广东台风灾害评估系统设计与开发

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 广东台风灾害评估系统设计与开发 摘要：台风灾害的评估信息是对 防台减灾工作关键的决策辅助信息。本 文以台风气象数据和灾害历史数据为基 础，设计和开发了广东台风灾害评估系 统。系统包含台风灾害评估、台风路径 查询、历史台风灾害数据查询与分析三 个功能模块。其中台风路径查询基于百 度地图产 API 接口开发，台风灾害评估 系统基于由 GA-Elman 神经网络、支持 向量回归机（SVR）和广义回归神经网 络（GRNN） 3 种模型组合而成的组合 模型，评估结果更加稳定、精确，可以 为防台减灾工作提供决策信息。 中国论文网 /8/view-12746364.htm 关键词：台风灾害评估；系统设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 计与开发；组合模型；广东省 中图分类号：TP311 文献标识码： A 文章编号： 1009-3044（2015）31- 0186-03 Design and Development of Guangdong Typhoon Disaster Assessment System CHEN Shi-hong 1， LUO Zi- sheng1， TANG Dan-ling 2， CHEN Shu-yang 1， SUN Xue 1 （1.Guangdong University of Foreign Studies， Guangzhou 510006， China； 2.State Key Laboratory of Tropical Oceanography， South China Sea Institute of Oceanology， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510301， China） Abstract： Information of typhoon disaster assessment is critical decision support information for disaster reduction. This paper introduces the design and development of an new Guangdong -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 typhoon disaster assessment system， based on the typhoon disaster meteorological data and historical disaster data. The system contains three functional modules， including typhoon disaster assessment， typhoon path query， historical data query and analysis typhoon. The typhoon path query based Baidu Maps API interfaces development capacity. Typhoon disaster assessment system based on three- model- combination； the three- model- combination are combined by GA- Elman neural networks， support vector regression （ SVR） ， and generalized regression neural network （GRNN）. Assessment results are more stable， accurate， can provide decision-making information for the typhoon disaster reduction. Key words： typhoon disaster assessment； system design and development； combined model； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 guangdong province 1 概述 我国沿海地区饱受台风侵扰，台 风是我国仅次于洪涝和干旱的第三大自 然灾害。广东省是我国受台风侵袭最严 重的省份。2015 年 10 月强台风“彩虹” 在广东湛江沿海登陆，登陆时中心附近 最大风力有 15 级（50 米/秒） 。 “彩虹” 造 成广东省 316.7 万人受灾，10 人死亡， 4 人失踪，直接经济损失 125.3 亿元1。 由于全球温室效应，气象异常，台风灾 害变得更加严重。因此，联合国国际减 灾战略计划把提高灾害风险意识和加强 灾害风险管理作为可持续发展的重要组 成部分，进而建立具有较强、较全面的 防灾抗灾能力的和谐社会，来减轻灾害 对人类、社会、经济与环境造成的损失 2。 灾害风险监测预警评估是防台减 灾的重要基础，重视对台风灾害危险性、 承灾体脆弱性的监测，加强灾害预测和 评估系统的建设，加强防灾减灾设施的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 建设是当前防灾工作和灾害研究的当务 之急3。防台减灾过程中台风灾情预估 是指导防灾救灾工作的重要信息。如何 及时准确获得台风灾情评估信息，一直 是防台减灾工作的瓶颈。 台风灾害具有破坏性大、突发性 强的特点，及时掌握灾情信息是抗灾救 灾的关键。