我国事世界上季风表象特征最为显贵的国度之一[1]，台风灾害形成了严重的经济及东说念主员亏空。为了安妥台风预告职责准确、实时、科学、高效等要求，进一步完善和表率台风预告管事居品类型与进展局面，国度风景中心组织研发了台风预告管事居品加工制作系统(Tropical Cyclone Product Generation system，简称TCPG)，其中GIS工夫手脚集获得、处理、治理和分析空间数据的空洞信息工夫在系统建造中证据了关键作用[2]。
连年来，GIS工夫在风景规模如天气预告、表象区画、东说念主工影响天气、地质灾害风景预告、风景灾害评估、风景贵府治理与站点选址分析以及空洞风景管事系统等方面得到初步应用[3-11]，在一定进程上晋升了天气预告或决策管事水平。
本文勾通中央风景台台风决策风景与公众风景管事需求，尤其是台风管事居品的高质地分析与制作要求，重心商酌了GIS 支柱下的台风预告管事居品制作工夫，建议了档次化假想的系统框架，应用舆图抒发工夫以及空间数据库工夫，大要高质地、高服从地制作台风预告居品，具有较强的业务化本事。
1 系统简介 1.1 系统工夫框架为罕见志推行业务需求，TCPG 分别遴选GIS工夫、Office镶嵌工夫、COM 工夫以及风景数据转接入工夫。其中，GIS 可视化工夫主要交融了地学与野心计可视化工夫，完成台风商酌数据夸耀；GIS空间分析工夫为GIS的中枢功能之一，应用该工夫，通过对原始数据模子的运算，不错挖掘新的常识，并以此手脚空间行为的决策依据；GIS 空间数据库工夫是指具有地舆空间坐标信息的舆图图形数据库，与通用数据库比拟，空间数据库大要存储拓扑关连、成立网罗关联。镶嵌式Office是微软在2003 版块以上遴选的中枢工夫，提供了便捷的应用关键接口，便于罢了Office各子模块的通讯与互操作。COM-GIS是基于微软COM 工夫的熟识的二次开导工夫，其基本想想是将GIS各大功能模块进行别离，每个组件完成不同的功能。为了措置台风原始数据疏导的要求，系统还遴选了风景数据转接入工夫，为了兼容MICAPS面容数据并提高运转服从，该系统遴选C++话语编写MICAPS数据面容疏导函数，并封装为.Net组件供系统调用。
系统运转于Windows 98 以上操作系统，基于Microsoft.Net Framework2.0，镶嵌Microsoft Power-point视图，应用ArcGIS Engine9.2二次开导组件，可运转于32 位个东说念主PC 机或中袖珍管事器。其主要特质是地舆信息丰富，制图与输出质地高，并基于空间分析工夫对台民俗象信息进行分析，而且较好地兼容了MICAPS系统产生的数据居品。
1.2 系统功能左证国度级台风预告与管事的业务需求，TCPG 的主邀功能包括了台风数据可视化、编著、分析、旅途检索以及居品制作，该系统功能如图 1 所示。
图 1. 台风预告管事居品制作功能框架
Fig 1. The functional architecture of TCPG
可视化：台风可视化方式包括了预告旅途、历史挪动旅途、七级和十级风圈、风雨漫步区，以及概率圆预告区域的夸耀。勾通中国风景局热带气旋分级模范，分别制作了热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风6 个级别的台风符号，不错依据台风强度的不同进行台风点位渲染；系统提供了最新0h 时效的台风点位七级、十级风圈夸耀与否的放抄本事。
系统将历史与实时的台风点位纠合，组成台风旅途后进一步提供了多种旅途平滑算法，如贝赛尔平滑、样条函数平滑等；同期还提供了把稳台风区域默示，台风图例以及舆图区域定制的本事，并罢了了台风挪动旅途的动画夸耀终结与视频输出功能；针对风雨漫步区数据，系统还提供了是否按国界进行编著(如保留国界内、国界外的区域、分歧区域进行编著)的功能。
编著：提供了台风点位以及台风旅途的空间位置和属性信息的编著，勾通GIS的空间拓扑分析本事，用户还不错通过调理某少量位来调理旅途弧线，并可平直编著台风点位的风速、中心气压、七级和十级风圈半径等属性信息。左证管事居品的需要，用户不错进一步加多如等值线、等值面等图形符号信息。
