臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估中相似臺(tái)風(fēng)的篩選

摘要：相似臺(tái)風(fēng)篩選是一種重要的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估方法。為快速、準(zhǔn)確地篩選相似臺(tái)風(fēng)及其災(zāi)情信息，建立了基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)路徑及其災(zāi)情信息的一體化管理；設(shè)計(jì)了篩選相似臺(tái)風(fēng)的方法；選擇對(duì)ＡｒｃＭａｐ進(jìn)行擴(kuò)展的方法，開(kāi)發(fā)了基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條，利用該工具可以快速準(zhǔn)確地從臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出在時(shí)空上與預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)相似的歷史臺(tái)風(fēng)及其災(zāi)情信息。實(shí)踐表明，該方案明顯加快了評(píng)估報(bào)告的撰寫速度，增強(qiáng)了報(bào)告的科學(xué)性，較好地滿足了業(yè)務(wù)需要。

關(guān)鍵詞：臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估；相似臺(tái)風(fēng)；篩選；ＧＩＳ

中圖分類號(hào)：Ｐ４５７．８ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０12）07－1334-03

Screening of Similar Typhoon in Assessment of Typhoon Hazard

ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ－ｆｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｈｏｎｇ１，ＴＩＡＮ Ｇｕａｎｇ－ｈｕｉ１，ＸＵ Ｘｉａｎｇ－ｃｈｕｎ１，ＹＡＮＧ Ｌｉ－ｒｏｎｇ２

（１．Ｈａｉｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔｅｏｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ／ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ，

Ｈａｉｋｏｕ ５７０２０３，Ｃｈｉｎａ；２． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Protection and Develoment Utilization of Tropical Crop Germplasm Resources，

Ｈａｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ / Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｈａｉｋｏｕ ５７０２２８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ screening ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｙｐｈｏｏｎ ｈａｚａｒｄ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ filtering out the ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ and related hazard information ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ， ｔｈｅ Ｔｙｐｈｏｏｎ database ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ ｗｈｉｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｙｐｈｏｏｎ ｔｒａｃｋ ａｎｄ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ； ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ， ｔｈｅ Ｔｙｐｈｏｏｎ ｔｏｏｌｂａｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ＡｒｃＭａｐ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｉｃｋ ｏｕｔ ｈｉｓｔｏｒｙ ｔｙｐｈｏｏｎ ｗｈｉｃｈ were ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｙｐｈｏｏｎ ｉｎ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｙｐｈｏｏｎ ｄａｔａｂａｓｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｒｅｐｏｒｔ ｗｒｉｔｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ， ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｐｏｒｔ ａｎｄ ｍｅｅｔ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｂｅｔｔｅｒ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ of ｔｙｐｈｏｏｎ ｈａｚａｒｄ； ｓｉｍｉｌａｒ ｔｙｐｈｏｏｎ； ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ； ＧＩＳ

我國(guó)是受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一。受臺(tái)風(fēng)影響的省份在臺(tái)風(fēng)登陸或經(jīng)過(guò)時(shí)都會(huì)啟動(dòng)臺(tái)風(fēng)應(yīng)急響應(yīng)。臺(tái)風(fēng)應(yīng)急響應(yīng)啟動(dòng)之后，及時(shí)準(zhǔn)確地為各級(jí)決策部門提供臺(tái)風(fēng)災(zāi)害預(yù)評(píng)估和評(píng)估信息是氣象部門的一項(xiàng)重要工作。但由于臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估涉及因素多，單一的方法很難做到精確評(píng)估，通常是應(yīng)用多種方法分別進(jìn)行評(píng)估，提供多種方法的評(píng)估結(jié)果供決策部門參考，其中，相似臺(tái)風(fēng)法是一種重要的方法。所謂相似臺(tái)風(fēng)是指在年際上相近，日期上相鄰，強(qiáng)度上相近，活動(dòng)路徑上接近的臺(tái)風(fēng)。相似臺(tái)風(fēng)法的原理是相似臺(tái)風(fēng)由于在活動(dòng)路徑和強(qiáng)度上相近，因此發(fā)生時(shí)影響的地域及帶來(lái)的風(fēng)雨過(guò)程相近；又由于在發(fā)生年際和日期上相近，因此發(fā)生時(shí)所影響的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件相近。總體上看，相似臺(tái)風(fēng)所造成的災(zāi)害影響具有一定的可比性。

