況源，周小明，梁富強

（四川省宜賓市氣象局 四川 宜賓 644000）

風玫瑰圖能夠直觀地反應某一地區(qū)風的狀況，故被廣泛地應用到城市規(guī)劃、環(huán)境評價、風能資源評估等工作中[1-3]。風玫瑰圖的繪制工作通常要先對基礎風向、風速數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，計算出16個方位的風頻、平均風速，再借助CAD、Matlab等軟件繪圖，過程工作量大，耗時較長，難度高，出錯率高。所以，編寫一款風玫瑰圖繪制程序，具有工程實際意義。

1 風玫瑰圖

風玫瑰圖是指在極坐標底圖上點繪出的某一地區(qū)在某一時段內各風向出現(xiàn)的頻率或各風向的平均風速的統(tǒng)計圖。前者為“風向玫瑰圖”，后者為“風速玫瑰圖”。因圖形似玫瑰花朵故名[4]。風向是風吹來的方向，風向一共分為16個方位，以北在起點，每隔22.5°確定一個方向，分別為北（N）、東北偏北 （NNE）、 東 北 （NE）、 東 北 偏 東 （ENE）、 東 （E）、 東 南 偏 東（ESE）、東南（SE）、東南偏南（SSE）、南（S）、西南偏南（SSW）、西南（SW）、西南偏西（WSW）、西（W）、西北偏西（WNW）、西北（NW）、西北偏北（NNW）。風速是指空氣在單位時間內的流過的距離，單位一般為m/s[5]。

2 總體設計

程序主要功能有：實現(xiàn)對基礎數(shù)據(jù)的excel方式導入，對基礎數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計，風玫瑰圖繪制，曲線調整，自定義顏色填充和風玫瑰圖導出等功能。程序功能設計圖如圖1所示。

圖1 程序功能設計圖Fig.1 Program function design

3 程序主要功能的實現(xiàn)

3.1 基礎數(shù)據(jù)導入與處理

程序通過導入excel表格的方式加載基礎數(shù)據(jù)，程序在加載數(shù)據(jù)時，從約定的有效數(shù)據(jù)起始位置（3行2列）開始遍歷數(shù)據(jù)表，將表中風向、對應風速分別保存到數(shù)組pfdata、pvdata中，且風向風速的對應關系要保持不變。主要代碼如下[6]

void CMainFrame::InitExcel（）{

/*此處略去Excel服務器和獲取數(shù)據(jù)Worksheet頁（wht）代碼*/

/*加載數(shù)據(jù)*/

Range range， usedRange；

usedRange.AttachDispatch（wht.GetUsedRange（））；

range.AttachDispatch（usedRange.GetRows（））；

long iRowNum=range.GetCount（）； //獲 取 已 經 使 用的行數(shù)

range.AttachDispatch（usedRange.GetColumns（））；long iColNum=range.GetCount（）；//獲取已經使用的列數(shù)CString*pfdata=new CString[（iRowNum-2）*（iColNum-1）/2]； //用于加載風向數(shù)據(jù)

float*pvdata=new float[（iRowNum-2）*（iColNum-1）/2]；//用于加載風速數(shù)據(jù)

for（intm=3； m<=iRowNum； m++）{

for （intn=2； n<=iColNum； n++）{//遍歷表中風向、風速數(shù)據(jù)

range.AttachDispatch（wht.GetCells（））；

range.AttachDispatch （range.GetItem （COleVariant（（long）m），COleVariant（（long）n））.pdispVal）；

COleVariant vResult=range.GetValue2（）；

if（vResult.vt==VT_BSTR） {//字 符 串 則 為風向pfdata [（（m-3）* （iColNum-1） +n-2）/2]=vResult.bstrVal；}

if（vResult.vt==VT_R8） {//數(shù)字則為風速

pvdata[（（m-3）*（iColNum-1）+n-3）/2]= （float）vResult.dblVal；}}

}

/*此處略去退出Excel服務器代碼*/

}

數(shù)據(jù)加載完后，遍歷數(shù)組pfdata數(shù)組統(tǒng)計出風向再各方位出現(xiàn)的次數(shù)，保存在fnum數(shù)組中；同時將各方位對應的風速累加到vnum數(shù)組中，主要代碼如下。

