（计算机应用技术专业论文）海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现.pdf

海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： i矗fl暑五t罨， 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 注i 翅迢直墓他益要挂剔直明的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位做作者繇新颂签字嗍加。年乡磁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： l 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中 国学术期1 ：j j ( 光盘版) 电子杂志社”用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 日 学位论文作者躲新撕 签字日期：矽7 0 年多月力g 日 支 脚 钻 锄帅 u n 只 氧 醐 签 字 胜 骅 新 飞 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 摘要 随着对海浪动力过程了解和对海浪的客观预报方法的研究的深入，数值预报 已被日益广泛的应用于日常海浪预报业务中。在海浪预报中，海浪数据是进行预 报的依据。要做出准确的预报，不仅需要当天的实时数据，还要参考以前的历史 数据。但是，随着时间的推移，海浪数据资料会越积越多，如果没有科学规范的 管理方法对资料进行管理，很可能造成资料存储的混乱，甚至会造成资料的丢失， 从而影响海浪数值预报业务的发展。此外，在海浪数值预报业务中，海浪数值的 可视化对预报人员及时查看各海域风浪数值图像，准确的做出预报发挥着重要作 用。因此加强对于海浪数据的管理，科学规范的存储海浪资料，实现海浪预测资 料的可视化显得尤为重要。 为了实现海浪数据管理的科学化规范化，方便海浪预报人员对海浪数据管 理，同时也为了实现海浪数值参数可视化，方便海浪数值图像信息的查询和预报。 本文引入s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库以及专业绘图软件s u f f e r ，在v b 6 0 编程语言环 境下，设计实现了海浪预报数据管理及可视化系统。该系统分为三个子系统，分 别是数据管理子系统、图像生成子系统以及图像显示子系统。 1 ) 数据管理子系统。负责对海浪数值文件进行管理，主要实现了以下功能： 1 、文件自动存储，系统连接海浪模式运转服务器，将经过模式转换后的海浪数 值文件下载到本地磁盘，并根据时间区域和类型对下载的文件进行分类存储，实 现了资料的自动存储；2 、数据自动更新，系统按照用户设定的时间间隔自动检 测服务器，查看是否有新数据生成并将最新的海浪数值文件下载到本地，实现了 信息的自动更新；3 、数据库管理，系统引入数据库技术，设计相关表格对海浪 文件存储路径等相关信息进行保存，用户无需知道文件的存储格式及存储位置等 信息，通过数据库便可实现对数值文件的管理。 2 ) 图像生成子系统。负责对下载到本地数值文件进行处理，实现了海浪数值 图像的生成和分类存储功能。系统利用v b 语言编程，调用专业绘图工具s u f f e r 对数值文件进行处理，生成海浪矢量图像，实现了海浪数值图像的自动生成。同 时，根据数值图像的特点，对其分类存储以便用户查找使用。 3 ) 图像显示子系统。负责显示海浪数值信息的可视化，实现了以下功能：1 、 数值图像的显示，系统实现了对各海域数值图像显示，具有图像的放大、信息的 鼠标跟随、图像标尺等功能，为海浪预报人员查看各海域数值信息提供了便利； 2 、历史图像查询，通过该功能海浪预报人员可以查看各海域历史海浪数值图像 信息；3 、图像动态显示，通过连续播放海浪数值图像，实现了图像的动态延时 功能，使得海浪预报人员可以连续查看各海域风浪的变化情况。 经过长时间的测试与改进，系统目前已经正式投入使用。在使用的过程中， 系统在海浪预测资料管理以及可视化功能上都达到了预期的目标，为海浪预报人 员存储和查找资料，分析和预报海上风浪提供了技术上的支持和帮助。 