欲使相似臺(tái)風(fēng)法在應(yīng)急期間的評(píng)估工作中發(fā)揮作用，必須具備兩個(gè)條件：第一，建立完備的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)；第二，要有相應(yīng)的軟件支撐，以便快速準(zhǔn)確地從臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出同當(dāng)前臺(tái)風(fēng)相似的歷史臺(tái)風(fēng)及其相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，同時(shí)，軟件還應(yīng)具備成圖能力。目前，業(yè)務(wù)中使用的相似臺(tái)風(fēng)篩選系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和圖形圖像技術(shù)利用ＶＢ開(kāi)發(fā)而成的，該系統(tǒng)在業(yè)務(wù)中發(fā)揮了一定的作用，但是也存在著不少問(wèn)題。首先是歷史臺(tái)風(fēng)的路徑信息、屬性信息、災(zāi)情信息是分開(kāi)存儲(chǔ)的，不便于一體化管理。其次，系統(tǒng)只能對(duì)歷史臺(tái)風(fēng)基于路徑或者基于屬性單獨(dú)進(jìn)行查詢，不能實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)路徑和屬性的聯(lián)合查詢。再次，系統(tǒng)對(duì)查詢到的歷史臺(tái)風(fēng)不能依“某種相似度”進(jìn)行排序，查詢結(jié)果出來(lái)之后，還要用戶用經(jīng)驗(yàn)去進(jìn)一步判斷，嚴(yán)重影響了評(píng)估工作的科學(xué)性和效率。最后，系統(tǒng)在成圖的表現(xiàn)和美化方面靈活性不足。針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一套新的解決方案即基于ＡｒｃＧＩＳ的解決方案。

１ 基于ＡｒｃＧＩＳ的解決方案

根據(jù)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估中相似臺(tái)風(fēng)篩選的要求，研究選取地理信息軟件ＡｒｃＧＩＳ作為快速建立業(yè)務(wù)平臺(tái)的技術(shù)基礎(chǔ)。具體來(lái)說(shuō)，就是建立基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ［１，２］的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)并開(kāi)發(fā)基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ［３，４］的相似臺(tái)風(fēng)篩選工具條，由臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)、相似臺(tái)風(fēng)篩選工具條及擁有強(qiáng)大處理、管理、分析和共享能力的ＡｒｃＧＩＳ桌面軟件共同構(gòu)建臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估中篩選相似臺(tái)風(fēng)的業(yè)務(wù)平臺(tái)。圖１是基于ＡｒｃＧＩＳ解決方案的邏輯圖。

１．１ 臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中存儲(chǔ)歷史臺(tái)風(fēng)特征類和預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)特征類，其中，歷史臺(tái)風(fēng)特征類是線狀特征類，其屬性主要有編號(hào)、強(qiáng)度、年份、月份及相關(guān)災(zāi)情數(shù)據(jù)等；預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)特征類也是線狀特征類，其屬性主要有編號(hào)、強(qiáng)度、年份、月份等。歷史臺(tái)風(fēng)的災(zāi)情數(shù)據(jù)通過(guò)各種途徑收集得到，但有些臺(tái)風(fēng)的災(zāi)情數(shù)據(jù)由于年代久遠(yuǎn)或其他原因可能沒(méi)有收集到。另外，由于收集到的歷史臺(tái)風(fēng)資料為ＭＤＢ格式的關(guān)系數(shù)據(jù)，因此需要通過(guò)編寫相應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序，才能快速準(zhǔn)確地重整到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)中。臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)建好后就可以通過(guò)ＡｒｃＭａｐ和ＡｒｃＣａｔｏｌｏｇ等軟件進(jìn)行臺(tái)風(fēng)路徑的增刪、修改、數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與還原等管理和維護(hù)工作。

１．２ 相似臺(tái)風(fēng)的篩選流程

圖２是研究設(shè)計(jì)的篩選相似臺(tái)風(fēng)的基本流程。首先根據(jù)臺(tái)風(fēng)編號(hào)選取預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)并根據(jù)指定的半徑對(duì)預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)做緩沖區(qū)，接著根據(jù)預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)年代、日期、強(qiáng)度及緩沖區(qū)進(jìn)行屬性與空間聯(lián)合查詢。對(duì)查詢到的每個(gè)歷史臺(tái)風(fēng)，判斷其外包矩形與預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)外包矩形之間的重疊度是否都超過(guò)指定值；若是，則判斷其路徑長(zhǎng)度與預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑長(zhǎng)度之差與各自路徑長(zhǎng)度的比值是否都小于指定值；若是，則計(jì)算預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)控制點(diǎn)與歷史臺(tái)風(fēng)路徑之間的最短距離并取它們的平均值，記錄歷史臺(tái)風(fēng)的屬性數(shù)據(jù)及它與預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)的平均距離。對(duì)記錄到的歷史臺(tái)風(fēng)按距離排序，依次列出排序的臺(tái)風(fēng)供用戶選擇。可以看出，上述流程是通過(guò)不斷加強(qiáng)條件來(lái)篩選相似臺(tái)風(fēng)的。根據(jù)預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)年代、日期、強(qiáng)度及緩沖區(qū)進(jìn)行屬性與空間聯(lián)合查詢，篩選出了可能與預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)相似的歷史臺(tái)風(fēng)。外包矩形重疊度反應(yīng)了兩個(gè)臺(tái)風(fēng)影響范圍的相似程度。兩個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑長(zhǎng)度差與各自路徑長(zhǎng)度的比值給出了兩個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑長(zhǎng)度的相似程度。兩個(gè)臺(tái)風(fēng)之間的平均距離決定了兩個(gè)臺(tái)風(fēng)路徑的接近程度。

１．３ 地圖文檔的設(shè)計(jì)

