基本信息
- 项目名称：
- 基于WEB的新颖的台风分析和预报系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目由香港中文大学计算器科学与工程学系及地理与资源管理系共同合作开发完成。此项目的目标为对台风路径、登陆及转向进行分析, 追踪, 预报和可视化。同时，还包括建立一个完整和完善的多源、多尺度及多层的台风数据库，可进行动力建模及数据挖掘，以满足专业或研究人员的使用和公众消费。 本系统的创新点在于它拥有全面和可扩展的结构及容易操作的界面，并综合了多源、多尺度及多层的台风数据库，同时采用强大的动力建模及数据挖掘对台风进行分析和预报。 本系统由免费以及实时更新的Google Map，Adobe Flash， Action Script 3.0 以及Java开发而成。利用Oracle数据库储存过往台风及相关的大气数据如卫星云图、雨量、湿度、气压、风场、风切变等。这些资料由全球权威的气象组织收集而成并免费开放，我们综合了从1951-2008年西北太平洋及南中国海地区的所有台风相关的气象数据，不同的大气数据可透过多层及可视化的系统进行查询。 为提高预报及分析台风的准确度，本系统建立多种空间查询以研究台风不同的特质，如相似路径查询，按方向、转向角度、源地及登陆地点查询、关键区查询、按台风生命周期、强度等进行分析。通过动力建模及数据挖掘算法，加上空间相似以及季节相似度算法，可提供较准确的台风登陆及转向预报。 总括而言，本系统利用先进的技术建立一个能满足专业研究人员及公众使用的台风分析及预报系统，具有潜在的技术转移及学习价值。
- 详细介绍：
- 發明目的: 對颱風路徑、登陸及轉向進行分析, 追蹤, 預報和可視化。 建立一個強大和多源、多尺度及多層的台風數據庫 進行動力建模及數據挖掘 同時滿足專業研究人員和公眾消費 希望可提高台風路徑預測的準確度, 及早對台風做好預防, 以減少受台風帶來的人命傷亡及經濟損失 創新特色: 使用免費及可進行即時更新的Google Map, 配合多源、多尺度及多層的台風數據庫 构建了完整和完备的多源、多尺度及多層的台風數據庫 提供台風走向的動畫 同時採用強大的動力建模及數據挖掘對台風進行分析和預報 擁有全面和彈性的結構及容易操作的介面 應用價值: 曾於香港天文台Hong Kong Observatory 進行系統演示, 獲得一致好評, 本系統可被採納成為香港天文台預測台風之用途 本系統可成為有商業化潛力的Google 門戶工具 可供公眾作查詢過往及現有的台風資料, 同時可為香港天文台提供宣傳台風知識的教學用途 推薦者評語: 该项目是通过对台风路径、登陆及影响进行研究追踪、预报及可视化，建立一个综合、完整的系统框架和台风的数据库，进行数据挖掘算法和动力模式研究，达到人类需求，减少台风造成的各种损失。它用Google Map的实时更新基础和编辑接口(API)建立数据库，实现多标准空间及透明的图属视化，应用价值高，为香港天文台提供宣传气象知识的工具，郑重推荐之！(中国气象局局长秦大河教授) 獎勵及發表: 本作品今年四月在香港中文大學舉行的”校長盃 –學生創新大賽2009” 中獲得研究生團體組優異獎 Submitable Paper A novel web-based system for typhoon prediction and analysis.
