中国台风早期预警系统设计与实现

郭婷婷， 林冬孝，周贵云

（1.电子科技大学，四川 成都 611731；2.中海石油管道输气有限公司，海南 海口 570105）

中国台风早期预警系统设计与实现

郭婷婷1， 林冬孝2，周贵云1

（1.电子科技大学，四川 成都 611731；2.中海石油管道输气有限公司，海南 海口 570105）

早期台风信息是促使国家气象中心改进台风预测机制和提高台风预报准确度的重要基础资料。国家气象中心从1949 年开始就对台风进行预报，早期台风信息数量很多，进行全面、统一的台风信息管理十分困难。台风早期预警系统能够全面展示台风移动路径信息，支持台风数据实时更新，提供早期台风查询功能，增强台风防灾减灾能力。

台风预警系统；台风路径动态显示；历史台风查询

1 系统设计

1.1 系统总体设计思路

系统应用互联网技术、Web技术、基础数据库技术等，并结合GIS抓取Google行政区域地图（或卫星地图、云图等）技术，设计与实现中国台风早期预警系统。该预警系统支持台风数据实时更新和下载、数据库更新与管理、历史台风移动路径查询以及台风路径动态显示的Flash效果等功能，以提高台风防灾减灾的能力[1]。

1.2 数据库设计

数据库设计的正确与合理在很大程度上影响着台风预警系统对历史台风数据的检索和预警功能的实现。台风预警系统中台风信息数据类型众多且关系复杂，因此需要对台风预警系统的数据结构进行设计，以满足对历史台风和实时数据存储的需要。

本系统台风数据分为2类，一类是历史台风数据，有txt格式或GIS shape 点文件和线文件；一类是实时台风数据，是CXML文件。预警系统中的实时台风数据是国家气象中心的预报数据，它的数据源格式为CXML文件。XML 文件是一种可扩展标志语言, 提供了一个可扩展的、强有力的标准来描述数据, 使得数据可以在各种应用程序中使用或在不同平台、不同应用中交换[2]。XML 文件中需要解译的台风数据的字段名称和数据类型如表1所示。

台风预警系统数据库还包括台风强度变化基础数据库[3]，它根据台风强度的大小确定预警系统中不同台风在不同时刻强度变化的显示颜色。台风预警系统中台风强度变化数据表[4]的设计如表2所示。用户可以根据台风在不同预报时刻点的颜色信息判断台风等级，因此对台风强度颜色数据表的设计显得尤为重要。根据台风强度大小可以把台风分为强度未知、热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风7种类型。

表1 字段名称和数据类型列表

表2 台风强度变化数据设计列表

2 系统功能与技术实现

台风预警系统各功能模块设计的目标是实现历史台风路径信息查询与浏览、台风数据实时更新与显示、数据库更新与管理以及基础地理数据库的显示[5]。本系统的功能模块如图1所示。

图1 系统功能模块示意图

2.1 台风预报数据实时显示子系统

在台风预报数据实时显示子系统中，需要实时获取国家气象中心和欧洲天气预报中心的台风预报数据文件，并将其解译到数据库，便于系统对实时台风数据进行显示。该子系统还提供了显示实时台风数据的下载进度以及下载列表的功能，便于用户直观查看下载的数据列表。该子系统还包括实时台风路径动态显示的Flash效果功能，展示当前台风发生、发展的整个过程。台风实时数据下载进度以及下载列表如图2所示。

图2 台风实时数据下载进度以及下载列表示意图

1403号台风“法茜”的移动路径动态显示的Flash效果如图3。系统选择的底图是卫星地图，用户可以很方便地在图例中查询当前台风发生的时间、移动过程、中心气压、最大风速、强度等级、风力大小、移动速度、移动方向、七级风圈半径、十级风圈半径以及最大风速半径等信息。

2.2 历史台风数据查询与检索子系统

图3 “法茜”移动路径Flash效果图

该子系统用于历史台风数据的查询与检索，用户能够加载任意台风数据并将其进行显示。系统提供台风发生的年份和台风名称2个关键字查询功能，用户可以对历史台风进行查询与检索，且还提供了查询与当前台风相似台风信息检索的功能。