為了加快成圖速度及保證成圖效果的一致性，必須設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)運(yùn)行的地圖文檔。需要設(shè)計(jì)的方面主要包括文檔包含的圖層、圖層的順序、圖層的符號(hào)化（如標(biāo)注）、選擇合適的互聯(lián)網(wǎng)底圖等。這樣用戶需要篩選相似臺(tái)風(fēng)時(shí)直接打開(kāi)預(yù)先設(shè)計(jì)好的地圖文檔即可迅速投入工作。

２ 軟件工具的實(shí)現(xiàn)及測(cè)試

為了使研究成果早日投入到日常業(yè)務(wù)中，選擇了對(duì)ＡｒｃＭａｐ進(jìn)行擴(kuò)展的開(kāi)發(fā)方法。這種方法可以將用戶的業(yè)務(wù)需求與ＡｒｃＭａｐ自身的強(qiáng)大功能結(jié)合起來(lái)，具有快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)。圖３是Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條，由篩選按鈕、路徑更新按鈕、劃定導(dǎo)出范圍工具、導(dǎo)出按鈕組成。圖４是相似臺(tái)風(fēng)篩選器對(duì)話框。

預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)的信息是以關(guān)系表的形式存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，使用時(shí)必須將這些信息（包括坐標(biāo)和屬性）轉(zhuǎn)換成Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)特征類需要的形式。用戶在打開(kāi)ＡｒｃＭａｐ軟件并調(diào)出Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條后，執(zhí)行路徑更新按鈕，程序就會(huì)對(duì)以關(guān)系表的形式存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中的預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并轉(zhuǎn)換成Ｔｙｐｈｏｏｎ ＧＤＢ中預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)特征類需要的形式，為開(kāi)始篩選做好準(zhǔn)備。

用戶設(shè)定好預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)編號(hào)、緩沖半徑等條件后，點(diǎn)擊篩選按鈕，符合條件的歷史臺(tái)風(fēng)編號(hào)就會(huì)按平均距離從小到大依次列出。圖４、圖５是對(duì)２０１１年第１７號(hào)（１１１７號(hào)）臺(tái)風(fēng)“納沙”的篩選效果。可以看出按條件共命中８３條記錄，依平均距離排在前五位的依次是０００８號(hào)、５５２６號(hào)、９３２７號(hào)、０９１７號(hào)、９２０６號(hào)歷史臺(tái)風(fēng)。在相似臺(tái)風(fēng)篩選器的列表框中選擇多個(gè)歷史臺(tái)風(fēng)，可以在最下面的文本框（點(diǎn)擊災(zāi)情按鈕即可看到）和ＡｒｃＭａｐ數(shù)據(jù)視圖中對(duì)各個(gè)歷史臺(tái)風(fēng)的路徑和災(zāi)情信息進(jìn)行比較分析，從而找到最合適的歷史臺(tái)風(fēng)。利用劃定導(dǎo)出范圍按鈕可以方便地在ＡｒｃＭａｐ視圖中任意劃定需要導(dǎo)出的地圖范圍。如對(duì)劃定范圍不滿意，可利用ＡｒｃＭａｐ標(biāo)準(zhǔn)工具對(duì)劃定的范圍進(jìn)行調(diào)整（縮放和平移）或者刪掉重畫。利用導(dǎo)出按鈕可以直接調(diào)出ＡｒｃＭａｐ標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出地圖對(duì)話框?qū)С鰟澏ǚ秶鷥?nèi)的地圖。利用ＡｒｃＭａｐ標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出地圖對(duì)話框可以方便地設(shè)置圖片的格式及分辨率。

３ 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估工作中快速、準(zhǔn)確地篩選相似臺(tái)風(fēng)及其災(zāi)情信息的需要，建立了基于Ｇｅｏdａｔａｂａｓｅ的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)；設(shè)計(jì)了篩選相似臺(tái)風(fēng)的方法；選擇對(duì)ＡｒｃＭａｐ進(jìn)行擴(kuò)展的方法，開(kāi)發(fā)了基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的Ｔｙｐｈｏｏｎ工具條，利用該工具條可以快速準(zhǔn)確地從臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出在時(shí)空上與預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)相似的歷史臺(tái)風(fēng)及其災(zāi)情信息。實(shí)踐表明，該方法明顯加快了評(píng)估報(bào)告的撰寫速度，增強(qiáng)了報(bào)告的科學(xué)性，可以較好地滿足業(yè)務(wù)需要。

不難發(fā)現(xiàn)，通過(guò)所設(shè)計(jì)的流程得到的相似臺(tái)風(fēng)是整體、平均意義上的相似臺(tái)風(fēng)，尤其是在路徑方面。而有關(guān)文獻(xiàn)［５-９］中的一些篩選方法則是從預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑的角度按照局部相似的要求設(shè)計(jì)的。比較而言，后者要求的條件更嚴(yán)格，但是對(duì)于災(zāi)害評(píng)估工作而言，前者已符合要求，且前者經(jīng)過(guò)局部化處理也可完成按預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑篩選的任務(wù)。

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