CN103500278A - 基于最短路径算法的路径相似台风分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防汛信息化及气象应用领域，特别是一种基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，该方法通过内插算法，得出每条台风路径中均匀分部的关键路径点，再基于关键路径点，计算出不同台风路径间的最短偏差距离，从而得到地理空间上更为科学的分析最为相似的台风路径，更好的为防汛防台提供科学的技术支撑。

Description

基于最短路径算法的路径相似台风分析方法

技术领域

本发明涉及防汛信息化及气象应用领域，特别是一种基于最短路径算法的路径相似台风分析方法。

背景技术

中国在历经几十年的防台抗灾中，各地防汛、气象单位积累了大量关于台风的路径资料、历史资料，这些资料在防台抗灾中发挥了一定的作用。这些积累的台风特征参数资料虽然比较齐全，但比较分散，当前基本是通过设计单一的台风查询界面来查询对应台风编号的资料，在查询分析、档案搜索、台风对比分析上比较麻烦，在具体的防台工作中时效性差。台风的数据在现实中具有较强的关联性，因此有必要对这些资料进行数字化关联分析，通过计算台风相似的方式实现相似台风的信息查询，从而为防台抗灾指挥决策提供更好的服务，将防汛防台工作提高到一个较高的信息化、科学化的水平，提升防汛防台工作的快速反应能力。

在台风相似路径分析中，现有有一些相似的分析方法，分析的原理更多是基于数据上的查询功能，比如风力、风速数据在一定范围区间的，地图上经纬度数据在一定范围区间的。该分析在应用上可以达到一定的作用，但是对分析结果上，计算方法偏单一，没有深入挖掘其台风路径上的分析计算方式，路径分析结果有待进一步加强。

先前《基于GIS的台风相似路径空间分析应用方法》（发明(设计)人：汤成锋，分类号： G01W1/10(2006.01)I）提出了基于GIS的相似路径空间分析方法，但是该方法仍然是基于台风历史路径点的分析。因为台风路径点发布的时间频率随着台风相对陆地的距离会发生变化，整条路径中历史路径点的分别不均匀，导致靠近陆地部分的权重偏大，从而影响了分析结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，能有效的得出最为相似的台风路径，为防汛防台提供科学的技术支撑。

本发明采用以下方案实现：一种基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S01：确定台风分析计算的地理空间网格力度：根据台风路径的经纬度数据值，生成对应的路径过程线图，并在过程线的范围内按照一预定度数为单位区间的网格力度，作为最短路径计算的基础依据；

步骤S02： 通过网格内插方法计算出台风路径节点与网格上的所有交叉点集，通过网格化处理，计算与网格交叉点集，没有在网格上有交叉的不纳入计算范围；

步骤S03：将角度范围为与正北方向正负偏差33.75度，称为纵向区间；通过计算台风路径节点间的角度来确定台风移向，首先，建立交叉点的方向坐标；其次，判断移动方向与正北方向的夹角是否大于33.75度，以此来确定是以经度网格上的交叉点为关键路径点，还是以纬度网格上的交叉点为关键路径点；

步骤S04：通过遍历计算每个线段上的交叉路径点后，计算得到关键路径点集，并得到每个关键路径点的距离差；如果是纬度上的关键路径点，通过计算当前台风和历史台风通过这些特征经度线时的纬度值，距离差设为Yi，则：Yi = 历史台风纬度值–当前台风纬度值。如果是经度上的关键路径点，则：Yi = 历史台风经度值–当前台风经度值；

步骤S05：将所有关键路径点上的距离累计和用∑Yi表示，每两号台风间的最短距离差都有一个∑Yi；用平均距离1/n∑Yi的大小来衡量每个台风的路径相似度。

在本发明一实施例中，所述网格内插方法的计算方式如下：

假设路径节点 A(x1,y1)和路径节点 B(x2,y2)通过差值计算得到该线段的交叉点集P2，P3，P3(x,y)在A和B的连线上，则：

=

若已知x的值，得：

   y=y1 -(y1-y2)

若已知y的值，得：

  x=x1 -

(x1-x2)

P3在历史路径与经线网格的交叉点上，因此已知P3的经度坐标x，通过公式计算，可以得出P3的纬度坐标y，同理计算对应得到P2的经纬度值。

在本发明一实施例中，所述步骤S05后根据1/n∑Yi与相似度对应表来确定路径间的相似度值，即：1/n∑Yi为50km、100km、200km、350km分别依次对应的相似度为：95%、90%、80%、70%。

本发明的基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，通过内插算法，得出每条台风路径中均匀分部的关键路径点，再基于关键路径点，计算出不同台风路径间的最短偏差距离，从而得到地理空间上更为科学的分析最为相似的台风路径，由于台风路径的走势具有很强的相似性，通过对台风路径上的关键节点计算出最短路径，分析出路径最为相似的台风，通过相似度将台风间建立关联，并通过该关联快速查询出相似路径的台风历史资料及灾害影响资料，为当前台风未来的走势分析提供了科学依据。

附图说明

图1是本发明最短路径算法计算过程示意图。

图2是本发明P3点坐标系示意图。

图3是本发明P1点坐标系示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明的基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，计算实现包括以下步骤：

