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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于WEB的新穎的臺(tái)風(fēng)分析和預(yù)報(bào)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目由香港中文大學(xué)計(jì)算器科學(xué)與工程學(xué)系及地理與資源管理系共同合作開(kāi)發(fā)完成。此項(xiàng)目的目標(biāo)為對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑、登陸及轉(zhuǎn)向進(jìn)行分析, 追蹤, 預(yù)報(bào)和可視化。同時(shí)，還包括建立一個(gè)完整和完善的多源、多尺度及多層的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)，可進(jìn)行動(dòng)力建模及數(shù)據(jù)挖掘，以滿足專業(yè)或研究人員的使用和公眾消費(fèi)。 本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于它擁有全面和可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)及容易操作的界面，并綜合了多源、多尺度及多層的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)采用強(qiáng)大的動(dòng)力建模及數(shù)據(jù)挖掘?qū)ε_(tái)風(fēng)進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)。 本系統(tǒng)由免費(fèi)以及實(shí)時(shí)更新的Google Map，Adobe Flash， Action Script 3.0 以及Java開(kāi)發(fā)而成。利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存過(guò)往臺(tái)風(fēng)及相關(guān)的大氣數(shù)據(jù)如衛(wèi)星云圖、雨量、濕度、氣壓、風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)切變等。這些資料由全球權(quán)威的氣象組織收集而成并免費(fèi)開(kāi)放，我們綜合了從1951-2008年西北太平洋及南中國(guó)海地區(qū)的所有臺(tái)風(fēng)相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)，不同的大氣數(shù)據(jù)可透過(guò)多層及可視化的系統(tǒng)進(jìn)行查詢。 為提高預(yù)報(bào)及分析臺(tái)風(fēng)的準(zhǔn)確度，本系統(tǒng)建立多種空間查詢以研究臺(tái)風(fēng)不同的特質(zhì)，如相似路徑查詢，按方向、轉(zhuǎn)向角度、源地及登陸地點(diǎn)查詢、關(guān)鍵區(qū)查詢、按臺(tái)風(fēng)生命周期、強(qiáng)度等進(jìn)行分析。通過(guò)動(dòng)力建模及數(shù)據(jù)挖掘算法，加上空間相似以及季節(jié)相似度算法，可提供較準(zhǔn)確的臺(tái)風(fēng)登陸及轉(zhuǎn)向預(yù)報(bào)。 總括而言，本系統(tǒng)利用先進(jìn)的技術(shù)建立一個(gè)能滿足專業(yè)研究人員及公眾使用的臺(tái)風(fēng)分析及預(yù)報(bào)系統(tǒng)，具有潛在的技術(shù)轉(zhuǎn)移及學(xué)習(xí)價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 發(fā)明目的: 對(duì)颱風(fēng)路徑、登陸及轉(zhuǎn)向進(jìn)行分析, 追蹤, 預(yù)報(bào)和可視化。 建立一個(gè)強(qiáng)大和多源、多尺度及多層的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù) 進(jìn)行動(dòng)力建模及數(shù)據(jù)挖掘 同時(shí)滿足專業(yè)研究人員和公眾消費(fèi) 希望可提高臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度, 及早對(duì)臺(tái)風(fēng)做好預(yù)防, 以減少受臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的人命傷亡及經(jīng)濟(jì)損失 創(chuàng)新特色: 使用免費(fèi)及可進(jìn)行即時(shí)更新的Google Map, 配合多源、多尺度及多層的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù) 構(gòu)建了完整和完備的多源、多尺度及多層的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù) 提供臺(tái)風(fēng)走向的動(dòng)畫(huà) 同時(shí)採(cǎi)用強(qiáng)大的動(dòng)力建模及數(shù)據(jù)挖掘?qū)ε_(tái)風(fēng)進(jìn)行分析和預(yù)報(bào) 擁有全面和彈性的結(jié)構(gòu)及容易操作的介面 應(yīng)用價(jià)值: 曾於香港天文臺(tái)Hong Kong Observatory 進(jìn)行系統(tǒng)演示, 獲得一致好評(píng), 本系統(tǒng)可被採(cǎi)納成為香港天文臺(tái)預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)之用途 本系統(tǒng)可成為有商業(yè)化潛力的Google 門戶工具 可供公眾作查詢過(guò)往及現(xiàn)有的臺(tái)風(fēng)資料, 同時(shí)可為香港天文臺(tái)提供宣傳臺(tái)風(fēng)知識(shí)的教學(xué)用途 推薦者評(píng)語(yǔ): 該項(xiàng)目是通過(guò)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑、登陸及影響進(jìn)行研究追蹤、預(yù)報(bào)及可視化，建立一個(gè)綜合、完整的系統(tǒng)框架和臺(tái)風(fēng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘算法和動(dòng)力模式研究，達(dá)到人類需求，減少臺(tái)風(fēng)造成的各種損失。它用Google Map的實(shí)時(shí)更新基礎(chǔ)和編輯接口(API)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)空間及透明的圖屬視化，應(yīng)用價(jià)值高，為香港天文臺(tái)提供宣傳氣象知識(shí)的工具，鄭重推薦之！(中國(guó)氣象局局長(zhǎng)秦大河教授) 獎(jiǎng)勵(lì)及發(fā)表: 本作品今年四月在香港中文大學(xué)舉行的”校長(zhǎng)盃 –學(xué)生創(chuàng)新大賽2009” 中獲得研究生團(tuán)體組優(yōu)異獎(jiǎng) Submitable Paper A novel web-based system for typhoon prediction and analysis.
