構建三維雨量面軟件的研究與開發(fā)

1、構建三維雨量面軟件的研究與開發(fā)         10-03-20 13:39:00     編輯：studa20                     作者：郭曉東 王世濤 趙斐苗 摘要該應用軟件采用Borland公司C+Builder6和OpenGL開發(fā)軟件,利用Delaun

2、ay三角形插入算法,完成了三維雨量面的模擬生成,具備三維雨量面的等雨量線和點雨量輸出的基本功能。 關鍵詞三維雨量面 Delaunay GIS OpenGL Bitmap 我國是一個農(nóng)業(yè)大國,對自然氣候依賴比較重,容易受到農(nóng)業(yè)災害的影響。農(nóng)業(yè)災害最常規(guī)的表現(xiàn)形式就是干旱或洪澇災害,而干旱、洪澇災害的重要指標之一就是面雨量。如果能及時掌握了比較準確的面雨量,對于農(nóng)業(yè)的抵抗災害、江河的抗洪能力以及水庫的蓄洪規(guī)模都具有重要的意義。 隨著非常規(guī)探測技術的迅猛發(fā)展,以自動氣象站降水觀測資料為主,結合雷達、衛(wèi)星估測降水資料輔助修正模式正在形成,通過資料融合、四維同化來進行估算已成為流域面雨量估算技術的發(fā)展趨

3、勢。而以GIS為平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和顯示一體化管理則代表了面雨量業(yè)務系統(tǒng)的發(fā)展方向。通過水文模擬與水文觀測的比較,可以對面雨量估算結果進行間接檢驗。如何將雨量和上述資料融合在一起,提高降水量精度和降水數(shù)量的預測,是一個亟待探討和研究的重要問題。 三維雨量面,顧名思義就是固定時間段固定區(qū)域內任意一點上的降水不流失,整個區(qū)域所有點降水將形成一個立體的降水體。在不考慮地貌特征,認為地表是均勻平整的情況下,水體的上表面就是該區(qū)域某時段內的三維雨量面。構建三維雨量面要求有大量的數(shù)據(jù)支撐。 三維雨量面可以更直觀的反映面雨量的分布特征,善于表現(xiàn)降水空間分布的復雜性,同時可以非常方便的加入或融合到GIS系統(tǒng)中

4、去。如果結合GIS地理信息提供的地貌資料,風場、溫度場、氣壓場等綜合資料,可以進一步揭示空間信息與降雨之間的關系,大大提高降水量預測的精度,還可以準確估算流域的平均降水量,從而更好的預測、預警災情,對于農(nóng)業(yè)的抵抗災害、江河的抗洪能力以及水庫的蓄洪規(guī)模都具有重要的意義。 本文采用利用Borland公司的C+Builder6和OpenGL三維開發(fā)軟件(如圖1所示),開發(fā)設計了河南省雨量面模擬、分析軟件,再現(xiàn)了河南省某時段的三維雨量面,現(xiàn)簡介如下。 一、雨量面的數(shù)據(jù)支持 三維雨量面的構建必須有大量的數(shù)據(jù)作為支撐,必須選取合適的插入法。經(jīng)比較,本文選取了Delaunay三角形插值法。它是氣象部門和GI

5、S研究都常用的一種插值方法,其優(yōu)點如下: 1.三角形插值法可以較好地表現(xiàn)雨量、地形、地貌和物體表面形狀特征,準確性可以滿足要求;作為主要的數(shù)字地形模型表示法,它的生成算法已趨于成熟。 2.三角網(wǎng)保證了相同的觀測站點生成的三角形插值圖像唯一,可重復性好。易于更新,可適應各種分布密度的數(shù)據(jù),減小運算量。 3.結構良好,數(shù)據(jù)結構簡單,數(shù)據(jù)冗余度小,存儲效率高,可以表示線性特征和迭加任意形狀的區(qū)域邊界。 4.三角網(wǎng)三角形數(shù)據(jù)可以直接用于三維物體的軟件生成。 本文將河南省121個氣象觀測臺站作為插入點,根據(jù)經(jīng)緯度利用三角形插值法生成了河南省二維delaunay三角形網(wǎng)絡。程序設計過程如下圖所示。

6、60;    10-03-20 13:39:00     編輯：studa20如圖3所示,為生成的二維Delaunay三角形網(wǎng)絡。 二、三維開發(fā)軟件的選擇及技術開發(fā) 構建三維的雨量面,常規(guī)的程序開發(fā)軟件難以實現(xiàn),更難以將多個面、場疊加,最好采用專業(yè)的三維開發(fā)軟件。當前最主流的三維開發(fā)軟件有DirectX和OpenGL,是兩款非常優(yōu)秀的軟件。由于氣象部門數(shù)據(jù)運算需求,經(jīng)常要在UNIX、LIUNX等操作系統(tǒng)下操作,鑒于OpenGL(Open Graphic Library)具有良好的程序通用性和可移植性,本文選擇了采用OpenG

7、L來解決面雨量的三維顯示。   三、雨量面的分析 本文對于三維雨量面的分析分析包含最基本的功能,主要有兩點:點雨量的獲取和等雨量線的獲取。 1.點雨量的獲取。點雨量的獲取非常簡單。我們只要知道了需要查找的點坐標位置,即可獲得需要的坐標點上像素顏色,顏色和雨量之間關系換算即可得到該點雨量。 2.等雨量線的獲取。 等雨量線是一種等值線。等值線是聯(lián)結具有相同數(shù)量指標的空間分布現(xiàn)象與二維平面的圖形,不同數(shù)值的等值線組成的圖形可以精確表示自然現(xiàn)象的垂直變化和水平方向的強弱差異,是一項重要的分析指標。由于空間的限制,等值線可以是閉合的也可以是不閉合的。等值線一般不相交。 本文提出一種新穎的等值線獲取方法,就是通過對比位圖色彩值來獲取等值線。上文構建了三維的雨量面,同時生成輸出該雨量面的彩色正視圖。正視圖是三維雨量面在水平面上的正投影。由于雨量面是內部連續(xù)的,雨量與色彩值是線性相關的,相同雨量值色彩值必定相同,在色彩值相同的地方,必定存在等雨量線。我們可以開發(fā)編寫軟件,通過對