（1） 确定台风分析计算的地理空间网格力度；

根据台风路径的经纬度数据值，生成对应的路径过程线图，并在过程线的范围内按照一预定度数为单位区间的网格力度，作为最短路径计算的基础依据。如示意图中的网格化处理。本实施例中，较佳的，该预定度数为0.1度。

（2） 利用内插方法计算出台风路径与网格的交叉点；

通过内插方法，计算出路径节点与网格上的所有交叉点集，通过网格化处理，计算与网格交叉点集，没有在网格上有交叉的不纳入计算范围，这样内插计算有利于解决台风历史数据中路径节点时空分布不均匀的问题，使要计算各路径点的权重分配平均，相似分析效果更好。如示意图上，路径节点A和路径节点B通过差值计算得到该线段的交叉点集P2，P3。

网格内插计算方式如下：

历史路径点A(x1,y1)、B(x2,y2)，内插点P3(x,y)在A和B的连线上。则：

=

若已知x的值，得：

   y=y1 -

(y1-y2)

若已知y的值，得：

  x=x1 -

(x1-x2)

P3在历史路径与经线网格的交叉点上，因此已知P3的经度坐标x，通过公式计算，可以得出P3的纬度坐标y。同理计算对应得到P2的经纬度值。其他路径线段同样方式计算。

（3） 通过台风移向计算确定需要纳入最短路径计算的关键路径点；

取N（北）、NNW（北北西）、NNE（北北东）为偏北走向，角度范围为与正北方向正负偏差33.75度，称为纵向区间。通过计算台风路径节点间的角度来确定台风移向，首先，建立交叉点的方向坐标，其次，判断移动方向与正北方向的夹角是否大于33.75度，以此来确定是以经度网格上的交叉点为关键路径点，还是以纬度网格上的交叉点为关键路径点。如图2所示：P3点建立方向坐标系，AB线与P3的坐标交叉，不落在P3的纵向区间内，则P3的点为经度上的关键路径点。如图3：P1点建立方向坐标系，CD线与P1的坐标交叉，落在P1的纵向区间内，则P1的点为纬度线上的关键路径点。

（4） 计算关键路径点上的距离差；

通过遍历计算每个线段上的交叉路径点后，计算得到关键路径点集，并得到每个关键路径点的距离差。如果是纬度上的关键路径点，通过计算当前台风和历史台风通过这些特征经度线时的纬度值，距离差设为Yi，则：Yi = 历史台风纬度值–当前台风纬度值。如果是经度上的关键路径点，则：Yi = 历史台风经度值–当前台风经度值。

（5）计算台风路径上所有关键路径点的距离平均值，并确定相似度值。

所有关键路径点上的距离累计和用∑Yi表示，每两号台风间的最短距离差都有一个∑Yi。这样就可以用平均距离（1/n∑Yi）的大小来衡量每个台风的路径相似度，并通过如下对应表来算出路径间的相似度值。确定相似度值后即可通过列表方式可以直观在展示界面上过滤出相似度达95%的台风路径列表，并可直接查询到该台风的相关路径资料和灾害资料。

 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S01：确定台风分析计算的地理空间网格力度：根据台风路径的经纬度数据值，生成对应的路径过程线图，并在过程线的范围内按照一预定度数为单位区间的网格力度，作为最短路径计算的基础依据；

步骤S02： 通过网格内插方法计算出台风路径节点与网格上的所有交叉点集，通过网格化处理，计算与网格交叉点集，没有在网格上有交叉的不纳入计算范围；

步骤S03：将角度范围为与正北方向正负偏差33.75度，称为纵向区间；通过计算台风路径节点间的角度来确定台风移向，首先，建立交叉点的方向坐标；其次，判断移动方向与正北方向的夹角是否大于33.75度，以此来确定是以经度网格上的交叉点为关键路径点，还是以纬度网格上的交叉点为关键路径点；

步骤S04：通过遍历计算每个线段上的交叉路径点后，计算得到关键路径点集，并得到每个关键路径点的距离差；如果是纬度上的关键路径点，通过计算当前台风和历史台风通过这些特征经度线时的纬度值，距离差设为Yi，则：Yi = 历史台风纬度值–当前台风纬度值；

如果是经度上的关键路径点，则：Yi = 历史台风经度值–当前台风经度值；

步骤S05：将所有关键路径点上的距离累计和用∑Yi表示，每两号台风间的最短距离差都有一个∑Yi；用平均距离1/n∑Yi的大小来衡量每个台风的路径相似度。

2.根据权利要求1所述的基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，其特征在于：所述网格内插方法的计算方式如下：

假设路径节点 A(x1,y1)和路径节点 B(x2,y2)通过差值计算得到该线段的交叉点集P2，P3，P3(x,y)在A和B的连线上，则：

=

若已知x的值，得：

   y=y1 -

(y1-y2)

若已知y的值，得：

  x=x1-

(x1-x2)

P3在历史路径与经线网格的交叉点上，因此已知P3的经度坐标x，通过公式计算，可以得出P3的纬度坐标y，同理计算对应得到P2的经纬度值。

3.根据权利要求1所述的基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，其特征在于：所述步骤S05后根据1/n∑Yi与相似度对应表来确定路径间的相似度值，即：1/n∑Yi为50km、100km、200km、350km分别依次对应的相似度为：95%、90%、80%、70%。

4.根据权利要求1所述的基于最短路径算法的路径相似台风分析方法，其特征在于：所述预定度数为0.1度。

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