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Surfer软件在气象资料自动成图中的应用研究
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余国河+吴苏+李鹏+阙艳红
摘要:Surfer软件具有强大的数据插值和绘图功能,可用于气象研究领域各种气象要素的数据资料处理与分析。基于Surfer软件提供的SurferActiveXAutomation技术,通过在.NET环境中使用C#语言对Automation相关对象的属性设置与方法调用,完成不同气象要素等值线图的自动绘制。利用此原理并结合实际应用,实现了两套气象领域业务应用系统,业务运行表明系统界面友好、操作简单、功能完备并且专业有效,极大地提高了工作效率。
关键词:Surfer;数据插值;气象绘图;等值线图;C#
:TP311:A:1009-3044(2014)34-8174-03
在气象研究领域,常常要处理和分析大批量的气象要素数据,其中必然涉及各种图件的绘制工作。随着现代计算机技术的发展与应用,各种专业绘图软件迅速面市,并且伴随业务应用的不断深入,绘图软件的性能和功能也在不断地提高和完善。传统手工绘制图件的过程不仅速度慢、效率低、而且绘图质量在很大程度上由业务人员的技术水平所决定。通过利用计算机绘制气象图件,不仅可以大大减轻工作量,提高工作效率,而且可以对原始数据进行预处理与分析,从而能够保证图件绘制的精度与准确性。在众多的绘图软件中,美国GoldenSoftware公司编制的Surfer软件,以其直观易学、操作简单、功能完善、对系统要求低等优点得到广大用户的青睐,成为应用最广泛的绘图软件之一。
Surfer具有强大的数据插值功能和绘制图件能力,包括克里金法、距离倒数加权法、多元回归以及移动平均法等十二种插值方法都有提供,以便用来满足不同应用的插值需求,而且利用Surfer能够轻松制作基底图、等值线图、分类数据图、剖面图、3D曲面图等,已成为气象、地质、水文水利、土地管理工作者必备的专业成图软件[1]。Surfer软件还提供各种GIS软件文件格式的转换接口以及不同图形图像文件格式的输入输出接口,极大方便了数据的共享与转换,而且提供了SurferActiveXAutomation技术,有效支持了基于Surfer软件的二次开发。论文结合Surfer软件强大的数据插值与绘图功能,提出通过C#调用Surfer自动绘制气象要素等值线图的自适应方法,针对土壤墒情监测和冻土深度监测业务应用领域,以相关领域气象整编资料为数据源,制作具有气象数据资料浏览与分析功能的业务应用软件。
1Surfer软件
Surfer是在Windows操作环境下运行的二维和三维图形绘制软件,能够迅速地将离散的数据通过插值算法转换为连续的数据曲面,从而绘制等值线图、3D立体图、阴影地貌图、矢量图等。软件采用Automation技术公开其接口,提供了近60种不同种类的ActiveXAutomation对象,它们几乎覆盖了Surfer的所有功能[2]。在安装Surfer软件之后,开发人员就可以在其他开发环境中创建、调用它所提供的Automation对象,用以实现相应的数据可视化功能。
1.1原始数据准备
在使用Surfer软件进行图形绘制时,首先需要根据不同的作图目的,提供满足一定条件数据文件格式的原始数据。其中,ASCII码形式的XYZ数据格式是比较基本的格式。基于原始数据,就可以利用Surfer软件的网格化功能,将原始数据转换为基于网格图形的必须文件,然后再利用网格化的数据使用Surfer软件的绘图功能绘制各种图形,而使用Surfer软件最常见的应用就是从XYZ数据文件创建一个基于网格的各类图形。
1.2离散数据插值
绘制等值线图时,关键的工作之一便是将离散点资料插值成规则的网格点资料。气象观测资料通常是离散点数据,通常包含有台站编号、台站名称、台站位置坐标(通常是经纬度)以及属性项(如降雨量、气温、土壤含水量等)等数据项,在进行数据分析前需要根据具体情况读取数据并生成离散点文本数据格式。Surfer软件提供了许多数学插值模型,如反距离加权插值法、最小曲率法、线性插值三角网法、克里金插值法、局部多项式法等,利用这些数学模型,可以很方便地进行插值。在实际应用中,应根据Surfer软件中不同插值方法的基本原理,针对各类数据不同的特点,以及要进行的各种不同的应用分析,科学地选择正确的插值方法[3],进行参数设置生成网格文件,从而最终绘制出正确、有意义的等值线图。
1.3绘图功能
Surfer软件的主要功能是绘制等值线图(ContourMap),此外还可以绘制postmap,classedpostmap,vectormap,imagemap,wireframemap,3dsurfacemap等形式的图形。在气象工作中,总是可以得到大量研究对
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