2.2.1 系统架构

该子系统应用ASP．NET架构的C/S模式[6]，将各年份的台风历史数据信息通过后台进行处理，并将实时预报的台风数据存储到数据库中，以保证台风数据信息的准确性以及实时性。当最近1 a的台风数据更新完毕时，该子系统把这些数据信息自动添加到历史台风预报数据库，更新历史台风预报数据库的台风信息。系统运行的服务端采用的操作系统为Windows 2000/2003 /XP/7；数据库为SQLServer；C#环境为Visual Studio、．NET Framework；Web服务器为IIS；CPU建议2．4 G以上；内存至少1 G。客户端采用的操作系统为Win XP/7；浏览器Microsoft IE 6．0或以上版本；内存建议至少512 M。历史台风数据查询与检索子系统的界面如图4所示。

图4 历史台风数据查询与检索子系统的界面显示图

2.2.2 主要功能

该子系统提供历史台风数据的查询与检索、台风加载、台风各个参数的显示（如经度、纬度、风圈（多边形或圆，考虑风圈等级可自己调整）、中心点颜色（与中心气压差有关））等功能，实现不同台风名称相同年份以及相同台风名称不同年份的横向与纵向对比，为台风路径研究机构提供大量的、直观的历史台风数据资料。历史台风查询检索关键字包括按年份搜索结果和按名称搜索结果2种。根据台风委员会对西北太平洋台风的命名规则，台风名称在不同年份是可以相同的。因此该子系统在以台风名称为关键字进行检索时，可以查询到所有不同年份相同名称的台风信息，并能将这些台风进行动态显示，方便台风研究机构统计相同台风发生发展的规律。如图5所示，用户可以根据不同年份的台风编号以及不同的台风名称等信息对指定的台风进行检索，检索完成后并将其加载在Google地图中，实现历史台风的动态显示功能。

图5 历史台风按年份搜索查询界面示意图

该子系统提供台风显示列表功能，包括台风显示编号和名称列表、台风数据显示和删除列表以及台风发生发展的时间、最大风速、风力等级和中心气压显示列表。用户可以根据台风显示列表，查看当前显示台风的具体信息，并对选中台风进行删除、隐藏等操作。该子系统台风显示列表功能模块如图6所示。

2.3 基础地理数据显示系统

图6 台风显示列表功能模块示意图

1）地图投影和台风路径坐标转换。利用ArcGIS Engine自带的接口，完成台风路径信息的坐标转换，同时通过控制点实现对栅格数据的投影。

2）地图数据获取。系统使用GIS平台的工具，把Google地图加载到数据库中，并将台风路径叠加在底图之上。台风预警系统底图包括云图、降雨、行政区域地图、地形以及卫星数据图。

3）台风预警系统的基本操作。台风预警系统运行时需要对用户权限进行设置，保证用户管理人员对台风数据库中的数据更改。台风预警系统的基本操作包括地图的放大、缩小、平移、全屏显示、底图切换、经纬度显示以及地图测距功能的实现，用户通过这些功能实现对台风预警显示界面的基本操作。

3 结 语

台风早期预警系统能够为政府机关、气象机构等部门的台风灾害应急指挥提供实时显示平台，并为台风数据信息发布提供有效的渠道，较好地满足气象部门对实时台风以及历史台风研究的需要。对大型台风数据信息查询以及开发其他行业的预警系统，具有较强的示范和借鉴意义[7]。

[1] 白淑英,陈灵梅,王莉． 基于 iPad 的台风路径信息管理系统[J]．地理空间信息,2013,11(1):1-4

[2] W3C．可扩展标记语言[EB/OL]． http: //www．w3．org/TR/ REC- xml, 2000-10-06

[3] John K A, Sampson C R, DeMaria M． An Operational Statistical Typhoon Intensity Prediction Scheme for the Western North Pacific[J]． Wea． Forecasting,2005(20):688-699

[4] 中国气象局．台风业务和服务规定[M]．北京：气象出版社, 2012

[5] 陆守一． 地理信息系统[M] ．北京：科学出版社，2004

[6] 胡春梅，余晖，陈佩燕．西北太平洋热带气旋强度统计释用预报方法研究[J]．气象,2006(8):64-69

[7] 丁忆，刘建．乡村综合现状信息采集及应用系统的设计与实现[J]．地理空间信息,2013,11(6):5-8

[8] Aberson S D． An Alternative Tropical Cyclone Intensity Forecast Verification Technique[J]．Wea Forecasting,2008(23):1 304-1 310

P208

B

1672-4623（2015）02-0006-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.003

郭婷婷，硕士，研究方向为遥感图像处理。

2014-03-13。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41371341）。