分析：左证台风实时挪动旅途或者预告旅途不错分析出其可能影响的地舆范畴(即台风预警区)，勾通电子舆图还大要进一步统计出预警区内所属行政区域(省、市、县)的面积大小、社会经济信息以及东说念主口信息，形成Word表格与图形文档，从而给防汛等决策部门提供必要的基础信息。系统还提供了多种方式的距离分析，可测量台风点位到某区域的距离，并左证台风平均挪动速率估算到达该区域的时间；面积分析则可对台风可能影响的范畴进行面积量算，并输出为统计终结。空间查询则为用户提供了舆图视图下的基础地舆信息的点击查询，以及台风空洞信息查询，并能罢了图形、属性互相定位。
旅途检索：在台风旅途历史空间数据库的支柱下，TCPG 提供了基于时间、空间、强度的台风历史一样旅途检索、登陆台风检索、台风发祥地检索等功能；用户不错遴荐某一时间段，或通过用户界面交互式绘图台风通过的即兴局面的关键区域，或左证台风强度等多种输入条目进行空间与属性信息的检索。
居品制作：除了舆图视图外，系统还加多了微软的PowerPoint页面视图，用户不错一键式自动生成台风管事PowerPoint居品，其居品制作界面如图 2所示。管事居品中包括了标题、台风旅途、概率圆区域、预告点位的时效、压强、风速以及图例等必要信息，较好地提高了居品生成服从。
图 2. 台风管事居品制作一键式操作面板
Fig 2. The one-touch operation panel of TCPG
2 GIS应用分析
2.1 台风实时与历史数据存储 地舆空间数据库是ArcGIS一种最新的空间数据模子[12]，是成立在关连数据库治理系统之上的斡旋、智能化的空间数据库，它完善了对空间数据的治理，并支柱拓扑特搜集[13]。勾通台风管事居品对基础地舆信息数据以及台风数据集的要求，假想遴选了ORACLE10G 为数据库平台，以ESRIArcSDE9.2 为中间件的历史台风空间数据库，同期提供了台风数据录入、更新等功能。
台风实时数据主要用于台风的可视化夸耀以及在此基础上的属性编著，因此，应用MICAPS 疏导组件，将台风数据疏导为文献型空间数据库面容。
为了罢了高效的台风旅途检索以及准确性和服从需求，系统成立了自1955年以来西北太平洋的台风旅途历史空间数据库，分别成立了基于空间数据库的台风点和显露径因素集。成立了按“时间"字段来存储台风点位的时间信息，进一步提高用户检索服从；成立了按“律例"字段来标知趣同台风旅途上点的先后律例，便于校验检索终结。
2.2 台风居品夸耀GIS的舆图可视化本事很强，其主要遴选专题图工夫(如密度图、分级渲染图等)以及丰富的舆图符号支柱本事来形象地完成舆图夸耀。ArcGIS 的舆图抒发(representation)等于一种较为先进的图层渲染工夫，它不错应用活泼的、存储于地舆空间数据库中的基于规则的结构来对数据进行符号化动态夸耀。空间因素类不错同期支柱多种舆图抒发，况兼单个因素的舆图抒发方式不错进行编著修改[14]。
以上特质不错罢了一种数据的多种舆图进展。关于数据量较大的历史台风数据来说，该工夫不错大大提高台风的可视化进展终结和加载夸耀服从。
为得志大众风景管事要求，台风预告管事居品需要打印质地高且图像好意思不雅，因此勾通台风预告管事居品的业务表率要务罢了了以下台风数据可视化终结：历史实况旅途以实心红线透露，预告旅途数据以红虚线透露，台风点位的符号决议按强度的不同而详情，大风区的七级风区以深棕色透露，十级风区以黄色斜线透露，并完成多种图形填充模式的风雨漫步区夸耀。应用舆图抒发工夫，可快速、直不雅、形象地完成台风数据的夸耀，并生成夸耀模板。系统可生成的4种图形居品如图 3所示。
图 3. 台风预告管事居品图(a)台风旅途预告图，(b)台风概率圆预告图，(c)大风预告图，(d)登陆区域预告图