关键词：海浪数值预报；v b ；s u r f e r ；数据库 i i d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fw a v ef o r e c a s td a t a m a n a g e m e n t a n dv i s u a l i z a t i o ns y s t e m a b s t r a c t w i t ht h eu n d e r s t a n d i n go fd y n a m i cp r o c e s s e so nt h ew a v e sa n d t h er e s e a r c ho n o b j e c t i v ef o r e c a s tm e t h o d sf o rw a v e s ，n u m e r i c a lp r e d i c t i o nh a sb e e ni n e r e a s i n g l v w i d e l yu s e di nd a i l yw a v ef o r e c a s t s w a v ed a t ai st h eb a s i sf o rf o r e c a s t si nt h ew a v e f o r e c a s t s i no r d e rt om a k em o r e a c c u r a t ef o r e c a s t s ，r e a l t i m ei 晌m a t i o n n o to n l v0 n t h a td a y , b u ta l s or e f e rt oh i s t o r i c a ld a t a ，a r ec o n s i d e r e d t h er e s e a r c h e s o nf o r e c a s t i n g m e t h o d sa r ei n s e p a r a b l ef r o mt h eh i s t o r i c a l d a t a h o w e v e r , w i t ht h ed e v e l o p m e n to f r e s e a r c hm e t h o d s ，w a v ed a t ai s p i l e du p i ft h e r ea r en o ts c i e n t i f ca n ds 伽d 捌i z e d m a n a g e m e n tf o rt h ed a t a ，d a t as t o r a g ei s l i k e l yt ob ec o n f u s i o n ，o re v e nc a u s ed a t a l o s s , t h u sa f f e c t i n gt h ed e v e l o p m e n to fn u m e r i c a lp r e d i c t i o no fw a v e s i na d d i t i o n i n d a l l yw a v ef o r e c a s t s ，w a v en u m e r i c a lv i s u a l i z a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr 0 1 et om a k e s u r e t h a t t h ef o r e c a s t e r sc a ns e et h ew a v ed i g i t a li m a g ea n dm a k ea c c a t ef o r e c a s t 蛐m e d i a t e l y t h e r e f o r e ，i t si m p o r t a n tt oe n h a n c et h em a n a g e m e n tf o rt h ei n f o 肌a t i o n o fw a v e sa n da c h i e v et h ev i s u a l i z a t i o no fw a v e f o r e c a s t i n gi n f - o r n l a t i o n i no r d e rt of a c i l i t a t et of o r e c a s ta n d q u e r yt h en u m e r i c a lw a v ei m a g ei n f o 册a t i o n a c h i e v et h ev i s u a l i z a t i o no fw a v en u m e r i c a lp a r a m e t e r sa n df a c i l i t a t e t of o r e c a s ta n d q u e r