由于影响台风灾情的因素众 多，关系复杂，传统的人工经验预判存 在很大的误差；而精确的统计结果又过 于迟缓。因此，如何快速准确的评估台 风灾情成为众多学者的研究内容4。目 前，国内学者对台风灾害评估的系统研 究还很缺乏，有利用神经网络模型构建 台风灾害评估系统5，和利用 GIS（地 理信息系统）软件建立致灾因子图层、 孕灾环境图层、承灾体图层，再结合 GIS 软件图层叠加的功能得到灾情分布 图6， 7。本文以广东省台风为研究对 象，开发广东台风灾害评估系统，评估 结果更加稳定、精确。 2 系统设计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 本文在分析多种评估模型的基础 上，提出了基于组合模型的评估方法， 并以广东台风的数据作为模型训练样本 数据，设计和开发广东台风灾害评估系 统。系统采用模块化设计模式，主要包 含台风灾害评估、台风路径查询、历史 台风灾害数据查询与分析三个功能模块。 系统底层数据库选用 ACCESS 2010。历 史台风灾害数据查询是对灾害数据表的 选择查询操作。台风路径查询是根据台 风中心位置取样的经纬度，百度地图 Api 显示出来。台风灾害评估模块，建 立 GA-Elman 神经网络、支持向量回归 机（SVR） 、广义回归神经网络 （GRNN）3 种模型组合而成的综合评 估模型。模型用 Matlab 软件实现，并 生成 DLL 供系统调用。系统体系结构 图如图 1 所示。 图 1 系统体系结构图 3 数据库设计 数据库是台风灾害损失评估的基 础，本系统数据库数据中，台风路径、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 中心气压、大风及降雨量数据取自热 带气旋年鉴 、温州台风网和中国气 象科学数据共享服务网；台风灾害直 接经济损失数据取自中国气象灾害大 典：广东卷和广东防灾减灾年鉴 ， GDP、人口和耕地面积源于广东统计 年鉴 ，GDP 和损失金额按广东省物价 指数基准进行了换算。台风灾害的主要 类型有暴雨灾害、狂风灾害等。因此， 选用热带气旋影响到广东时的最低气压、 最大风速、降雨量、持续时间、影响范 围作为评价指数的关键因子。影响范围 用不同级别的降雨量和风速的站点数量 来表示。考虑到早期的台风资料不全、 失真数据较多，参考意义不大，经分析， 舍去 1992 年以前的台风数据，选取在 19932009 年影响广东的 67 个台风数 据作为样本。 数据库由台风路径数据表、台风 雨量数据表、台风损失数据表、地理信 息数据表、人口信息数据表、经济信息 数据表等数据表构成。各数据表的属性、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 类型及表示含义如表 1、表 2 所示。 表 1 台风路径表 字段名&类型&说明&台 风编号&字符（6）&日期时间 &日期/时间&记录的时间间隔为半 小时&风力等级&整型&中心 风速&整型&台风强度&字符 （4）&类别有热带风暴、台风、强台 风等&中心位置经度&小数& 中心位置纬度&小数&风速& 整型&中心气压&整型& 移速移向&字符（10）&七级 风圈&整型&十级风圈&整型 & 表 2 台风灾害评估表 字段名&类型&说明&台 风编号&字符（6）&最大过程 降雨量&整型&最大日降水量 &整型&降雨强度&整型& 日降雨量大于 100 和 50mm 的站点数 &降雨影响范围&整型&过程降 雨量大于 300、200、100 和 50mm 的站 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 点数&过程最大风速&整型& 大风影响范围&整型&风速大于 7 级的站点数&强风影响范围&整型 &风速大于 10 级的站点数&最低气 压&整型&存留时间&整型 &单位为小时&登陆点&整型& 登陆地点分为 3 类，即粤西、珠江口和 粤东&人均 GDP& 小数 &统计范 围是台风过程降雨量大于 50 的站点所 在的区域&人均耕地面积&小数 &人口密度&小数&直接经济损 失&小数& 4 系统实现与展示 4.1 台风路径查询与显示 百度地图应用程序编程接口 （API）为百度公司免费提供的基于百 度地图服务的应用接口，提供网络地理 信息系统的基本功能。本系统借助百度 地图 API 进行二次开发，根据台风间隔 每半小时的中心位置为节点，以点线连 接起来动态显示台风的路径。节点在不 同的强度用不同的颜色显示，如图 2 所 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 示。 图 2 台风路径查询与显示界面 4.2 台风灾害评估 组合预测是使用多种预测方法对 同一预测对象进行预测，在此基础上通 过加权组合形成一个预测模型，以提高 预测精度的方法6。 组合预测方法就 是利用两种或两种以上不同的单项预测 法对同一预测对象进行预测，根据各组 合中各模型的可信度，设置模型权重 wi，i=1，2，n，根据各单项模型 的预测结果做适当的加权平均，预测结 果为： Y=wiyi，i=1，2，?，n （1） 式（1）中yi 为各单项模型的预 测结果。常用的定权方法有等权平均法、 方差-协方差法等。本系统建立基于 GA-Elman 神经网络、SVR 和 GRNN 三 种模型组合评估模型。采用等权平均法， 即 3 种模型的权重均为 1/3。模型用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 Matlab 软件实现，并生成 DLL 供系统 调用。经过多次测试，系统的评估误差 为 30%左右，误差率在可接受的范围内。 系统根据损失评估结果自动生成抗灾响 应措施，如图 3 所示。 图 3 台风灾害评估界面 5 结语 台风灾害评估的结果对防台减灾 起着关键的决策辅助作用。本系统以广 东省台风灾害为研究对象，基于历史灾 害数据库，构建台风灾情评估