船用西北太平洋熱帶氣旋顯示和標(biāo)繪系統(tǒng)軟件的開發(fā)和應(yīng)用

，，，

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

熱帶氣旋是對流層中最強(qiáng)大的風(fēng)暴系統(tǒng)，對航海安全威脅最大。當(dāng)船舶航行的海區(qū)有熱帶氣旋出現(xiàn)時，船舶駕駛員要隨時根據(jù)最新氣象報告在海圖上對熱帶氣旋的位置和移動進(jìn)行標(biāo)繪和量算，為避抗臺風(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路徑，航行在海上的船舶，要隨時掌握本船和熱帶氣旋的距離、方位以及臺風(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)行計算既麻煩又費時。針對船上避抗臺風(fēng)的實際需要，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)，后臺數(shù)據(jù)庫采用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，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作為一個對象使用，將其嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)，通過調(diào)用對象的方法和設(shè)置其屬性實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能[2-3]。

1.2 開發(fā)過程

軟件開發(fā)主要分為2個部分：制作西北太平洋簡易電子海圖和開發(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 簡易電子海圖的制作

用于熱帶氣旋顯示的西北太平洋簡易電子海圖只需要海岸線和港口信息，主要側(cè)重于我國近海。筆者選擇海軍航保部MVCF標(biāo)準(zhǔn)電子海圖C101(中國海區(qū)及相鄰海區(qū))和C102(中國海區(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、測量模塊和推算模塊3個功能模塊。

1) 顯示模塊。該模塊是整個系統(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。顯示內(nèi)容包括時間、熱帶氣旋中心位置、定位誤差圓、移動路徑和30、50 kn大風(fēng)圈。

(3) 在輸入船舶的相關(guān)參數(shù)后顯示時間、船位和航跡。

(4) 輸入轉(zhuǎn)向點位置后顯示計劃航線。

(5) 顯示測量模塊和推算模塊的結(jié)果。

2) 測量模塊。該模塊具有2個量算功能：

(1)在電子海圖上量算兩點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算和設(shè)計。

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

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間后，根據(jù)最近時間的移速和移向用恒向線公式計算未來熱帶氣旋和船舶的位置。

最后以MapObject作為控件，將西北太平洋簡易電子海圖和3個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)主要功能實現(xiàn)

1.3.1 熱帶氣旋顯示及預(yù)測

系統(tǒng)根據(jù)熱帶氣旋的天氣報文內(nèi)容在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中建立熱帶氣旋數(shù)據(jù)表，每個熱帶氣旋對應(yīng)一個數(shù)據(jù)表，其參數(shù)項包括：

編號，名字，定位時間，強(qiáng)度(從熱帶低壓TD、熱帶風(fēng)暴TS、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴STS、臺風(fēng)T和消亡5項中選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路徑，在熱帶氣旋起始位置旁邊標(biāo)注熱帶氣旋的編號，其他位置旁邊標(biāo)注定位時間。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)測實現(xiàn)是根據(jù)最近時間熱帶氣旋位置、移向、移速和輸入的預(yù)測時間，用恒向線公式計算預(yù)測的位置，預(yù)測位置用圓形符號標(biāo)注，預(yù)測路徑用虛線顯示[7]。

1.3.2 船舶顯示及預(yù)測

系統(tǒng)根據(jù)船舶的相關(guān)信息在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中建立船舶數(shù)據(jù)表，每艘船每個航次對應(yīng)一個數(shù)據(jù)表，其參數(shù)項包括船名，時間，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。

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

根據(jù)最近時間船舶位置、航向和航速，系統(tǒng)用恒向線公式計算預(yù)測時刻船舶的位置，預(yù)測位置用紅色三角形符號標(biāo)注，預(yù)測航線用虛線顯示。

計劃航線顯示的實現(xiàn)是通過利用轉(zhuǎn)向點編號和轉(zhuǎn)向點位置(緯度、經(jīng)度)參數(shù)實施控制，順次連接轉(zhuǎn)向點進(jìn)行顯示并標(biāo)注轉(zhuǎn)向點編號，計劃航線用虛線顯示[8]。

1.3.3 距離與方位的測量

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

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)生海上實習(xí)，實習(xí)航線為我國沿海南北線。實習(xí)期間，西北太平洋出現(xiàn)過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。對于每一個熱帶氣旋都使用本軟件進(jìn)行了標(biāo)繪和測量，取得了很好的效果，最有實際意義的是對0613“珊珊”的標(biāo)繪和測量。

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)入臺灣海峽后，因受冷高壓影響，風(fēng)浪很大。9月11日在臺灣海峽北部，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，船舶橫搖15°，縱傾嚴(yán)重，螺旋槳時常打飛車造成船舶劇烈振動。傍晚船長決定調(diào)頭，到興華灣錨地避風(fēng)。在日本東京臺9月11日0600Z(北京時間14：00)地面分析圖上，0613號強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)“珊珊”出現(xiàn)，預(yù)計第2天會加強(qiáng)成為臺風(fēng)，當(dāng)時“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)時天氣圖判斷，大陸冷高壓和海上的副熱帶高壓會合并，未來兩三天“珊珊”會西移，影響到臺灣以東地區(qū)。收到傳真圖后，立即用本軟件對0613“珊珊”和華光輪進(jìn)行標(biāo)繪。船長和駕駛員會商后，根據(jù)0613“珊珊”未來移動判斷和標(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點靠錦州港。筆者不斷根據(jù)最新的天氣報告對0613“珊珊”和華光輪航線進(jìn)行標(biāo)繪，掌握0613“珊珊”和華光輪的動態(tài)。0613“珊珊”在9月14日1200Z前一直西行，隨后開始在臺灣以東轉(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，與臺風(fēng)距離900多n mile。16日0613“珊珊”在臺北以東完成轉(zhuǎn)向時，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

船用西北太平洋熱帶氣旋顯示和標(biāo)繪系統(tǒng)是針對船舶海上回避臺風(fēng)的實際需要開發(fā)的，在進(jìn)行熱帶氣旋標(biāo)繪和量算時極為方便和快捷，可以為船舶防抗臺風(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)的實用性。GIS技術(shù)在各個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)是在這方面做一個初步的嘗試，還需要在以后的實踐中不斷改進(jìn)和完善。

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