CN112614230B - 台风动态路径绘制方法和绘制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种台风动态路径绘制方法和绘制***，其中绘制方法包括：1、获取台风属性序列；2、加载三维地图场景；3、绘制台风路径图层，所述台风路径图层用于显示台风中心区域中心点经纬度定义的水平位置；4、绘制台风立体结构图层；5、根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风路径图层和台风立体结构图层，执行步骤3和4，绘制并加载时间点Tn+1的台风路径图层和台风立体结构图层；n＝1,2,…,N‑1，N为台风属性序列的长度。该方法既可以在水平方向上跟踪台风路径走向趋势，也可以在垂直方向上查看气流运动，对台风进行立体空间展示及路径跟踪，有助于台风的立体空间分析。

Description

台风动态路径绘制方法和绘制***
技术领域
本发明属于气象台风信息化技术领域，具体涉及一种在三维地图场景中动态绘制台风路径的方法和***。
背景技术
台风是赤道以北，日界线以西，亚洲太平洋国家或地区对热带气旋的一个分级类别。广义上将中心持续风速每秒17.2米或以上的热带气旋称为台风。
我国是世界上少数几个受台风影像最严重的国家之一，特别是东南沿海地区侵袭频繁，平均每年有7个左右的台风在东南沿海地区登陆，台风登陆会带来暴雨、狂风、海啸等破坏力极强的自然灾害。为减少人民生命财产损失，准确有效的台风路径跟踪研究显得尤为重要。传统的台风绘制方法基本都是采用水平结构方式将台风呈现在二维静态地图上。这种绘制方式缺乏高程信息，无法立体全方位展示台风情况。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种在三维场景中绘制台风路径的方法，该方法既可以在水平方向上跟踪台风路径走向趋势，也可以在垂直方向上查看气流运动，对台风进行立体空间展示及路径跟踪，有助于台风的立体空间分析。
技术方案：本发明一方面公开了一种台风动态路径绘制方法，包括：
步骤1、获取台风属性序列，所述台风属性序列包括：时间点以及所述时间点对应的几何信息和气象信息；
所述几何信息包括：台风中心区域中心点的经纬度、台风本体高度、台风最外圈闭合等压线半径RRP、MED最大风力半径；
所述气象信息包括：台风本体中每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力；
步骤2、加载三维地图场景；
步骤3、绘制台风路径图层，所述台风路径图层用于显示台风中心区域中心点经纬度定义的水平位置；
步骤4、绘制台风立体结构图层；具体包括：
4-1、绘制台风立体结构基本形状：所述台风立体结构为圆柱体，中心为台风中心区域，台风中心区域***为云墙区域；所述圆柱体高度为台风本体高度，半径为台风最外圈闭合等压线半径；所述台风中心区域半径为最大风力半径；所述台风立体结构从下至上依次为流入层、中间层、流出层；
4-2、确定中间层体元栅格的最小和最大高程值：根据台风本体每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力计算每个体元栅格的风向；所述风向与水平面的夹角大于45度时，对应的体元栅格处于中间层；获取所有中间层体元栅格高程的最小值和最大值；台风本体中高程小于所述中间层体元栅格高程最小值的为流入层，高程大于所述中间层体元栅格高程最大值的为流出层；
4-3、绘制气流特效：在台风立体结构中，流入层的气流运动方向为从云墙区域外圆周流入台风中心区域，中间层的气流运动方向为向上，流出层的气流运动方向为从台风中心区域流出到云墙外圆周；
步骤5、根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风路径图层和台风立体结构图层，执行步骤3和步骤4，绘制并加载时间点Tn+1的台风路径图层和台风立体结构图层；n＝1,2,…,N-1，N为台风属性序列的长度。
另一方面，本发明还公开了台风动态路径绘制***，包括：
台风属性序列获取模块，用于获取台风属性序列，所述台风属性序列包括：时间点以及所述时间点对应的几何信息和气象信息；
所述几何信息包括：台风中心区域中心点的经纬度、台风本体高度、台风最外圈闭合等压线半径RRP、MED最大风力半径；
所述气象信息包括：台风本体中每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力；