yt h en u m e r i c a lw a v ei m a g ei n f o r m a t i o na n da c h i e v et om a n a g et h ei n f o n l l a t i o n o tw a v e s ， t h ew a v e n u m e r i c a l p a r a m e t e rv i s u a l i z a t i o ns y s t e mb a s e do n c s c o n s t r u c t i o nw a sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e d t h es y s t e mi sd i v i d e di n t 0t h r e e s u b s y s t e m s ：t h ed a t am a n a g e m e m s y s t e m ，i m a g eg e n e r a t i o ns y s t e ma n di m a g ed i s p l a y s y s t e m 1 ) t h ed a t am a n a g e m e n ts y s t e m ，r e s p o n s i b l ef o rt h em a n a g e m e n to f 此w a v e 肌m 印c a lf i l e sa n di t m a i n l ya c h i e v e dt h ef o l l o w i n gf u n c t i o n s ：f i r s t l y ，f i l e s t o r e s a u t o m a t i c a l l y , t h es y s t e mc o n n e c t st h es e r v e r t h e nd o w n l o a dt h en u m e r i c a lf i l e st h a t h a sb e a nc o n v e r t e db yt h em o d e s e r v e rt ol o c a ld i s ka n ds t o r et h ef i l e s a c c o r d i n gt o t h et i m ea n dt h et y p e s e c o n d l y , d a t au p d a t e sa u t o m a t i c a l l y , t h e s y s t e md e t e c t st h e s e r v e rt os e ei ft h e r ea r en e ww a v e so fd a t ag e n e r a t e da n dd o w n l o a d s t 0t h el o c a li n i t i a c c o r d a n e ew i t ht h eu s e rs e ti n t e r v a l sa u t o m a t i c a l l y t h i r d l y ，d a t a b a s em a n a g e m e n t ， s y s t e mu s et h ed a t a b a s et e c h n o l o g y ，d e s i g n - r e l a t e df o r m s a tt h ef i l es t o r a g ep a t ht o s a v er e l a t e di n f o r m a t i o n ，t h eu s e rd o e s n tn e e dt ok n o wt h e f i l es t o r a g ef o r m a t ， l o c a t i o na n do t h e ri n f o r m a t i o n 2 ) i m a g eg e n e r a t i n gs y s t e m ，r e s p o n s i b l e f o r d o w n l o a d i n ga n dp r o g r e s s m g n u m e r i c a lf i l e s a n dr e a l i z e dt h eg e n e r a t i o n o fn u m e r i c a li m a g e so fw a v ea n d c l a s s i f i c a t i o no fs t o r a g