船用西北太平洋热带气旋显示和标绘系统软件的开发和应用

，，，

(1.集美大学 航海学院，福建 厦门 361021；2.中国科学院 东北地理与农业生态研究所，长春 130012)

热带气旋是对流层中最强大的风暴系统，对航海安全威胁最大。当船舶航行的海区有热带气旋出现时，船舶驾驶员要随时根据最新气象报告在海图上对热带气旋的位置和移动进行标绘和量算，为避抗台风提供依据。这种传统的标绘在海图上只能标出热带气旋的位置和移动路径，航行在海上的船舶，要随时掌握本船和热带气旋的距离、方位以及台风大风范围等信息，这些信息在小比例尺海图上进行标绘和量算比较麻烦，也有一定的误差；用公式进行计算既麻烦又费时。针对船上避抗台风的实际需要，笔者应用地理信息系统(GIS)技术开发和设计西北太平洋热带气旋显示系统和标绘软件[1]。

1 软件的开发

1.1 开发环境

系统选用Browser/Server结构，后台数据库采用SQL Server2000，客户端以Windows 2000/XP操作系统作为西北太平洋热带气旋显示系统开发的基础，GIS控件MapObjects作为系统开发平台，Microsoft Visual Basic 6.0作为系统开发工具。利用MapObjects支持的空间数据引擎ADO引擎，将MapObjects作为一个对象使用，将其嵌入到应用系统，通过调用对象的方法和设置其属性实现系统的各种功能[2-3]。

1.2 开发过程

软件开发主要分为2个部分：制作西北太平洋简易电子海图和开发功能模块，流程见图1。

图1 船用西北太平洋热带气旋显示和标绘系统开发框

1.2.1 简易电子海图的制作

用于热带气旋显示的西北太平洋简易电子海图只需要海岸线和港口信息，主要侧重于我国近海。笔者选择海军航保部MVCF标准电子海图C101(中国海区及相邻海区)和C102(中国海区)2幅；应用ArcMap软件提取的海岸线和主要港口地理坐标；使用Arcview软件将海岸线和主要港口地理数据进行处理；选用墨卡托投影，形成简易电子海图[4]；将它作为系统的背景海图，再加注港口标注(地名)、10°经纬网、5°经纬网和1°经纬网等图层数据。

1.2.2 开发功能模块

选择VB6.0作为开发工具，开发显示模块、测量模块和推算模块3个功能模块。

1) 显示模块。该模块是整个系统的基本模块，具有以下功能：

(1) 显示鼠标在电子海图上的地理坐标。

(2) 根据天气报告输入热带气旋的相关参数后，在电子海图上显示出来。显示内容包括时间、热带气旋中心位置、定位误差圆、移动路径和30、50 kn大风圈。

(3) 在输入船舶的相关参数后显示时间、船位和航迹。

(4) 输入转向点位置后显示计划航线。

(5) 显示测量模块和推算模块的结果。

2) 测量模块。该模块具有2个量算功能：

(1)在电子海图上量算两点之间恒向线的距离和方位。这是该模块的基本功能，主要用于量算热带气旋和船舶之间的距离，为进行回避台风决策提供依据，也可以用于西北太平洋航线的辅助计算和设计。

(2)在电子海图上量算多点间的总距离。这是该软件的辅助功能，可用于航线的辅助计算和设计。

3) 推算模块。是本系统的辅助模块，它的功能是在给出推算时间后，根据最近时间的移速和移向用恒向线公式计算未来热带气旋和船舶的位置。

最后以MapObject作为控件，将西北太平洋简易电子海图和3个功能模块加入其中进行组装，就完成了西北太平洋热带气旋显示和标绘系统软件。

1.3 系统主要功能实现

1.3.1 热带气旋显示及预测

系统根据热带气旋的天气报文内容在系统数据库中建立热带气旋数据表，每个热带气旋对应一个数据表，其参数项包括：

编号，名字，定位时间，强度(从热带低压TD、热带风暴TS、强热带风暴STS、台风T和消亡5项中选1)，中心位置(纬度、经度)，移向，移速，近中心最大风速，定位误差(选择20或40 n mile)，50 kn大风圈半径(西北半圆、东北半圆、西南半圆和东南半圆)，30 kn大风圈半径(西北半圆、东北半圆、西南半圆和东南半圆)。

使用者可根据显示内容的需要有选择地输入参数。参数录入完毕后，系统自动建立相应的矢量图层[5]。

根据热带气旋中心位置及强度，在热带气旋图层上显示热带气旋的位置与移动路径，在热带气旋起始位置旁边标注热带气旋的编号，其他位置旁边标注定位时间。系统可以在热带气旋中心位置处绘制以定位误差为半径的定位误差圆[6]。