三维地图场景加载模块，用于加载三维地图场景；
台风路径图层绘制模块，用于绘制台风路径图层，所述台风路径图层用于显示台风中心区域中心点经纬度定义的水平位置；
台风立体结构图层绘制模块，用于绘制台风立体结构图层，包括：
台风立体结构基本形状绘制模块，用于绘制台风立体结构基本形状：所述台风立体结构为圆柱体，中心为台风中心区域，台风中心区域***为云墙区域；所述圆柱体高度为台风本体高度，半径为台风最外圈闭合等压线半径；所述台风中心区域半径为最大风力半径；所述台风立体结构从下至上依次为流入层、中间层、流出层；
中间层体元栅格高程确定模块，用于确定中间层体元栅格的最小和最大高程值：根据台风本体每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力计算每个体元栅格的风向；所述风向与水平面的夹角大于45度时，对应的体元栅格处于中间层；获取所有中间层体元栅格高程的最小值和最大值；台风本体中高程小于所述中间层体元栅格高程最小值的为流入层，高程大于所述中间层体元栅格高程最大值的为流出层；
气流特效绘制模块，用于绘制气流特效：在台风立体结构中，流入层的气流运动方向为从云墙区域外圆周流入台风中心区域，中间层的气流运动方向为向上，流出层的气流运动方向为从台风中心区域流出到云墙区域外圆周；
图层刷新模块，用于根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风路径图层和台风立体结构图层，根据台风立体结构图层绘制模块和台风立体结构图层绘制模块的绘制结果，加载时间点Tn+1的台风路径图层和台风立体结构图层；n＝1,2,…,N-1，N为台风属性序列的长度。
有益效果：本发明公开的台风动态路径绘制方法既可以在水平方向上观察台风运动轨迹，预览台风扩散趋势，也可以在垂直方向上查看台风本体中气流运动，适合在三维场景中浏览台风，对台风进行立体空间展示。
附图说明
图1为本发明公开的台风动态路径绘制方法的流程图；
图2为台风水平方向区域划分示意图；
图3为台风竖直方向切面划分示意图；
图4为台风水平切面网格划分示意图；
图5为台风路径范围最小外接矩形示意图；
图6为台风立体结构示意图；
图7为本发明公开的台风动态路径绘制***的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
本发明公开了一种台风动态路径绘制方法，如图1所示，包括：
步骤1、获取台风属性序列，所述台风属性序列包括：时间点以及所述时间点对应的几何信息和气象信息；
所述几何信息包括：台风中心区域中心点的经纬度、台风本体高度、台风最外圈闭合等压线半径RRP、MED最大风力半径；
所述气象信息包括：台风本体中每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力；
如图2所示，在水平面内，台风本体分为台风中心区域A1和云墙区域A2。台风本体在竖直方向，即z轴方向，从贴地面(xoy平面)到台风顶端每隔△z切割得到一个切面，如图3所示，每个切面在水平面等距离划分为格网，如图4所示，由此，将台风本体划分为多个长方体体元栅格。每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力为该体元栅格底面图形中心点处的相应值。为了显示台风本体中温度和气压的分布，本实施例中气象信息还包括台风中心区域中心点在不同体元栅格高度处的温度和气压值。
台风属性序列可以是历史台风的数据，也可以是实时台风的数据，其通常存储于数据库中，通过数据库引擎来获取台风属性序列。如果是实时台风的属性序列，应用本发明公开的方法能够对台风进行实时动态路径的绘制。
步骤2、加载三维地图场景；三维地图场景可以通过三维地图服务引擎，加载DOM、DEM、三维倾斜数据等三维地图数据，从而构建三维球面场景，作为绘制台风路径的底图。
本实施例中，三维地图场景当前视图中心点按如下步骤确定：
计算台风属性列表中每个时间点台风中心区域中心点的水平位置；
计算所有水平位置的最小外接矩形，和所述最小外接矩形中心点坐标；
将加载的三维地图场景的当前视图的中心点定位在所述最小外接矩形的中心点。如图5所示，图中空心圆为台风路径在每个时间点的水平位置，实心点为路径最小外接矩形的中心点，将当前视图中心点定位在实心点处，通过鼠标滚轮可以调节浏览空间视角的方位角、俯仰角、翻滚角等方向角度。