e s y s t e mp r o g r a m m e dw i t hv bl a n g u a g e a n dt r a n s f e r r e d i m m e r i c a lf i l e si n t ow a v ev e c t o rg r a p h i c sw i t hp r o f e s s i o n a ld r a w i n gt o o l ss u r f e r a u t o m a t i c a l l v m e a n w h i l e ，a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so fd i g i t a li m a g e s ，t h e s y s t e ms t o r ei m a g e sb yt h e r et y p e ss ot h a tu s e r s c a nf i n dt h ei m a g ee a s i l y 3 ) i m a g ed i s p l a ys y s t e m ，r e s p o n s i b l e f o rv i s u a l i z i n gt h en u m e r i c a lw a v e i m p l e m e n t st h ef o l l o w i n gf u n c t i o n s ：f i r s t l y , d i s p l a y i r gn u m e r i c a li m a g e t h es y s t e m c a nd i s p l a yt h en u m e r i c a li m a g eo fe a c hs e af i e l da n dh a st h ef u n c t i o n so fi m a g e m a g n i f i c a t i o n ，m o u s ef o l l o w i n gi n f o r m a t i o na n di m a g es c a l e ，w h i c hp r o v i d e sm u c h c o n v e n i e n c et ot h ew a v ef o r e c a s t e rc h e c k i n gt h e i n f o r m a t i o no fe a c hs e af i e l d s e c o n d l y , q u e r y i n gh i s t o r yi m a g e t h ew a v ef o r e c a s t e rc a l l c h e c kt h ei n f o r m a t i o no f n u m e r i c a lw a v ei m a g eo fe a c hs e af i e l du s i n gt h i sf u n c t i o n t h i r d l y , d i s p l a yi m a g e a u t o m a t i c a l l y t h r o u g hp l a y i n gt h en u m e r i c a lw a v ei m a g ec o n t i n u o u s l yt h e s y s t e m c a nd e l a yi m a g ed y n a m i c a l l y , w h i c he n a b l et h ew a v ef o r e c a s t e rt oc h e c kt h ev a r i o u s c o n d i t i o n so fe a c hs e af i e l dc o n t i n u o u s l y a f t e ral o n gp e r i o do ft e s t i n ga n dr e v i s i o n ，t h es y s t e mn o wp u t i nt ou s e i nt h e p r o c e s so fu s i n g ，t h es y s t e m h a sa c h i e v e dt h ee x p e c t e dg o a lb o t ha tw a v ef o r e c a s t i n g m a r l a g e m e n ta n dv i s u a l i z a t i o nf e a t u r e s ，w h i c hp