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本系统使用综合和灵活的系统框架(图1，见附录1)，无缝地结合了多源、多尺度和多维的台风相关数据库，具有友好的用户界面，同时具有强大的数据挖掘算法和动力模式(MM5)，用于台风分析和预报。 本系统的目的在于： 1.对台风的路径、登陆以及转向进行分析、追踪、预报以及可视化。 2.建立一个综合和完整的多源、多尺度及多层的台风数据库。 3.对台风进行动力建模和数据挖掘研究。 4.满足专业和研究人员的需求以及公众消费。 5.通过提高台风路径预测精度以减少受台风造成的人员伤亡和经济损失。 本系统的创新特色在于： 1.使用Google Map的免费以及实时更新的基础地图以及应用编程接口(API)。 2.构建了全面和完整的台风数据库。 3.实现了多标准空间查询和可变透明度的多图层可视化 。 4.实现台风模拟。 5.实现动力模式的并行计算以及与之互补的数据挖掘算法。 同时本系统具有良好的可扩展性和可移植性。
科学性、先进性
- 本系统的先进性在于使用Google Map的实时更新的基础地图和应用编程接口(API)，构建了全面和完整的台风数据库，实现了多标准空间查询和可变透明度的多图层可视化，实现台风模拟，动力模式（MM5）的并行计算以及与之互补的数据挖掘算法用于台风的路径预报和分析取得较好的预报效果，同时本系统具有良好的可扩展性和可移植性。 目前的台风业务系统和查询分析系统是桌面版的分析系统，要么是基于WEB的台风资料发布和查询系统。而本系统基于浏览器/服务器构架，利用Adobe Flash技术、ActionScript 3.0、 Google Map等技术，利用网页浏览器（如IE）就可以访问并使用本系统，同时本系统具有多种台风分析功能和台风预报功能。本系统的基于数据挖掘的预报模式结合了有限混合模型（Finite Mixture Model）的聚类结果，结合了空间相似度的理念，具有较好的预报效果。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品于2009年4月在香港中文大学举行的 “校长杯 – 学生创新大赛2009”中获得优异奖 (見附件一)
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 本系统的应用价值: 气象部门的业务工具、Google门户工具、提供宣传气象和台风知识的有力工具
作品可展示的形式
- 现场演示、图片及录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统的技术特点和优势： 1.本系统不仅使用方便，而且具有突出的显示效果，以及较深的理论基础。 2.本系统基于浏览器/服务器模式，使用任何一款浏览器即可访问本系统，本系统可以在基本地图界面、卫星遥感影像界面和地形图界面之间自由选择（图2, ）。本系统的主要功能分为台风的分析和预报功能。 3.台风分析功能 相似路径查询（图3，见附录1） 多图层可视化（图4，见附录1） 台风源地分析（图5，见附录1） 关键区查询 （图5，见附录1） 按台风走向查询（图6，见附录1） 按台风转向角度查询（图7，见附录1） 按登陆地点查询（图8，见附录1） 4.台风预报功能 利用数据挖掘算法的预报方案（图9，见附录1）。 基于MM5的预报方案（图10，见附录1）。 本系统推广前景的技术性说明: 1.作为气象部门的业务工具。 2.成为具有商业化潜力的Google门户工具，可供公众作查询历史和现有的台风资料。 3.同時可作为香港天文台提供宣传气象尤其是台风知识的有力工具。
同类课题研究水平概述
- 当前基于WEB的应用系统研究主要分为客户端/服务器（C/S）与浏览器/服务器（B/S）两种系统框架。目前，基于B/S架构的WEB系统主要用于信息如地图，天气等的发布，而少有系统进行复杂的分析操作，主要原因在于B/S架构带宽以及客户端与服务器的响应限制了复杂的分析功能。B/S架构最大的优势就在于免安装，只需联接上因特网，随时随地都可以使用任何一款浏览器使用系统。 目前，构建地理信息系统（GIS），基础地图数据（普通地图，地形图，遥感影像等）不仅价格昂贵，而且更新步骤繁琐，对构建系统极为不便。本系统采用Google提供的免费以及实时更新的基础地图数据以及应用编程接口(API)，使用十分方便。 目前国内外台风系统的研究也十分热门。加拿大于1997年建立了桌面版的“飓风预报系统”。美国1999年建立了“热带气旋自动预报系统”用于追踪、预报以及发布台风预警信息。澳大利亚气象局于1999年也建成了热带气旋工作站。同时，美国大气海洋局（NOAA） 和日本气象厅也开发了许多基于Web的飓风跟踪和显示软件如 ‘Eye of the Storm’、‘Global Tracks’、 ‘Hurricane Watch 2000’、 ‘HurrTrak’、‘Merlin’、‘Personal Hurricane Center’ 和 ‘Storm’ 等。国内方面，中国气象局上海台风所于2007年开发了“基于WEB的台风历史资料检索系统”，浙江省也开发了“台风路径实时发布系统”，著名台风软件公司“四创”公司开发了基于Google Map的“台风110”系统。国内外的上述系统具有以下特点，具有较强分析功能的台风系统均为桌面版系统，桌面版系统最棘手的问题就是安装和更新步骤较繁琐。基于WEB的系统主要的功能在于发布台风的位置信息和预警信息，或者对历史的热带气旋路径可视化。 本系统为使用Adobe/Flash技术，JSP等技术，基于B/S架构的台风分析与预报系统。本系统所实现的分析功能可以与桌面版系统媲美。而且，本系统具有较高显示的效率和效果。不仅可以对历史路径和实时路径进行各种分析，同时结合了动力模式（MM5）以及基于数据挖掘算法的预报方案，具有较好的路径预报效果。(详情请见附录1及2)
