海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)時(shí)空建模與可視化研究.pdf

1、隨著我國(guó)海洋資源開(kāi)發(fā)和利用的不斷深入,海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為海洋及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域重要的研究課題。長(zhǎng)期以來(lái)海洋環(huán)境調(diào)查研究積累了大量的多源、異構(gòu)、多維、動(dòng)態(tài)、海量的海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù),特別是隨著空間探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展,這些數(shù)據(jù)更是以幾何級(jí)數(shù)般速度增長(zhǎng)。利用先進(jìn)的地理空間信息技術(shù)對(duì)海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和共享已經(jīng)成為近幾年的趨勢(shì)。論文分析了目前GIS技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用中存在的不足,并針對(duì)其中的關(guān)鍵問(wèn)題——海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)時(shí)空建模方法與可視化技

2、術(shù)進(jìn)行了研究。指出了現(xiàn)有的GIS數(shù)據(jù)模型在表達(dá)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)上的不足,探索適合海洋時(shí)空數(shù)據(jù)的建模機(jī)制。在可視化表達(dá)上,引入科學(xué)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、體繪制、網(wǎng)格計(jì)算等計(jì)算機(jī)可視化領(lǐng)域的最新技術(shù),結(jié)合海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)的實(shí)際需求,提出了幾種可行性強(qiáng)的基于GIS的可視化方法和技術(shù)路線,并將研究結(jié)果進(jìn)行了實(shí)踐和應(yīng)用。具體的研究?jī)?nèi)容如下:1、分析了現(xiàn)有GIS數(shù)據(jù)模型在海洋環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用中的不足,提出了以場(chǎng)模型為主,基于場(chǎng)和對(duì)象聯(lián)合建模的海洋環(huán)境

3、數(shù)據(jù)概念模型,針對(duì)海洋時(shí)空數(shù)據(jù)的格網(wǎng)特性,提出了基于基態(tài)修正的快照格網(wǎng)模型,并設(shè)計(jì)了集成場(chǎng)和特征的面向?qū)ο蟮腉IS時(shí)空數(shù)據(jù)模型。2、討論了GIS可視化的部分關(guān)鍵理論和技術(shù),包括:科學(xué)計(jì)算可視化、地學(xué)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、虛擬GIS、三維圖形原理、計(jì)算機(jī)圖形開(kāi)發(fā)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、分布式GIS、網(wǎng)格計(jì)算等,指出目前GIS可視化面臨的難題及其在表達(dá)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)上的不足,并提出了基于GIS的可視化技術(shù)集成框架。3、分析了GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)在可

4、視化系統(tǒng)中的重要性,采用大型對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle對(duì)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化管理,針對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求,給出了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)入庫(kù)和分發(fā)的方法。為了實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速顯示,采用基于多分辨率瓦片金字塔技術(shù)、海量數(shù)據(jù)索引技術(shù)和基于線程的實(shí)時(shí)調(diào)度等技術(shù),達(dá)到了可視化實(shí)際應(yīng)用的要求。4、研究了海洋虛擬環(huán)境建模方法,提出了海空、海面、海體、海底的自然環(huán)境和非自然實(shí)體建模方法。針對(duì)真實(shí)感海浪的模擬,提出了用海洋波譜函數(shù)來(lái)對(duì)隨機(jī)的海洋波面進(jìn)

5、行構(gòu)造,這種基于二維空間的模擬方法,通過(guò)對(duì)給定能量譜的正弦分量進(jìn)行多重求和,簡(jiǎn)單易行,并在視覺(jué)上獲得較好的效果。5、研究基于虛擬GIS的海洋環(huán)境虛擬可視化。分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS的結(jié)合方式,提出了構(gòu)建虛擬GIS的兩種開(kāi)發(fā)策略,指出了虛擬現(xiàn)實(shí)和GIS的松散數(shù)據(jù)結(jié)合是較好的集成應(yīng)用方式。為了更加逼真形象地描述虛擬海洋環(huán)境,提高程序的效率和質(zhì)量,簡(jiǎn)化仿真建模過(guò)程,本文提出了基于三維圖形引擎的松散式集成的設(shè)計(jì)方法,并設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了支持海洋虛擬環(huán)

6、境的三維圖形引擎OE3DGE。6、根據(jù)海洋環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)提出了海洋多維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)空可視化方法,全面、詳細(xì)和準(zhǔn)確地表現(xiàn)和描述多維對(duì)象的空間特征和變化趨勢(shì)。為海洋科研和工作人員提供一種可視化表達(dá)和分析工具,來(lái)直觀的表達(dá)和揭示海洋現(xiàn)象和構(gòu)造特征,提供海洋現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化、歷史回溯和未來(lái)演變的可視化。7、為了動(dòng)態(tài)地顯示海洋環(huán)境三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的整體變化情況,提出了基于體繪制和面繪制的數(shù)據(jù)場(chǎng)三維動(dòng)態(tài)可視化方法,在ArcGIS平臺(tái)上給出了基于先進(jìn)的可