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本系統(tǒng)使用綜合和靈活的系統(tǒng)框架(圖1，見(jiàn)附錄1)，無(wú)縫地結(jié)合了多源、多尺度和多維的臺(tái)風(fēng)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，具有友好的用戶界面，同時(shí)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘算法和動(dòng)力模式(MM5)，用于臺(tái)風(fēng)分析和預(yù)報(bào)。 本系統(tǒng)的目的在于： 1.對(duì)臺(tái)風(fēng)的路徑、登陸以及轉(zhuǎn)向進(jìn)行分析、追蹤、預(yù)報(bào)以及可視化。 2.建立一個(gè)綜合和完整的多源、多尺度及多層的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)。 3.對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行動(dòng)力建模和數(shù)據(jù)挖掘研究。 4.滿足專業(yè)和研究人員的需求以及公眾消費(fèi)。 5.通過(guò)提高臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)精度以減少受臺(tái)風(fēng)造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。 本系統(tǒng)的創(chuàng)新特色在于： 1.使用Google Map的免費(fèi)以及實(shí)時(shí)更新的基礎(chǔ)地圖以及應(yīng)用編程接口(API)。 2.構(gòu)建了全面和完整的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)。 3.實(shí)現(xiàn)了多標(biāo)準(zhǔn)空間查詢和可變透明度的多圖層可視化 。 4.實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)模擬。 5.實(shí)現(xiàn)動(dòng)力模式的并行計(jì)算以及與之互補(bǔ)的數(shù)據(jù)挖掘算法。 同時(shí)本系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本系統(tǒng)的先進(jìn)性在于使用Google Map的實(shí)時(shí)更新的基礎(chǔ)地圖和應(yīng)用編程接口(API)，構(gòu)建了全面和完整的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了多標(biāo)準(zhǔn)空間查詢和可變透明度的多圖層可視化，實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)模擬，動(dòng)力模式（MM5）的并行計(jì)算以及與之互補(bǔ)的數(shù)據(jù)挖掘算法用于臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)和分析取得較好的預(yù)報(bào)效果，同時(shí)本系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。 目前的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和查詢分析系統(tǒng)是桌面版的分析系統(tǒng)，要么是基于WEB的臺(tái)風(fēng)資料發(fā)布和查詢系統(tǒng)。而本系統(tǒng)基于瀏覽器/服務(wù)器構(gòu)架，利用Adobe Flash技術(shù)、ActionScript 3.0、 Google Map等技術(shù)，利用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器（如IE）就可以訪問(wèn)并使用本系統(tǒng)，同時(shí)本系統(tǒng)具有多種臺(tái)風(fēng)分析功能和臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)功能。本系統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)挖掘的預(yù)報(bào)模式結(jié)合了有限混合模型（Finite Mixture Model）的聚類結(jié)果，結(jié)合了空間相似度的理念，具有較好的預(yù)報(bào)效果。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2009年4月在香港中文大學(xué)舉行的 “校長(zhǎng)杯 – 學(xué)生創(chuàng)新大賽2009”中獲得優(yōu)異獎(jiǎng) (見(jiàn)附件一)
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值: 氣象部門的業(yè)務(wù)工具、Google門戶工具、提供宣傳氣象和臺(tái)風(fēng)知識(shí)的有力工具