r o v i d et e c h n i c a ls u p p o r t a n dh e l pf o r 、 ，a v ef o r e c a s t e r st os t o r ea n df i n di n f o r m a t i o n ，a n a l y s i sa n df o r e c a s t i n gs e a w a v e s k e y w o r d s ：n u m e r i c a l w a v ef o r e c a s t i n g ；v i s u a lb a s i c ；s u r f e r ；d a t a b a s e i v 目录 1 引言1 1 1 研究背景及意义1 1 2 存在的问题。2 1 3 本文工作2 1 4 本文组织结构_ 4 2 需求分析：5 2 1 系统设计目标5 2 2 海浪预测资料分析6 2 2 1 预测资料区域分类：6 毙 2 2 2 预测资料类型分类7 2 3 系统功能分析8 2 3 1 数据存储点8 2 3 2 数据处理9 2 3 3 矢量图像生成1 0 赣 2 3 4 数值图像显示1 0 2 3 5 数值图像查询1 1 2 4 关键技术1 1 2 4 1c s 架构程序简介1 l 2 4 2 服务器连接协议f t p 1 2 2 4 3 绘图软件s u r f e r 1 2 2 4 4 绘制等值线图l3 2 4 5 矢量图的绘制1 3 2 4 6v b 对s u r f e r 的调用1 4 2 4 7 数据库连接15 3 系统概要设计16 3 1 系统框架1 6 3 2 系统功能及模块划分1 7 v 3 3 数据管理子系统设计1 8 3 3 1 数据接收模块1 8 3 3 2 数据处理模块2 0 3 3 3 数据检测模块2 0 3 3 4 数据库管理模块2 l 3 3 5 数据查询模块2 l 3 3 6 数据备份模块2 l 3 4 图像生成子系统设计2 2 3 5 图像显示子系统设计2 4 3 5 1 数据读取模块2 4 3 5 2 当前图像信息显示2 4 3 5 3 历史图像查询j 2 6 3 5 4 图像动态演示。2 7 3 5 5 数据实时显示2 7 3 5 6 图像打印2 8 3 6 数据库设计2 8 3 6 1 区域信息表设计2 8 3 6 2 数值信息表设计2 9 3 7 关键算法3 0 3 7 1 原始数值转换3 0 3 7 2 鼠标跟随功能3 3 3 7 3 图像放大功能3 4 3 7 4 图像标尺功能3 5 3 8 本章小结3 6 4 系统详细设计与实现3 7 4 1 开发环境与工具的选择3 7 4 1 1 开发环境3 7 4 1 2 数据库的选择3 7 4 1 3 系统运行所需其他软件3 8 v i 4 2 数据管理子系统3 8 4 2 1 数据库及表格创建3 8 4 2 2 数据库连接3 8 4 2 3 界面初始化3 9 4 2 4 数据路径设置4 0 4 2 5 数据接收4 l 4 2 6 数据检测4 2 4 2 7 数据处理4 2 4 3 图像生成子系统4 4 4 3 1 图像绘制4 4 4 3 2 图像存储4 8 4 4 图像显示子系统4 8 4 4 1 系统主界面二4 8 4 ：4 2 图像显示4 9 4 4 3 图像播放设置5 l 4 4 4 图像的播放控制5 2 4 4 5 系统状态显示模块k 嚣5 3 4 4 6 历史图像查询5 3 4 4 7 鼠标跟随功能5 3 4 4 8 图像放大功能5 4 4 4 9 标尺功能5 6 4 4 1 0 打印模块5 7 4 5 本章小结5 8 5 总结与展望。：5 9 5 1 总结j 一5 9 5 2 展望5 9 参考文献6 1 致谢6 3 v 个人简历一6 4 学术论文与研究成果一6 4 v i i i 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 l 引言 1 1 研究背景及意义 海浪是发生在海洋中的一种海水波动现象，一般指由风引起的海水波动。 一般波浪高度从几厘米到2 0 米，在罕见的情况下可以达到3 0 米以上【1 1 。在海 上，巨大的海浪会对船舶航行、海上工程、渔业捕捞和海上军事等活动造成威 胁，比如海浪在海上会引起船舶摇动，严重的情况下会使船舶倾覆、机器失控、 甚至使船拦腰折断。而在近海和海岸，巨大的海浪也会造成一定破坏，他不仅 冲毁沿海的堤岸、海塘、港口、码头和各类建筑物，甚至伴随风暴潮，卷走人 畜，致使大片农作物受淹和各种水产养殖产品受损。海浪所致的泥沙运动，还 会淤塞海港和航道，影响船舶的正常航行，对水路运输事业的发展造成不利影 响f 2 】。 