模型系統可視化平臺，討論了基于MSchart控件和Matlab工具集對計算結果實現靜態(tài)及動態(tài)可視化的方法，并給出了實例展示。系統的建立，簡化了預報計算的操作過程，并使預報結果得到了直觀、生動的展示。

參考文獻：

[1]周傳德，秦樹人，尹愛軍.科學可視化理論及智能虛擬顯示系統[M].北京：科學出版社，2007.

[2]劉超.海岸帶潮流場數值模擬及可視化研究[D].大連理工大學，2005.

[3]呂航.基于GIS的潮汐潮流動態(tài)可視化模擬系統[D].吉林大學，2007.

[4]呂珍，姜曼松，樓明珠.流場數據可視化的實現方法[J].中國水運，2007，5（4）：145-147

[5]茅麗華，嚴以新，宋志堯.潮流計算結果的可視化[J].海洋工程，2000，18（4）：86-89.

[6]史治洪，胡文東，李曉京，馬進，王濤.使用Chart控件實現生理信號的實時顯示[J].電子設計工程.2011，19（5）： 63-66.

[7]郭先春，姜林，羅定貴.基于MSChart控件的動態(tài)綜合水文GIS專題圖的生成[J].安徽農業(yè)科學.2010，38（1）：250-252.

[8]徐磊，袁達，葉志才.基于MATLAB的人工地震波合成可視化軟件開發(fā)[J].水電能源科學.2010，28（11）：120-122

[9] 題原，張勁松.基于MATLAB的語音信號采集和分析系統的可視化設計[J].齊齊哈爾大學學報.2006，22（6）：43-46.