步骤3、绘制台风路径图层，所述台风路径图层用于显示台风中心区域中心点经纬度定义的水平位置，这是一个点坐标。为了显示出台风运动的轨迹，所述台风路径图层还包括构建连接上一时间点到当前时间点台风中心区域中心点水平位置的路径线，并设置路径线的样式属性，通过三维地图引擎构建对应的线类型图形对象。
步骤4、绘制台风立体结构图层；具体包括：
4-1、绘制台风立体结构基本形状：本发明采用圆柱体来构建台风立体结构，如图6所示，所述台风立体结构为圆柱体，中心为台风中心区域，台风中心区域***为云墙区域；所述圆柱体高度为台风本体高度，半径为台风最外圈闭合等压线半径；所述台风中心区域半径为最大风力半径；所述台风立体结构从下至上依次为流入层、中间层、流出层；
4-2、确定中间层体元栅格的最小和最大高程值：根据台风本体每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力计算每个体元栅格的风向；所述风向与水平面的夹角大于45度时，对应的体元栅格处于中间层；获取所有中间层体元栅格高程的最小值和最大值；台风本体中高程小于所述中间层体元栅格高程最小值的为流入层，高程大于所述中间层体元栅格高程最大值的为流出层；
4-3、绘制气流特效：在台风立体结构中，流入层的气流运动方向为从云墙区域外圆周流入台风中心区域，中间层的气流运动方向为向上，流出层的气流运动方向为从台风中心区域流出到云墙外圆周；
根据台风中心区域中心点在不同高度处的温度和气压值采用线性插值得到台风本体中每个体元栅格的温度和气压值；绘制台风本体体元栅格温度热力图图层和气压热力图图层；
线性插值的步骤为：
台风本体中，一个水平面内，愈趋近台风中心气压越低，温度越高。假设高程为z0处的台风中心区域中心点的经纬度坐标为(x0,y0)，该点处的气压值为p0，温度为T0，该高程处台风云墙外圆周处的气压为p1，温度为T1；台风最外圈闭合等压线半径为r，则通过线性插值算法可以推算出高程为z0、距点(x0,y0,z0)的水平距离为l的台风本体体元栅格处的气压值p为：温度值T为：/>步骤5、根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风路径图层、台风立体结构图层、台风本体体元栅格温度热力图图层和台风本体体元栅格气压热力图图层，执行步骤3和步骤4，绘制并加载时间点Tn+1的台风路径图层、台风立体结构图层、台风本体体元栅格温度热力图图层、台风本体体元栅格气压热力图图层；以此动态绘制台风的移动过程，以及移动过程的立体空间展示。其中n＝1,2,…,N-1，N为台风属性序列的长度。
本实施例还公开了实现上述台风动态路径绘制方法的***，如图6所示，包括：
台风属性序列获取模块1，用于获取台风属性序列，所述台风属性序列包括：时间点以及所述时间点对应的几何信息和气象信息；
所述几何信息包括：台风中心区域中心点的经纬度、台风本体高度、台风最外圈闭合等压线半径RRP、MED最大风力半径；
所述气象信息包括：台风本体中每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力，台风中心区域中心点在不同体元栅格高度处的温度和气压值；
三维地图场景加载模块2，用于加载三维地图场景；
台风路径最小外接矩形计算模块21，用于计算台风属性列表中每个时间点台风中心区域中心点的水平位置，并计算所有水平位置的最小外接矩形和所述最小外接矩形中心点坐标；
所述三维地图场景加载模块2将加载的三维地图场景的当前视图的中心点定位在所述最小外接矩形的中心点。
台风路径图层绘制模块3，用于绘制台风路径图层，所述台风路径图层用于显示台风中心区域中心点经纬度定义的水平位置，构建连接上一时间点到当前时间点台风中心区域中心点水平位置的路径线。
台风立体结构图层绘制模块4，用于绘制台风立体结构图层，包括：
台风立体结构基本形状绘制模块41，用于绘制台风立体结构基本形状：所述台风立体结构为圆柱体，中心为台风中心区域，台风中心区域***为云墙区域；所述圆柱体高度为台风本体高度，半径为台风最外圈闭合等压线半径；所述台风中心区域半径为最大风力半径；所述台风立体结构从下至上依次为流入层、中间层、流出层；
中间层体元栅格高程确定模块42，用于确定中间层体元栅格的最小和最大高程值：根据台风本体每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力计算每个体元栅格的风向；所述风向与水平面的夹角大于45度时，对应的体元栅格处于中间层；获取所有中间层体元栅格高程的最小值和最大值；台风本体中高程小于所述中间层体元栅格高程最小值的为流入层，高程大于所述中间层体元栅格高程最大值的为流出层；