因此，及时准确的海浪预报，对于保障海上及海岸的安全以及航运事业的 健康发展，都具有十分重要的作用。但是海浪是一种十分复杂的随机现象，海 浪的物理机制研究进展缓慢，至今仍没有理论上严密和完善的海浪预报方法【3 】。 6 0 年代以来随着卫星和计算机的广泛使用，海浪预报的发展取得了巨大的成果， 产生了海浪的数值预报方法。数值预报方法的产生，使得在进行海浪预报时， 可以考虑更复杂、更符合实际的风场条件和初始海浪状态。 海浪预报业务一般由国家或地方专门海洋预报服务机构或气象业务系统的 海洋部门承担，预报主要以海浪实况图和预报图、文字与图表等形式发出。海 浪实况图与预报图的制作首先需要获得当天海浪实况资料，并由计算机填在区 域海洋图上，预报员据此应用海浪计算方法结合天气图资料进行分析、绘制当 天海浪实况图及未来预测图1 4 j 。 在海浪预报业务化系统中，科学规范的管理海浪数据，同时构建一个合理 的海浪数值参数可视化系统，对于提高海浪预报工作的工作效率，具有重要的 作用【5 】。通过科学的管理数据资料，预报人员可以轻松地查阅和存储历史的海 浪数据。同时通过可视化系统，海浪预报工作人员可以快速、直观、动态的观 察各海域海浪数值信息，从而迅速对未来风浪进行预测，提高了工作效率【6 j 。 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 1 2 存在的问题 目前我国海浪预报体系正在不断完善，预报水平不断提高，但与世界发达 海洋国家相比还有一定差距。其中存在的一个主要问题是海浪数值预报产品形 式单调。目前我国海浪预报多以预报图的形式进行预报，单产生的图像只是一 幅静态的矢量图，用户只能从图中获得对当前各海域风浪情形的宏观上的把握， 无法从图中获取具体位置海域的数值信息。这对海浪预报工作的开展，进行海 浪数值预报的研究都是不利的。 在海浪数值资料管理上，由于海浪预报同天气预报一样，是建立在广泛而 事实的资料来源基础上。要做出准确的预报，既需要当天的实时资料，也要参 考以前的历史资料。因此海浪预报需要保存大量的历史数据，包括海浪数值信 息以及由其生成的海浪数值图像。预报和预测方法的研究则更离不开历史资料。 而海浪资料采集具有时间长地域广、数据类型多、数据量大等特点，这给海浪 预测资料管理工作带来了巨大的挑战。目前海浪数值资料的管理并没有统一的 方案，容易造成管理上的混乱。因此对海浪数据资料进行规范的管理和保存显 得尤为重要。 1 3 本文工作 针对以上问题，本文根据海浪数据资料特点，以及预报工作对数值图像的 要求，实现了基于数据库的海浪预测数据管理及可视化系统。该系统不但实现 了对海浪数据资料的管理，而且实现了海浪数值图像的动态显示。为海浪预报 人员对海浪数值数据进行管理，以及海浪数值预报研究提供了便利。 系统主要功能如下： 1 ) 资料下载自动化。 用户只需输入原始数据服务器地址，程序就可以自动下载数据到本地。数 据在下载到本地后，系统将按照时间顺序对其进行分类存储，将同一区域相同 类型的数据，放在同一类型文件夹下。这样无论是后续的数据处理，还是系统 管理都将十分方便。整个下载过程，用户只需操作一次，程序便会每次按照用 户的设定下载资料，无需用户操作，真正实现了数据资料下载的自动化。 2 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 2 ) 资料管理规范化。 系统引入数据库管理模式，在将数据下载到本地后，程序将连接数据库将 存储的相关信息保存到数据库表格中，每隔一段时间会对原始数据进行备份， 保证了数据的安全。通过数据库管理，用户只需输入待查看数据时间区域类型， 系统便会根据用户输入的内容对数据进行查找，并将用户选择的数据以数值图 像的形式显示到程序中，这样用户就不会因为忘记存盘地址而无法找到资料。 同时程序还会自动备份原始海浪数值资料，使得用户不会因为操作的失误而将 数据删除导致资料丢失，无法恢复。 3 ) 数值图像自动生成 系统会自动调用绘图软件s u r f e r 7 1 ，对下载到本地的海浪原始数据进行处 理，生成等高线图，着色后添加边界图，生成矢量图像。用户只需输入图像保 存的地址，程序就会自动将数据保存。其中数据保存的格式，类似与原始数据 保存的格式，并将生成后的图像信息保存到数据库中，以便于图像显示系统加 载图像以及用户对图像进行管理。 4 ) 图像显示功能强大 可视化图像显示系统功能强大，用户通过可视化窗口可以查看各海域当前 海浪数值图像信息，也可以选择查看历史海浪数值图像。可视化系统在图像显 示上具有以下特点： 一是图像显示动态化，由于海浪数值图像在时间上是离散的，用户每次只 能查看一幅图像，这对海浪预报人员预报工作带来了困难。