基于VC++的風(fēng)玫瑰圖繪制程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

況源，周小明，梁富強(qiáng)

（四川省宜賓市氣象局 四川 宜賓 644000）

風(fēng)玫瑰圖能夠直觀地反應(yīng)某一地區(qū)風(fēng)的狀況，故被廣泛地應(yīng)用到城市規(guī)劃、環(huán)境評價(jià)、風(fēng)能資源評估等工作中[1-3]。風(fēng)玫瑰圖的繪制工作通常要先對基礎(chǔ)風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出16個(gè)方位的風(fēng)頻、平均風(fēng)速，再借助CAD、Matlab等軟件繪圖，過程工作量大，耗時(shí)較長，難度高，出錯率高。所以，編寫一款風(fēng)玫瑰圖繪制程序，具有工程實(shí)際意義。

1 風(fēng)玫瑰圖

風(fēng)玫瑰圖是指在極坐標(biāo)底圖上點(diǎn)繪出的某一地區(qū)在某一時(shí)段內(nèi)各風(fēng)向出現(xiàn)的頻率或各風(fēng)向的平均風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)圖。前者為“風(fēng)向玫瑰圖”，后者為“風(fēng)速玫瑰圖”。因圖形似玫瑰花朵故名[4]。風(fēng)向是風(fēng)吹來的方向，風(fēng)向一共分為16個(gè)方位，以北在起點(diǎn)，每隔22.5°確定一個(gè)方向，分別為北（N）、東北偏北 （NNE）、 東 北 （NE）、 東 北 偏 東 （ENE）、 東 （E）、 東 南 偏 東（ESE）、東南（SE）、東南偏南（SSE）、南（S）、西南偏南（SSW）、西南（SW）、西南偏西（WSW）、西（W）、西北偏西（WNW）、西北（NW）、西北偏北（NNW）。風(fēng)速是指空氣在單位時(shí)間內(nèi)的流過的距離，單位一般為m/s[5]。

2 總體設(shè)計(jì)

程序主要功能有：實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的excel方式導(dǎo)入，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計(jì)，風(fēng)玫瑰圖繪制，曲線調(diào)整，自定義顏色填充和風(fēng)玫瑰圖導(dǎo)出等功能。程序功能設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 程序功能設(shè)計(jì)圖Fig.1 Program function design

3 程序主要功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入與處理

程序通過導(dǎo)入excel表格的方式加載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，程序在加載數(shù)據(jù)時(shí)，從約定的有效數(shù)據(jù)起始位置（3行2列）開始遍歷數(shù)據(jù)表，將表中風(fēng)向、對應(yīng)風(fēng)速分別保存到數(shù)組pfdata、pvdata中，且風(fēng)向風(fēng)速的對應(yīng)關(guān)系要保持不變。主要代碼如下[6]

void CMainFrame::InitExcel（）{

/*此處略去Excel服務(wù)器和獲取數(shù)據(jù)Worksheet頁（wht）代碼*/

/*加載數(shù)據(jù)*/

Range range， usedRange；

usedRange.AttachDispatch（wht.GetUsedRange（））；

range.AttachDispatch（usedRange.GetRows（））；

long iRowNum=range.GetCount（）； //獲 取 已 經(jīng) 使 用的行數(shù)

range.AttachDispatch（usedRange.GetColumns（））；long iColNum=range.GetCount（）；//獲取已經(jīng)使用的列數(shù)CString*pfdata=new CString[（iRowNum-2）*（iColNum-1）/2]； //用于加載風(fēng)向數(shù)據(jù)

float*pvdata=new float[（iRowNum-2）*（iColNum-1）/2]；//用于加載風(fēng)速數(shù)據(jù)

for（intm=3； m<=iRowNum； m++）{

for （intn=2； n<=iColNum； n++）{//遍歷表中風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)

range.AttachDispatch（wht.GetCells（））；

range.AttachDispatch （range.GetItem （COleVariant（（long）m），COleVariant（（long）n））.pdispVal）；

COleVariant vResult=range.GetValue2（）；

if（vResult.vt==VT_BSTR） {//字 符 串 則 為風(fēng)向pfdata [（（m-3）* （iColNum-1） +n-2）/2]=vResult.bstrVal；}

if（vResult.vt==VT_R8） {//數(shù)字則為風(fēng)速

pvdata[（（m-3）*（iColNum-1）+n-3）/2]= （float）vResult.dblVal；}}

}

/*此處略去退出Excel服務(wù)器代碼*/

}

數(shù)據(jù)加載完后，遍歷數(shù)組pfdata數(shù)組統(tǒng)計(jì)出風(fēng)向再各方位出現(xiàn)的次數(shù)，保存在fnum數(shù)組中；同時(shí)將各方位對應(yīng)的風(fēng)速累加到vnum數(shù)組中，主要代碼如下。

/*fnum為存放風(fēng)向在各方位出現(xiàn)的次數(shù)的數(shù)組，vnum為存放對應(yīng)風(fēng)速的累計(jì)值的數(shù)組，數(shù)組元素對應(yīng)各個(gè)方位，依 次 為 N，NNE，NE，ENE，E，ESE，SE，SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW，NNW，C*/

int fnum[17]={0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，0， 0， 0， 0， 0}；

float vnum[17]= {0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，0， 0， 0， 0， 0， 0}；

for（int i=0； i<（iRowNum-2）*（iColNum-1）/2； i++）{

if（pfdata[i]=="N"） {

fnum[0]++；

vnum[0]+=pvdata[i]；}

/*此處略去處理其他方位的代碼*/

}

最后用各方位出現(xiàn)次數(shù)除以總次數(shù)得到該方位的風(fēng)頻（以百分率表示），用各方位風(fēng)速值之和除以該方位出現(xiàn)次數(shù)得到平均風(fēng)速。