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片及錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1.本系統(tǒng)不僅使用方便，而且具有突出的顯示效果，以及較深的理論基礎(chǔ)。 2.本系統(tǒng)基于瀏覽器/服務(wù)器模式，使用任何一款瀏覽器即可訪問(wèn)本系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以在基本地圖界面、衛(wèi)星遙感影像界面和地形圖界面之間自由選擇（圖2, ）。本系統(tǒng)的主要功能分為臺(tái)風(fēng)的分析和預(yù)報(bào)功能。 3.臺(tái)風(fēng)分析功能 相似路徑查詢（圖3，見(jiàn)附錄1） 多圖層可視化（圖4，見(jiàn)附錄1） 臺(tái)風(fēng)源地分析（圖5，見(jiàn)附錄1） 關(guān)鍵區(qū)查詢 （圖5，見(jiàn)附錄1） 按臺(tái)風(fēng)走向查詢（圖6，見(jiàn)附錄1） 按臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向角度查詢（圖7，見(jiàn)附錄1） 按登陸地點(diǎn)查詢（圖8，見(jiàn)附錄1） 4.臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)功能 利用數(shù)據(jù)挖掘算法的預(yù)報(bào)方案（圖9，見(jiàn)附錄1）。 基于MM5的預(yù)報(bào)方案（圖10，見(jiàn)附錄1）。 本系統(tǒng)推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明: 1.作為氣象部門的業(yè)務(wù)工具。 2.成為具有商業(yè)化潛力的Google門戶工具，可供公眾作查詢歷史和現(xiàn)有的臺(tái)風(fēng)資料。 3.同時(shí)可作為香港天文臺(tái)提供宣傳氣象尤其是臺(tái)風(fēng)知識(shí)的有力工具。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前基于WEB的應(yīng)用系統(tǒng)研究主要分為客戶端/服務(wù)器（C/S）與瀏覽器/服務(wù)器（B/S）兩種系統(tǒng)框架。目前，基于B/S架構(gòu)的WEB系統(tǒng)主要用于信息如地圖，天氣等的發(fā)布，而少有系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的分析操作，主要原因在于B/S架構(gòu)帶寬以及客戶端與服務(wù)器的響應(yīng)限制了復(fù)雜的分析功能。B/S架構(gòu)最大的優(yōu)勢(shì)就在于免安裝，只需聯(lián)接上因特網(wǎng)，隨時(shí)隨地都可以使用任何一款瀏覽器使用系統(tǒng)。 目前，構(gòu)建地理信息系統(tǒng)（GIS），基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)（普通地圖，地形圖，遙感影像等）不僅價(jià)格昂貴，而且更新步驟繁瑣，對(duì)構(gòu)建系統(tǒng)極為不便。本系統(tǒng)采用Google提供的免費(fèi)以及實(shí)時(shí)更新的基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)以及應(yīng)用編程接口(API)，使用十分方便。 目前國(guó)內(nèi)外臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)的研究也十分熱門。加拿大于1997年建立了桌面版的“颶風(fēng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)”。美國(guó)1999年建立了“熱帶氣旋自動(dòng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)”用于追蹤、預(yù)報(bào)以及發(fā)布臺(tái)風(fēng)預(yù)警信息。澳大利亞氣象局于1999年也建成了熱帶氣旋工作站。同時(shí)，美國(guó)大氣海洋局（NOAA） 和日本氣象廳也開(kāi)發(fā)了許多基于Web的颶風(fēng)跟蹤和顯示軟件如 ‘Eye of the Storm’、‘Global Tracks’、 ‘Hurricane Watch 2000’、 ‘HurrTrak’、‘Merlin’、‘Personal Hurricane Center’ 和 ‘Storm’ 等。國(guó)內(nèi)方面，中國(guó)氣象局上海臺(tái)風(fēng)所于2007年開(kāi)發(fā)了“基于WEB的臺(tái)風(fēng)歷史資料檢索系統(tǒng)”，浙江省也開(kāi)發(fā)了“臺(tái)風(fēng)路徑實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)”，著名臺(tái)風(fēng)軟件公司“四創(chuàng)”公司開(kāi)發(fā)了基于Google Map的“臺(tái)風(fēng)110”系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外的上述系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)，具有較強(qiáng)分析功能的臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)均為桌面版系統(tǒng)，桌面版系統(tǒng)最棘手的問(wèn)題就是安裝和更新步驟較繁瑣?；赪EB的系統(tǒng)主要的功能在于發(fā)布臺(tái)風(fēng)的位置信息和預(yù)警信息，或者對(duì)歷史的熱帶氣旋路徑可視化。 本系統(tǒng)為使用Adobe/Flash技術(shù)，JSP等技術(shù)，基于B/S架構(gòu)的臺(tái)風(fēng)分析與預(yù)報(bào)系統(tǒng)。本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的分析功能可以與桌面版系統(tǒng)媲美。而且，本系統(tǒng)具有較高顯示的效率和效果。不僅可以對(duì)歷史路徑和實(shí)時(shí)路徑進(jìn)行各種分析，同時(shí)結(jié)合了動(dòng)力模式（MM5）以及基于數(shù)據(jù)挖掘算法的預(yù)報(bào)方案，具有較好的路徑預(yù)報(bào)效果。(詳情請(qǐng)見(jiàn)附錄1及2)