本文设计实现了图一 像的连续演示功能，通过连续更新海浪数值图像，用户可以动态查看海浪数值 图像，从而加深对海浪运动趋势的认识。 二是图像数值显示的鼠标跟随功能，当用户将鼠标移动到图像中，在鼠标 的右侧会弹出一个小标签，显示当前位置海域的数值信息，包括经度纬度风速 风向等信息，这使用户不但对海域的风浪有宏观的认识，同时对各区域风浪的 精确数值有所了解，为预报人员研究风浪提供了便利。 三是图像放大功能，由于受屏幕大小的显示，用户无法看清较小范围的海 浪数值图像信息。程序添加了放大的功能，用户只需通过拖动鼠标，选择待放 大区域，程序就会将放大的区域显示到界面中，为海浪预报人员查看小范围图 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 像信息提供帮助。 四是图像标尺功能，在很多时候用户需要定位某一位置，查看该节点的海 浪数值信息。为了使用户更加精准的定位坐标点位置，程序设计实现了图像标 尺功能，即在用户移动鼠标过程中会以鼠标为原点引出虚线坐标轴，分别垂直 于经度线和纬度线，这样用户在定位的时候就会更加精准方便。 1 4 本文组织结构 全文共分五章 第一章：引言，简单介绍了系统开发的背景和意义、遇到的问题以及本文 所作的主要工作。 第二章：系统的需求分析，介绍了系统设计目标，初步对系统结构进行划 分，分析了系统的功能需求，最后介绍了实现系统功能所需关键技术。 第三章：系统概要设计，完成系统框架的设计，将系统分为三个子系统， 并分别介绍了这三个子系统：资料管理子系统，图像生成子系统，图像显示子 系统的概要设计方案。 第四章：系统详细设计与实现，介绍了系统的开发环境以及各模块各功能 的实现步骤和代码，并展示了系统各模块实现后的效果图。 第五章对本文进行总结指出存在的不足以及对软件未来改进的展望。 4 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 2 需求分析 2 1 系统设计目标 海浪预测数据管理及可视化系统主要面向海浪数值预报工作人员，对海浪 预报数值资料进行管理，同时帮助海浪预报人员对当前各海域图像及历史图像 信息进行分析。系统设计的主要目标是：管理大量海浪数值预报资料，对现有 的海浪数值资料进行可视化处理，实现海浪数值图像的可视化。结合预报工作 人员的实际需求，设计合理的资料管理模式和操作简洁功能强大的数值图像可 视化系统，使得海浪预报数据的管理更加规范科学，海浪数值信息显示实时化、 动态化、可视化。 系统设计实现后，应当达到以下要求： 鳜 1 ) 实现海浪数值资料的下载，分类存储功能。连接服务器，将数值资料下 载到本地，自动按照数据下载的时间、区域、类型对资料进行分类存储，以便。 用户管理。 2 ) 实现海浪数值资料的处理，生成矢量图像并且完成海浪数值转换。使用 专门绘图工具，对数值资料进行处理生成相应的矢量图像。利用公式对海浪资秽 料进行模式转换，得到最原始的数值资料，通过该资料用户可以更加清楚的了 解当前海域风浪信息。并将新生成的资料按照时间、区域、类型进行分类存储， 以便日后查找使用。 3 ) 根据海浪预报人员的实际需求，实现海浪数值预报可视化系统。由于海 浪数值图像的采集时间间隔长，并且采集的区域广、数据类型多，用户在对数 值图像的查看和分析都有一定困难。系统需要对图像进行分类显示，同时在图 像显示中还要加载各坐标点的数值信息，以便用户查看信息。 4 ) 系统运行可靠，能连续准确的处理业务，具有较强的容错性能和异常处 理功能。优化逻辑设计与物理设计，使系统运行效率高，反应速度快。 5 ) 系统界面友好、风格一致，功能齐全，能够满足业务需求，操作简单、 灵活，便于用户理解和使用。 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 2 2 海浪预测资料分析 在海浪预报业务中，需要对各海域进行长期观测，通过观测得到的数据再 加上理论的推导，才能得到较为准确的预报结果，这也是目前较为常用的半理 论半经验预报方式。海浪预测数据种类包括以下几种：风速风向数据、波高波 向数据以及周期预测类型数据。这三种数据是服务器将各数据采集点所收集的 数据收集后，采用国际第三代海浪模式w a v e w a t c h i i i 8 。o 】进行运算后生成的。 