Fig 3. The schematic diagram of typhoon forecasting services (a) typhoon track prediction diagram，(b) typhoon probability forecast diagram，(c) wind forecast diagram，(d) landing area forecast diagram
2.3 台风概率圆预告 以历史上最连年份各预告时次的统计纰谬为基础，左证相应算法绘图改日时间段台风可能通过的区域，该区域称之为概率圆。概率圆手脚一种蹙迫的台风预告管事居品，连年来在海外上也得到了庸碌应用。
GIS缓冲区分析是指对一组或一类舆图因素按设定的距离条目，形成具有一定范畴的多边形实体，从这个多边形里查找具有某种特征的地舆空间因素，从而罢了数据在二维空间膨胀的信息分析步调[15]。当空间物体对左近对象随距离变化而呈不同进程的扩散或衰减，则称之为动态缓冲区分析。
本文勾通GIS 缓冲区分析工夫，并探求到业务需求的时效性、实用性，建议了两种概率圆算法。
空间插值算法：加密台风预告点位，取该点加权预告纰谬半径，作念台风预告旅途的垂线并沿台风预告旅途傍边标的分别延长，求得台风概率圆摈弃点，分别纠合这些摈弃点，得到台风概率圆弧线，临了对该弧线进行贝赛尔光滑，即可得到台风概率圆：
(1)
式(1)中，r为加权纰谬半径；w为自界说权值，本系统遴选5;r72，r48分别为72，48h点位的最连年份预告平均统计纰谬。
动态缓冲区算法：基于积分想想，勾通概率圆半径，将台风预告旅途拆分为以公里为单元的片断，并左证式(2)终结对该片断进行缓冲野心，并将野心得到的缓冲区进行吞并野心，由此得到台风概率圆：
(2)
式(2)中，d为缓冲区半径；i为片断的计数；r72，r48分别为72，48h点位预告平均纰谬；c为片断总额。
从算法分析来看，空间差值算法较好地措置了概率圆的平滑问题，其存在的问题是在台风预告旅途曲率半径较概率圆半径偏小时，其生成的概率圆会重复严重，从而影响其进展；而动态缓冲区算法大要幸免以上问题，但其缓冲距离以公里为单元，在台风预告旅途较万古野心服从较低。现在正在探求遴选东说念主工智能步调提供一种机制来左证台风预告旅途的诅咒自动选用两种步调，则能较好地措置以上问题。空洞中央风景台台风预告推行业务应用情况，系统遴选了动态缓冲算法来制作台风预告概率圆。
2.4 台风影响范畴分析GIS 大要对空间数据进交运算以派生新的信息，而空间分析工夫是基于地舆对象位置和形态特征的一项工夫，其谈论在于索乞降传输空间信息[4]。
空间叠加分析是GIS中蹙迫的空间分析功能之一，它是将多幅图层相重复生成新的图形单元和重新组合属性的经过。勾通该项工夫，系统假想了台风旅途影响范畴分析功能。成立台风预告概率圆之后，不错分析出可能受影响的行政区域范畴，并依据最新世界1：5万基础地舆信息数据，勾通社会东说念主文数据，统计可能受影响东说念主口、农作物面积等信息，为风景决策提供支柱。图 4中，花式较深部分(棕红色)、斜线部分、花式较浅部分(蓝色)分别为24h，48h，72h 内台风可能影响的市级行政区画范畴。
图 4. 台风旅途影响范畴分析
Fig 4. Typhoon affected areasan alysis
3 扫尾语 本文对台风预告管事居品制作系统的主邀功能进行了先容，并商议了GIS工夫应用于该系统的多少关键工夫问题，如基于舆图抒发工夫的台风数据可视化工夫，应用地舆空间数据库与空间数据引擎工夫成立历史台风数据库工夫，基于空间插值和动态缓冲的概率圆预告工夫，基于GIS空间叠置分析工夫的台风影响范畴分析工夫。应用以上关键工夫收效开导了台风预告管事居品制作系统。该系统于2008年起在中央风景台台风与海洋风景预告中心业务运转，在汛期提供台风旅途预告图、台风改日影响区域图、台风登陆区域图等预告管事居品。
但现在台风预告管事居品局面单一，需要商酌更丰富的进展局面，如台风三维动画应用等。GIS若与台风预告数值模式相勾通，不错更直不雅形象地进展预告预警终结，为台风预告与决策管事提供更可靠的科学依据。也故意于台风预告业务水平的不休晋升。
