气象信息与电子海图叠加的研究与实现

论文摘要

随着海洋经济的不断发展,海上航运日益频繁,海洋气象环境对船舶航行安全起着举足轻重的影响,因此为船舶驾驶人员提供及时的气象信息,来掌握未来海上气象的变化显得尤为重要。GRIB数据(GRIdded Binary,二进制格点加工数据)是使用世界气象组织建议使用的表格驱动码中的一种GRIB码编写的,主要用于表示数值天气分析和预报的格点数据,并可直接作为气象信息的标准格式存档。本文在国家船舶导航工程研究中心设计研发的电子海图显示与信息系统的基础上,利用VS2008开发工具设计并实现了气象信息与电子海图叠加的功能,完成对GRIB编码的气象信息的解析、标识并与电子海图叠加,为船舶驾驶人员提供图像清晰,操作简单的护航信息,有效地保证航线安全。本文首先利用WTL框架设计了人机交互界面,用于实现实效时间的选择和即时信息的显示,接着为实现其功能,又相继设计了数据处理模块和数据描画模块。数据处理模块主要负责处理通过Email获取的GRIB数据,以八位组为基本单位对GRIB数据进行解析,并对解析完的数据以接口的形式对外提供调用。数据描画模块通过调用数据处理模块的接口,读取解析后的风场数据和气压数据,并对风场数据以风标的形式,按照数据格点的位置标绘到海图上,对于气压数据,则是通过调用外部的等值线COM组件,完成等压线中等压数据的计算、等压值的追踪、等压线的生成,并以一定的间隔在海图上对等压线进行标注,完成对GRIB数据的图像化和可视化的处理,实现气象信息与电子海图的叠加显示。本文最后为了验证设计实现的结果,截取2011年一号台风在台湾附近海面活动时,一天内四个时间段的气象数据,然后对叠加完后的结果进行对比。实验结果表明,本设计思路正确,实现方法切实可行,并有一定的价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 国内外发展现状
• 1.3.1 电子海图显示与信息系统发展概况
• 1.3.2 航海气象的发展概况
• 1.4 论文主要研究内容及结构安排
• 第2章 气象信息简介
• 2.1 气象信息概述
• 2.2 GRIB概述
• 2.2.1 GRIB的数据结构
• 2.2.2 GRIB的编码格式
• 2.2.3 GRIB的数据压缩
• 2.3 本章小结
• 第3章 气象信息与电子海图叠加的设计思想
• 3.1 系统设计思路及原则
• 3.1.1 系统设计思路
• 3.1.2 系统设计原则
• 3.2 系统设计方案
• 3.2.1 系统数据处理流程
• 3.2.2 系统的总体结构与设计
• 3.3 开发环境及工具
• 3.3.1 C++和面向对象编程
• 3.3.2 wxWidgets简介
• 3.3.3 WTL简介
• 3.3.4 Visual Studio 2008简介
• 3.4 本章小结
• 第4章 气象信息与电子海图叠加的设计实现
• 4.1 坐标变换的设计实现
• 4.1.1 坐标变换的设计
• 4.1.2 坐标变换的关键技术
• 4.1.3 坐标变换的具体实现
• 4.2 UI模块的设计实现
• 4.2.1 UI模块的功能设计
• 4.2.2 UI模块的界面设计
• 4.2.3 UI模块的关键技术
• 4.2.4 UI模块的具体实现
• 4.3 数据处理模块的设计实现
• 4.3.1 GRIB数据获取
• 4.3.2 GRIB数据解析
• 4.3.3 GRIB数据的存储与读取
• 4.3.4 GRIB数据的插值
• 4.4 数据描画模块的设计实现
• 4.4.1 风标符号的设计
• 4.4.2 风标符号的计算
• 4.4.3 风场数据描画的实现
• 4.4.4 气压数据描画的设计
• 4.4.5 气压数据描画的关键技术
• 4.4.6 气压数据描画的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 气象信息与电子海图叠加的实现结果
• 5.1 界面显示
• 5.2 叠加显示
• 5.2.1 气压数据叠加
• 5.2.2 风场数据叠加
• 5.2.3 气象数据叠加
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历