这些数据以a s c i i 码的形式保存于文件中，保存的格式基本类似，其文件结构 如下所示： 表2 1 文件结构表 行序 信息 备注 ld s a a ( 字母信息代表该文件为a s c i i 格式图片数据文件，注意， 必须大写且从第一行第- - y u 开始，即d s a a 前面不能有空格) 2 n x ，n y( 表示x 方向网格点的个数n x ，y 方向网格点的个数n y ) 3x l o ，x h i ( 表示x 方向网格点的最小值和最大值) 4 y l o ，y h i( 表示y 方向网格点的最小值和最大值) 5 z l o ，z h i( 表示z 方向网格点的最小值和最大值) 6 g r i dr o w l( 表示z 在点( x l ，y 1 ) ，( x 2 ，y 1 ) ，( x n ，y 1 ) 的值) 7 g r i dr o w 2( 表示z 在点( x l ，y 2 ) ，( x 2 ，y 2 ) ，( x n ，y 2 ) 的值) n g r i dt o w n( 表示z 在点( x l ，y n ) ，( x 2 ，y n ) ，( x n ，y n ) 的值) 文件具体内容随数值类型以及数值区域的不同而不同，下面将分别根据数 据区域和类型分别介绍文件的具体内容格式。 2 2 1 预测资料区域分类 我国海岸线位于太平洋西岸，绵延数千公里。海浪预报所涉及的区域也较 为广阔，一般国家监测海浪数值信息的海域包括：西北太平洋区域、台湾岛区 域以及重要区域。预报信息按照区域的划分，数值文件分为西北太平洋区域、 台湾岛区域以及重要区域。7 6 海浪预测数据管理及可视化系统的蹬计与实现 1 ) 西北太平洋区域 该海域是位于太平洋西北区域，即从东经1 2 1 度到1 4 3 度，从北纬3 3 度到 5 2 度的海区与海岸区，其所涉及的国家主要包括朝鲜、日本、韩国、俄罗斯和 我国。因此，在该区域采集到的海浪数值文件中，数据采集的范围是从东经1 0 5 0 度到1 5 5 0 度，北纬1 0 0 度到4 5 0 度。在数据精度的选择上，考虑到数据采集 的范围较广，如果选择的精度过高，则会造成数据冗余文件过大，对数据的传 输和存储会带来困难，因而精度不能过高。如果选择的精度过低，则采集到得 数值无法反应海域内风浪的情形，因此精度也不能过低。经过长期的计算和分 析，在西北太平洋区域，数据采集的密度为每0 5 度一个格点。由海域的范围 和数据采集的精度可知，在每一个西北太平洋区域的数值文件中，都有1 0 1 行 7 1 列7 1 7 1 个数值数据。 2 ) 台湾岛区域 ， 该海域即我国台湾附近海域，位于我国东南沿海，属于西北太平洋区域。 海域范围从东经1 1 7 度到1 2 5 度，北纬2 0 度到2 7 度。与西北太平洋区域不同， 该区域范围较小，数据监测精度可以适当放大，为了保证显示效果便于存储管 理，监测精度为每0 0 6 经度和0 7 6 纬度为一格点。因此数据采集后的数值文件 中，共包括7 3 行6 7 列4 8 9 1 个数值数据。 j 二 3 ) 重要区域 该海域范围是从东经1 1 8 度到1 3 3 度，北纬2 5 到3 7 度，即我国东部、韩 国以及日本南部的部分海域。由于该海域常年多发生台风等自然灾害，对于海 浪预报作用极其重要，因此需要重点观测。由于海域范围适中，数据检测的精 度选择为每0 1 7 度一个格点，共采集9 1 行7 3 列6 6 4 3 个数值数据。 2 2 2 预测资料类型分类 在海洋中，对船舶作业以及人们海上生产东活动影响最大的是海浪和海风， 而海浪的形成又与海风紧密相关，因此为了能够准确预报风浪情况，需要检测 的数据信息包括：风速、风向、波浪高度和波浪方向等信息。 1 ) 风速风向数据 4 在理论计算和实践观测中可以证实，海浪的波高和海面风速的平方大概成 7 海浪预测数据管理及可视化系统的设计与实现 j 下比例。因此，波浪预告的精度在很大程度上依赖于海面风场的计算精度。海 面风的大小和风向不仅影响波浪的预报，而且它本身也是海洋天气预报的重要 气象要素。因此在海浪数值检测中，风速风向是重要的检测对象。原始风速风 向文件，经过模式运转后，生成风速u ( 东西风，也就是经向风) 文件和风速v ( 南 北风，也叫纬向风) 文件。通过这两种文件的组合，专业绘图软件可以通过其直 接生成海面的风速风向矢量图，以供用户查看。 2 ) 波高波向数据 在海洋中发生着各种各样的波动，就其时间尺度来讲，可以从十分之几秒 的周期到几天，几个月，甚至几十年的长周期波动，从水平尺度来说，可以从 几厘米的波长到几千公里的波长，这些波动被统称为海浪或者波浪。海浪的形 成与风等其他因素有关，在风的直接作用下产生的水波，称为风浪。风浪离开 风的作用区域后，在风里甚小或无风水域中的波浪称为涌浪或简称涌。海浪对 于近海渔业生产等影响较大，而其形成因素也较为复杂，因此需要从多方面对 其进行观测。这里数据检测的内容主要包括波浪的高度和波浪的方向，通过波 浪的高度以及方向海浪预报人员可以清楚地了解当前各海域的波