/*fnum為存放風向在各方位出現(xiàn)的次數(shù)的數(shù)組，vnum為存放對應風速的累計值的數(shù)組，數(shù)組元素對應各個方位，依 次 為 N，NNE，NE，ENE，E，ESE，SE，SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW，NNW，C*/

int fnum[17]={0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，0， 0， 0， 0， 0}；

float vnum[17]= {0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，0， 0， 0， 0， 0， 0}；

for（int i=0； i<（iRowNum-2）*（iColNum-1）/2； i++）{

if（pfdata[i]=="N"） {

fnum[0]++；

vnum[0]+=pvdata[i]；}

/*此處略去處理其他方位的代碼*/

}

最后用各方位出現(xiàn)次數(shù)除以總次數(shù)得到該方位的風頻（以百分率表示），用各方位風速值之和除以該方位出現(xiàn)次數(shù)得到平均風速。

3.2 繪制風玫瑰圖

風玫瑰圖分為風向玫瑰圖和風速玫瑰圖，繪制風玫瑰圖可以分別繪制在兩張玫瑰圖中，亦可以疊加在同一張風玫瑰圖里面。下面以繪制風向玫瑰圖實現(xiàn)過程為例。風向玫瑰圖的繪制過程，首先要將風按16個方位進行統(tǒng)計，計算出各方位的風向頻率，其計算公式為：gn式中：gn為 n方位的風向頻率，fn為所取資料年代內風在n方位出現(xiàn)的次數(shù)，n表示方位，共16個方位。c為所取資料年代內靜風的次數(shù)[2]。然后計算為坐標點，連接所有點后，即為基本的風向玫瑰圖。

3.2.1 計算各方位風頻的坐標

風頻在極坐標系上的坐標計算方法如圖2所示，若點A為NE方位在極坐標上的描點，OA長度為風向在NE方位的風頻，角α值如表1所示[8]（在 VC++中使用弧度作計算），這樣就能夠算出點 A的坐標（OA×cosα，OA×sinα）。

圖2 風頻在極坐標系上的坐標計算方法Fig.2 Coordinates calculationmethods ofwind frequency on the polar coordinates

此時得到的極坐標還不能直接用于繪圖，因為在Windows應用程序中，繪圖使用GDI坐標系統(tǒng)，在GDI坐標系統(tǒng)中原點（0，0）位于左上角，水平軸的正方形向右，垂直軸的正方向向下[7]，所以還需要作處理。處理方法是根據(jù)繪圖區(qū)域確定 O 點在 GDI坐標系統(tǒng)的坐標 O′（XO′，YO′）（可以取中心點坐標），與已計算出的A點在極坐標系上坐標A（XA，YA）作計算，得到A點在GDI坐標系統(tǒng)的新坐標A′，計算公式為：A′（XA′，YA′）=（XO′+XA，YO′-YA）。 另外，因風玫瑰圖風格多樣，有的將最里同心圓視為原點（0，0），此情況還需把坐標作進一步處理。同理，計算出其它方位點的坐標，保存至CPoint類型的數(shù)組fpt中。

表1 各方位在極坐標上的角度和弧度值Tab.1 The parties on the polar angle and radian value

3.2.2 繪制風向玫瑰圖

計算出各方位風頻坐標后，用直線連接16個坐標點后，但通常還需要繪制表示風頻大小的同心圓[9]，繪制表示各方位的放射直線，標注方位符號，在中心位置標注靜風頻率（如標注C=19.2，表示靜風頻率為19.2%），注明說明性文本，對曲線填充顏色等。重要代碼如下[10]。