根据热带气旋的50 kn大风圈半径与30 kn大风圈半径属性值，以该时刻热带气旋地理位置为中心，分别绘制西北半圆、东北半圆、西南半圆和东南半圆大风圈。

热带气旋的预测实现是根据最近时间热带气旋位置、移向、移速和输入的预测时间，用恒向线公式计算预测的位置，预测位置用圆形符号标注，预测路径用虚线显示[7]。

1.3.2 船舶显示及预测

系统根据船舶的相关信息在系统数据库中建立船舶数据表，每艘船每个航次对应一个数据表，其参数项包括船名，时间，船舶位置(纬度、经度)，航向，航速。

使用者可根据显示内容的需要有选择地输入船舶参数。1、2、2 1)中的(1)、(2)和(3)必须输入，用于显示船舶的位置和航迹。(4)和(5)用于推算船舶的移动。

根据船舶的位置及定位时间，在船舶图层上显示船舶位置与航线。系统在第一个船位点旁标注船名，其他船位点旁标注时间。

根据最近时间船舶位置、航向和航速，系统用恒向线公式计算预测时刻船舶的位置，预测位置用红色三角形符号标注，预测航线用虚线显示。

计划航线显示的实现是通过利用转向点编号和转向点位置(纬度、经度)参数实施控制，顺次连接转向点进行显示并标注转向点编号，计划航线用虚线显示[8]。

1.3.3 距离与方位的测量

根据恒向线公式，利用系统获取的起始点和到达点的经纬度地理坐标，获取2点间的距离和方位，以及多点间的总距离。

2 应用

在2006年9月7日～10月23日，笔者在广海华光轮带学生海上实习，实习航线为我国沿海南北线。实习期间，西北太平洋出现过0613SHANSHAN(珊珊)、0614YAGI(摩羯)、0615XANGSHEN(象神)、0616BEBINCA(贝碧嘉)、0617RUMBIA(温比亚)和0618 SOULIK(苏力)共6个热带气旋。这些热带气旋与华光轮距离很远，未造成任何影响，距离最近的一次是在9月12日与0613“珊珊”距离约650 n mile。对于每一个热带气旋都使用本软件进行了标绘和测量，取得了很好的效果，最有实际意义的是对0613“珊珊”的标绘和测量。

华光轮2006年9月9日上午0830从广州黄埔新港起航，目的港锦州。9月10日进入台湾海峡后，因受冷高压影响，风浪很大。9月11日在台湾海峡北部，风浪进一步加大，在牛山岛附近海域白天船舶几乎不动，船舶横摇15°，纵倾严重，螺旋桨时常打飞车造成船舶剧烈振动。傍晚船长决定调头，到兴华湾锚地避风。在日本东京台9月11日0600Z(北京时间14：00)地面分析图上，0613号强热带风暴(STS)“珊珊”出现，预计第2天会加强成为台风，当时“珊珊”的位置在18.5°N、133.7°E，距离兴华湾锚地近900 n mile。从当时天气图判断，大陆冷高压和海上的副热带高压会合并，未来两三天“珊珊”会西移，影响到台湾以东地区。收到传真图后，立即用本软件对0613“珊珊”和华光轮进行标绘。船长和驾驶员会商后，根据0613“珊珊”未来移动判断和标绘的结果，决定第2天早立即北上。

9月12日早上华光轮离开兴华湾锚地北上，于9月16日早上5点靠锦州港。笔者不断根据最新的天气报告对0613“珊珊”和华光轮航线进行标绘，掌握0613“珊珊”和华光轮的动态。0613“珊珊”在9月14日1200Z前一直西行，随后开始在台湾以东转向，至16日0000Z转向东北，以后移向不变，移到日本海并最终变性为温带气旋。华光轮在9月12日1800Z与0613“珊珊”的距离最近，大约650n mile。在14日1200Z华光轮已经到达黄海中部，与台风距离900多n mile。16日0613“珊珊”在台北以东完成转向时，华光轮已经靠锦州港。19日华光轮在锦州装货后启航，0613“珊珊”已经进入日本海。

3 结束语

船用西北太平洋热带气旋显示和标绘系统是针对船舶海上回避台风的实际需要开发的，在进行热带气旋标绘和量算时极为方便和快捷，可以为船舶防抗台风提供准确的参考数据，替代驾驶员人工标绘和量算，具有很强的实用性。GIS技术在各个方面都得到了广泛的应用，但在航海气象领域应用不多。本软件的开发是在这方面做一个初步的尝试，还需要在以后的实践中不断改进和完善。

[1] 陈述彭,鲁学军,周成虎.地理信息系统导论[M].北京:科学出版社,1999.

[2] 张 钊.基于MapObjects 的台风风暴潮相似型预报系统[J].海洋预报,2004,21(2):70-73.

[3] 韩 鹏.地理信息系统开发——MapObjects方法[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

[4] 李 颖,田蔚风,金志华,等.一种新型的电子海图显示系统开发方案[J].船舶工程,2002,24(1):47-50.

[5] 江春发,王仁谦.用GIS技术建立台风跟踪预警系统[J].华侨大学学报：自然科学版,2003,24(1):60-63.

[6] 李洪才,王永信,林少奕.广东沿海台风风暴潮可视化预报系统[J].海洋预报,2004,21(4):81-87.

[7] 冀春晓,叶子祥,杜友强.温州市台风预报决策服务系统[J].浙江气象,2004,24(2):7-10.

[8] 郝燕玲,上官伟,唐艳红, 等.基于电子海图显示与信息系统的海洋环境信息处理系统设计[J].船海工程,2007,36(1):129-133.