基于VC++的風玫瑰圖繪制程序設計與實現

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風的狀況，故被廣泛地應用到城市規劃、環境評價、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、風速數據進行統計，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在某一時段內各風向出現的頻率或各風向的平均風速的統計圖。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：實現對基礎數據的excel方式導入，對基礎數據自動統計，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

3.1 基礎數據導入與處理

程序通過導入excel表格的方式加載基礎數據，程序在加載數據時，從約定的有效數據起始位置（3行2列）開始遍歷數據表，將表中風向、對應風速分別保存到數組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服務器和獲取數據Worksheet頁（wht）代碼*/

/*加載數據*/

Range range， usedRange；

usedRange.AttachDispatch（wht.GetUsedRange（））；

range.AttachDispatch（usedRange.GetRows（））；

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

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

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

for（intm=3； m<=iRowNum； m++）{

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

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*/

}

數據加載完后，遍歷數組pfdata數組統計出風向再各方位出現的次數，保存在fnum數組中；同時將各方位對應的風速累加到vnum數組中，主要代碼如下。

/*fnum為存放風向在各方位出現的次數的數組，vnum為存放對應風速的累計值的數組，數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*/

}

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

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方位出現的次數，n表示方位，共16個方位。c為所取資料年代內靜風的次數[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，在GDI坐標系統中原點（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。處理方法是根據繪圖區域確定 O 點在 GDI坐標系統的坐標 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 準備基礎數據

基礎數據的excel數據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，驗證所用數據為XX縣2010年1月逐日定時風向風速數據。

表2 原始數據格式Tab.2 The form at of the original data

4.2 程序繪制結果

將基本數據導入成功后，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++實現了對風要素基礎數據的導入、自動統計和繪制風玫瑰圖。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，如數據導入方式和風玫瑰圖風格均較單一，需在今后作改進。

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[3]霍煥.風玫瑰圖在大氣污染評價中的應用[J].環境保護，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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[10]劉銳寧，梁水，李偉明.Visual C++開發實戰1200例[M].北京：清華大學出版社，2013.