气流特效绘制模块43，用于绘制气流特效：在台风立体结构中，流入层的气流运动方向为从云墙区域外圆周流入台风中心区域，中间层的气流运动方向为向上，流出层的气流运动方向为从台风中心区域流出到云墙外圆周；
台风本体体元栅格温度热力图图层绘制模块5，用于根据台风水平方向的温度变化特性采用线性插值得到台风本体中每个体元栅格的温度；并绘制台风本体体元栅格温度热力图图层；
台风本体体元栅格气压热力图图层绘制模块6，用于根据台风水平方向的气压变化特性采用线性插值得到台风本体中每个体元栅格的气压值，并绘制台风本体体元栅格气压热力图图层；
图层刷新模块7，用于根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风路径图层、台风立体结构图层、台风本体体元栅格温度热力图图层、台风本体体元栅格气压热力图图层，根据台风立体结构图层绘制模块3和台风立体结构图层绘制模块4、台风本体体元栅格温度热力图图层绘制模块5、台风本体体元栅格气压热力图图层绘制模块6的绘制结果，加载时间点Tn+1的台风路径图层、台风立体结构图层、台风本体体元栅格温度热力图图层、台风本体体元栅格气压热力图图层；n＝1,2,…,N-1，N为台风属性序列的长度。

Claims (10)

1.台风动态路径绘制方法，其特征在于，包括：
步骤1、获取台风属性序列，所述台风属性序列包括：时间点以及所述时间点对应的几何信息和气象信息；
所述几何信息包括：台风中心区域中心点的经纬度、台风本体高度、台风最外圈闭合等压线半径RRP、MED最大风力半径；
所述气象信息包括：台风本体中每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力；
步骤2、加载三维地图场景；
步骤3、绘制台风路径图层，所述台风路径图层用于显示台风中心区域中心点经纬度定义的水平位置；
步骤4、绘制台风立体结构图层；具体包括：
4-1、绘制台风立体结构基本形状：所述台风立体结构为圆柱体，中心为台风中心区域，台风中心区域***为云墙区域；所述圆柱体高度为台风本体高度，半径为台风最外圈闭合等压线半径；所述台风中心区域半径为最大风力半径；所述台风立体结构从下至上依次为流入层、中间层、流出层；
4-2、确定中间层体元栅格的最小和最大高程值：根据台风本体每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力计算每个体元栅格的风向；所述风向与水平面的夹角大于45度时，对应的体元栅格处于中间层；获取所有中间层体元栅格高程的最小值和最大值；台风本体中高程小于所述中间层体元栅格高程最小值的为流入层，高程大于所述中间层体元栅格高程最大值的为流出层；
4-3、绘制气流特效：在台风立体结构中，流入层的气流运动方向为从云墙区域外圆周流入台风中心区域，中间层的气流运动方向为向上，流出层的气流运动方向为从台风中心区域流出到云墙外圆周；
步骤5、根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风路径图层和台风立体结构图层，执行步骤3和步骤4，绘制并加载时间点Tn+1的台风路径图层和台风立体结构图层；n＝1,2,…,N-1，N为台风属性序列的长度。
2.根据权利要求1所述的台风动态路径绘制方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
计算台风属性列表中每个时间点台风中心区域中心点的水平位置；
计算所有水平位置的最小外接矩形和所述最小外接矩形中心点坐标；
将加载的三维地图场景的当前视图的中心点定位在所述最小外接矩形的中心点。
3.根据权利要求1所述的台风动态路径绘制方法，其特征在于，所述步骤3还包括构建连接上一时间点到当前时间点台风中心区域中心点水平位置的路径线。
4.根据权利要求1所述的台风动态路径绘制方法，其特征在于，还包括：
所述气象信息还包括台风中心区域中心点在不同体元栅格高度处的温度；
根据台风水平方向的温度变化特性，采用线性插值得到台风本体中每个体元栅格的温度；
绘制台风本体体元栅格温度热力图图层；
所述步骤5中还包括：根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风本体体元栅格温度热力图图层，绘制并加载时间点Tn+1的台风本体体元栅格温度热力图图层。
5.根据权利要求1所述的台风动态路径绘制方法，其特征在于，还包括：
