3 風(fēng)玫瑰圖的算法實現(xiàn)
　　通過分析上一節(jié)中對風(fēng)玫瑰圖的氣象學(xué)定義和對風(fēng)向平均和相對風(fēng)向的平均風(fēng)速的參數(shù)化表達(dá)式，我們就可以設(shè)計算法，對風(fēng)玫瑰圖的繪制功能加以實現(xiàn)。風(fēng)玫瑰圖的算法實現(xiàn)必須具備以下幾個功能：1）實時風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)采集，歷史數(shù)據(jù)獲取；2）自動將實時采集的各個風(fēng)向（0 ～ 360°的實數(shù)）統(tǒng)計到16 個風(fēng)向上；3）能夠檢查風(fēng)向異常值并將之剔除，以免影響風(fēng)玫瑰圖的繪制；4）能按照統(tǒng)計出的風(fēng)向頻率和平均風(fēng)速的取值范圍動態(tài)的調(diào)整極坐標(biāo)系的取值，自適應(yīng)的繪制出風(fēng)玫瑰圖。所涉及的工作包括：1）選擇合適的數(shù)據(jù)源獲得實時的和歷史的風(fēng)速風(fēng)向觀測數(shù)據(jù)并設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)保存風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，可以方便地通過讀庫操作進(jìn)行風(fēng)向統(tǒng)計；2）實現(xiàn)可以進(jìn)行異常值處理的風(fēng)向頻率和平均風(fēng)速計算；3）實現(xiàn)坐標(biāo)自適應(yīng)的極坐標(biāo)作圖。
　　3.1 數(shù)據(jù)源和庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　參考?xì)庀髮W(xué)的統(tǒng)計實踐，風(fēng)玫瑰圖的統(tǒng)計時間跨度通常最短為1 個月，常至1 年乃至數(shù)年。如果時間跨度過短，統(tǒng)計結(jié)果不具有規(guī)律性，數(shù)據(jù)沒有實用價值。而跨度10 年以上的統(tǒng)計結(jié)果通常只作為分析氣候變遷規(guī)律時使用。一旦確定了時間跨度，則采樣頻率即多長一段時間采樣一次風(fēng)速風(fēng)向值參與計算成為另一個重要的參考量。單位時間內(nèi)，獲得的樣本數(shù)越多，也就是采樣空間越密，統(tǒng)計結(jié)果通常會更有意義。
　　自動氣象站是由電子設(shè)備或計算機控制的自動進(jìn)行氣象觀測和資料收集傳輸?shù)臍庀笳窘M成，按照現(xiàn)在工藝水平，廣泛分布在我國各個地區(qū)的自動氣象站可以按照10 ～ 15 分鐘為時間間隔，定時采集發(fā)送其所觀測到的氣象六要素（溫、濕、雨、壓、風(fēng)速、風(fēng)向）數(shù)據(jù)。按照這個采樣頻率，月風(fēng)玫瑰圖可以獲得平均4320 個樣本點，基本滿足統(tǒng)計計算的需要。因此自動氣象站的數(shù)據(jù)可以作為風(fēng)玫瑰圖的有效數(shù)據(jù)源。
　　為了計算平均風(fēng)速和風(fēng)向頻率，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)中至少需要包含時標(biāo)，風(fēng)速，風(fēng)向3 個字段。對應(yīng)月玫瑰圖，可以直接取自動氣象站保存在數(shù)據(jù)庫中的原始采樣數(shù)據(jù)。原始采樣數(shù)據(jù)通常包含采樣時刻的瞬時值和10 分鐘、15 分鐘的平均值，為了統(tǒng)計需要我們通常選擇平均值作為源數(shù)據(jù)。對應(yīng)年或者數(shù)年玫瑰圖，為了方便地去除不合理結(jié)果和減少運算時間，可以對自動氣象站的10 分鐘平均值結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整編，首先獲得按小時或者日平均風(fēng)速、風(fēng)向的整編統(tǒng)計結(jié)果，然后再進(jìn)行統(tǒng)計計算。
　　3.2 風(fēng)向頻率和平均風(fēng)速計算與風(fēng)玫瑰圖繪制
　　風(fēng)向頻率和平均風(fēng)速計算的算法主要包含以下步驟：1）按照從數(shù)據(jù)庫表中獲得的10 分鐘（15 分鐘）平均風(fēng)向d，通過取整計算將它歸納到16 個統(tǒng)計風(fēng)向上（對任意風(fēng)向d，如果0 ≤ d<22.5, 則將它統(tǒng)計到0°統(tǒng)計風(fēng)向上，如果22.5 ≤ d<45,則將它統(tǒng)計到22.5°風(fēng)向上，依次類推。）；2）祛除d<0 和d/22.5>15 的不合理點；3）統(tǒng)計各個統(tǒng)計風(fēng)向上風(fēng)出現(xiàn)的次數(shù)，按照上節(jié)中描述的風(fēng)向頻率計算公式計算出風(fēng)頻值和其對應(yīng)的統(tǒng)計風(fēng)向n 一起保存在極坐標(biāo)系二元組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，其中n 作為極坐標(biāo)系中的極角，而作為極徑；4）統(tǒng)計出各個統(tǒng)計風(fēng)向上風(fēng)速取值，按照上節(jié)中描述的平均風(fēng)速計算公式計算平均風(fēng)速和對應(yīng)統(tǒng)計風(fēng)向n 一起保存在極坐標(biāo)系二元組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，其中n 作為極坐標(biāo)系中的極角， 作為極徑。
　　在分布式信息系統(tǒng)環(huán)境中，我們在實踐中選擇了java 作為主要開發(fā)平臺，基于java 的JFreeChart，是科學(xué)圖表的最好解決方案之一，成為一個可以實現(xiàn)的選擇。它的java 包可以支持繪制餅圖、曲線圖、直方圖、雷達(dá)圖等等種類豐富的科學(xué)圖形。其中雷達(dá)圖支持用戶以極坐標(biāo)形式輸入一個或多個參數(shù)序列，自動進(jìn)行坐標(biāo)自適應(yīng)，繪制并以圖片形式輸出極坐標(biāo)下的折線圖。如果將風(fēng)向頻率和平均風(fēng)速的統(tǒng)計計算結(jié)果作為參數(shù)序列輸入到JFreeChart 的雷達(dá)圖模塊，則可以很方便的繪制出符合定義要求的風(fēng)玫瑰圖。圖1 中展示了在西北某個地區(qū)2010 年3 月全月的風(fēng)速玫瑰圖，它被集成在該地區(qū)的電力氣象信息系統(tǒng)中。