/*連接坐標點*/

CPen pen（PS_SOLID， 2， pMain->m_colorf）；

dc.SelectObject（pen）；

for（int j=0； j<16； j++）{

dc.MoveTo（fpt[j%16]）；

dc.LineTo（fpt[（j+1）%16]）；}

/*填充曲線*/

CBrush brhf（pMain->m_colorf）；

dc.BeginPath（）；

dc.MoveTo（fpt[0]）；

for（int i=0； i<16； i++）{

dc.LineTo（fpt[（i+1）%16]）；}

dc.EndPath（）；

rgnf.CreateFromPath（&dc）；

dc.FillRgn（&rgnf， &brhf）；

4 程序驗證

4.1 準備基礎數(shù)據(jù)

基礎數(shù)據(jù)的excel數(shù)據(jù)表可支持一種或多種格式，本程序支持的其中一種比較典型的格式如表2所示，驗證所用數(shù)據(jù)為XX縣2010年1月逐日定時風向風速數(shù)據(jù)。

表2 原始數(shù)據(jù)格式Tab.2 The form at of the original data

4.2 程序繪制結果

將基本數(shù)據(jù)導入成功后，自動在程序界面左邊顯示計算出的各方位風頻和平均風速的數(shù)值。點擊繪圖功能按鈕可在程序主界面繪制出風玫瑰圖。如圖3所示。

圖3 繪制結果Fig.3 The results of the draw

5 結 論

程序基于VC++實現(xiàn)了對風要素基礎數(shù)據(jù)的導入、自動統(tǒng)計和繪制風玫瑰圖。運用到實際工作中，有效地提高了工作效率；同時共享到網絡，受到使用者一致好評。但程序也存在一些不足，如數(shù)據(jù)導入方式和風玫瑰圖風格均較單一，需在今后作改進。

[1]邢婷，鄭有飛，朱勇，等.云南風能資源及其開發(fā)利用研究進展[J].氣象與環(huán)境科學，2013，36（4）:55-61.XING Ting，ZHENG You-fei，ZHU Yong，et al.Wind energy resources and its exploitation and utilization of research progress in yunnan[J].Meteorology and Environmental Science，2013，36（4）:55-61.

[2]王新生.淺談風玫瑰圖在城市規(guī)劃中的應用[J].武測科技，1994（3）:35-38.WANG Xin-sheng.Introduction to the wind rose in the application of the urban planning[J].Wuhan Measurement Technology，1994（3）:35-38.

[3]霍煥.風玫瑰圖在大氣污染評價中的應用[J].環(huán)境保護，1983（5）:17-19.HUO Huan.The wind rose in the application of atmospheric pollution evaluation[J].Environmental Protection，1983（5） :17-19.

[4]佚名.風玫瑰圖[J].吉林交通科技，1995（3）:51-52.Anonymous.Thewind rose[J].Jilin Traffic Science and Technology，1995（3）:51-52.

[5]曹麗娟，周玲，陳艷麗，等.風玫瑰圖的研究與程序自動成圖設計[J].計算機與現(xiàn)代化，2013（2）:134-137，146.CAO Li-juan，ZHOU Ling，CHEN Yan-li，et al.The wind rose the research and application of automatic mapping design[J].Computer&Modern，2013（2）:134-137，146.

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[7]陳夕松，邵祥兵.基于Windows GDI的圖形編程[J].微計算機信息，1998（5）:50-52.CHEN Xi-song，SHAO Xiang-bing.Based on the Windows GDI graphics programming[J].Microcomputer Information，1998（5）:50-52.

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[9]王建莊，余秀娟，譚光洪，等.風向玫瑰圖的精確繪制[J].廣東氣象，2010，32（5）:48-49.WANG Jian-zhuang，YU Xiu-juan，TAN Guang-hong，et al.The wind rose diagram drawn exactly [J].Guangdong Meteorological，2010，32（5）:48-49.

[10]劉銳寧，梁水，李偉明.Visual C++開發(fā)實戰(zhàn)1200例[M].北京：清華大學出版社，2013.