所述气象信息还包括台风中心区域中心点在不同体元栅格高度处的气压值；
根据台风水平方向的气压变化特性，采用线性插值得到台风本体中每个体元栅格的气压值；
绘制台风本体体元栅格气压热力图图层；
所述步骤5中还包括：根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风本体体元栅格气压热力图图层，绘制并加载时间点Tn+1的台风本体体元栅格气压热力图图层。
6.台风动态路径绘制***，其特征在于，包括：
台风属性序列获取模块，用于获取台风属性序列，所述台风属性序列包括：时间点以及所述时间点对应的几何信息和气象信息；
所述几何信息包括：台风中心区域中心点的经纬度、台风本体高度、台风最外圈闭合等压线半径RRP、MED最大风力半径；
所述气象信息包括：台风本体中每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力；
三维地图场景加载模块，用于加载三维地图场景；
台风路径图层绘制模块，用于绘制台风路径图层，所述台风路径图层用于显示台风中心区域中心点经纬度定义的水平位置；
台风立体结构图层绘制模块，用于绘制台风立体结构图层，包括：
台风立体结构基本形状绘制模块，用于绘制台风立体结构基本形状：所述台风立体结构为圆柱体，中心为台风中心区域，台风中心区域***为云墙区域；所述圆柱体高度为台风本体高度，半径为台风最外圈闭合等压线半径；所述台风中心区域半径为最大风力半径；所述台风立体结构从下至上依次为流入层、中间层、流出层；
中间层体元栅格高程确定模块，用于确定中间层体元栅格的最小和最大高程值：根据台风本体每个体元栅格处的东西方向风力、南北方向风力、垂直方向风力计算每个体元栅格的风向；所述风向与水平面的夹角大于45度时，对应的体元栅格处于中间层；获取所有中间层体元栅格高程的最小值和最大值；台风本体中高程小于所述中间层体元栅格高程最小值的为流入层，高程大于所述中间层体元栅格高程最大值的为流出层；
气流特效绘制模块，用于绘制气流特效：在台风立体结构中，流入层的气流运动方向为从云墙区域外圆周流入台风中心区域，中间层的气流运动方向为向上，流出层的气流运动方向为从台风中心区域流出到云墙外圆周；
图层刷新模块，用于根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风路径图层和台风立体结构图层，根据台风立体结构图层绘制模块和台风立体结构图层绘制模块的绘制结果，加载时间点Tn+1的台风路径图层和台风立体结构图层；n＝1,2,…,N-1，N为台风属性序列的长度。
7.根据权利要求6所述的台风动态路径绘制***，其特征在于，还包括台风路径最小外接矩形计算模块，用于计算台风属性列表中每个时间点台风中心区域中心点的水平位置，并计算所有水平位置的最小外接矩形的和所述最小外接矩形中心点坐标；
所述三维地图场景加载模块将加载的三维地图场景的当前视图的中心点定位在所述最小外接矩形的中心点。
8.根据权利要求6所述的台风动态路径绘制***，其特征在于，所述台风路径图层绘制模块还用于构建连接上一时间点到当前时间点台风中心区域中心点水平位置的路径线。
9.根据权利要求6所述的台风动态路径绘制***，其特征在于，所述气象信息还包括台风中心区域中心点在不同体元栅格高度处的温度；
所述绘制***还包括台风本体体元栅格温度热力图图层绘制模块，用于根据台风水平方向的温度变化特性，采用线性插值得到台风本体中每个体元栅格的温度；并绘制台风本体体元栅格温度热力图图层；
所述图层刷新模块还用于根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风本体体元栅格温度热力图图层，绘制并加载时间点Tn+1的台风本体体元栅格温度热力图图层。
10.根据权利要求6所述的台风动态路径绘制***，其特征在于，所述气象信息还包括台风中心区域中心点在不同体元栅格高度处的气压值；
所述绘制***还包括台风本体体元栅格气压热力图图层绘制模块，用于根据台风水平方向的气压变化特性，采用线性插值得到台风本体中每个体元栅格的气压值，并绘制台风本体体元栅格气压热力图图层；
所述图层刷新模块还用于根据预设的刷新时间，在三维地图场景中定时移除时间点Tn的台风本体体元栅格气压热力图图层，绘制并加载时间点Tn+1的台风本体体元栅格气压热力图图层。
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