3.2 繪制風(fēng)玫瑰圖

風(fēng)玫瑰圖分為風(fēng)向玫瑰圖和風(fēng)速玫瑰圖，繪制風(fēng)玫瑰圖可以分別繪制在兩張玫瑰圖中，亦可以疊加在同一張風(fēng)玫瑰圖里面。下面以繪制風(fēng)向玫瑰圖實(shí)現(xiàn)過程為例。風(fēng)向玫瑰圖的繪制過程，首先要將風(fēng)按16個(gè)方位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出各方位的風(fēng)向頻率，其計(jì)算公式為：gn式中：gn為 n方位的風(fēng)向頻率，fn為所取資料年代內(nèi)風(fēng)在n方位出現(xiàn)的次數(shù)，n表示方位，共16個(gè)方位。c為所取資料年代內(nèi)靜風(fēng)的次數(shù)[2]。然后計(jì)算為坐標(biāo)點(diǎn)，連接所有點(diǎn)后，即為基本的風(fēng)向玫瑰圖。

3.2.1 計(jì)算各方位風(fēng)頻的坐標(biāo)

風(fēng)頻在極坐標(biāo)系上的坐標(biāo)計(jì)算方法如圖2所示，若點(diǎn)A為NE方位在極坐標(biāo)上的描點(diǎn)，OA長度為風(fēng)向在NE方位的風(fēng)頻，角α值如表1所示[8]（在 VC++中使用弧度作計(jì)算），這樣就能夠算出點(diǎn) A的坐標(biāo)（OA×cosα，OA×sinα）。

圖2 風(fēng)頻在極坐標(biāo)系上的坐標(biāo)計(jì)算方法Fig.2 Coordinates calculationmethods ofwind frequency on the polar coordinates

此時(shí)得到的極坐標(biāo)還不能直接用于繪圖，因?yàn)樵赪indows應(yīng)用程序中，繪圖使用GDI坐標(biāo)系統(tǒng)，在GDI坐標(biāo)系統(tǒng)中原點(diǎn)（0，0）位于左上角，水平軸的正方形向右，垂直軸的正方向向下[7]，所以還需要作處理。處理方法是根據(jù)繪圖區(qū)域確定 O 點(diǎn)在 GDI坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo) O′（XO′，YO′）（可以取中心點(diǎn)坐標(biāo)），與已計(jì)算出的A點(diǎn)在極坐標(biāo)系上坐標(biāo)A（XA，YA）作計(jì)算，得到A點(diǎn)在GDI坐標(biāo)系統(tǒng)的新坐標(biāo)A′，計(jì)算公式為：A′（XA′，YA′）=（XO′+XA，YO′-YA）。 另外，因風(fēng)玫瑰圖風(fēng)格多樣，有的將最里同心圓視為原點(diǎn)（0，0），此情況還需把坐標(biāo)作進(jìn)一步處理。同理，計(jì)算出其它方位點(diǎn)的坐標(biāo)，保存至CPoint類型的數(shù)組fpt中。

表1 各方位在極坐標(biāo)上的角度和弧度值Tab.1 The parties on the polar angle and radian value

3.2.2 繪制風(fēng)向玫瑰圖

計(jì)算出各方位風(fēng)頻坐標(biāo)后，用直線連接16個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)后，但通常還需要繪制表示風(fēng)頻大小的同心圓[9]，繪制表示各方位的放射直線，標(biāo)注方位符號，在中心位置標(biāo)注靜風(fēng)頻率（如標(biāo)注C=19.2，表示靜風(fēng)頻率為19.2%），注明說明性文本，對曲線填充顏色等。重要代碼如下[10]。

/*連接坐標(biāo)點(diǎn)*/

CPen pen（PS_SOLID， 2， pMain->m_colorf）；

dc.SelectObject（pen）；

for（int j=0； j<16； j++）{

dc.MoveTo（fpt[j%16]）；

dc.LineTo（fpt[（j+1）%16]）；}

/*填充曲線*/

CBrush brhf（pMain->m_colorf）；

dc.BeginPath（）；

dc.MoveTo（fpt[0]）；

for（int i=0； i<16； i++）{

dc.LineTo（fpt[（i+1）%16]）；}

dc.EndPath（）；

rgnf.CreateFromPath（&dc）；

dc.FillRgn（&rgnf， &brhf）；

4 程序驗(yàn)證

4.1 準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的excel數(shù)據(jù)表可支持一種或多種格式，本程序支持的其中一種比較典型的格式如表2所示，驗(yàn)證所用數(shù)據(jù)為XX縣2010年1月逐日定時(shí)風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)。

表2 原始數(shù)據(jù)格式Tab.2 The form at of the original data

4.2 程序繪制結(jié)果

將基本數(shù)據(jù)導(dǎo)入成功后，自動在程序界面左邊顯示計(jì)算出的各方位風(fēng)頻和平均風(fēng)速的數(shù)值。點(diǎn)擊繪圖功能按鈕可在程序主界面繪制出風(fēng)玫瑰圖。如圖3所示。

圖3 繪制結(jié)果Fig.3 The results of the draw

5 結(jié) 論

程序基于VC++實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、自動統(tǒng)計(jì)和繪制風(fēng)玫瑰圖。運(yùn)用到實(shí)際工作中，有效地提高了工作效率；同時(shí)共享到網(wǎng)絡(luò)，受到使用者一致好評。但程序也存在一些不足，如數(shù)據(jù)導(dǎo)入方式和風(fēng)玫瑰圖風(fēng)格均較單一，需在今后作改進(jìn)。

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