海面－地面系统虚拟试验平台研究

【摘要】：地理环境的表达和认知,古地理环境的恢复和再现,始终是国内外地学、地图学、认知科学、人工智能等领域普遍关注的热点;虚拟环境技术、多维度的时空信息的表达一直是GIS发展的一个重要研究方向。同时,近10多年来,海面变化研究正在经历从传统的基础理论性研究向应用研究领域拓展的发展态势。以海面预测研究、影响研究和对策研究为代表的应用研究方向的形成是海面变化研究体系趋于完善和成熟的标志;在以往海面变化史实研究、机理研究的基础上建立具有预测、影响、对策研究功能的系统模型,并在此模型的基础上构建海面一地面系统虚拟试验平台,从而为海面变化等研究领域提供行之有效的研究手段是这一发展态势下的一个重要方向。本文在系统总结国际和国内海面变化研究的现状和发展趋势与问题的基础上对海面-地面系统模型进行了完善,采用先进的GIS技术,以海面-地面系统模型为基础构建海面-地面系统虚拟试验平台,并利用该平台对长江三角洲地区过去一万年和未来30年的海面—地面变化开展了初步的虚拟试验。本文所开展的基于海面—地面系统模型之上的海面—地面系统虚拟试验平台研究不仅是海面变化基础研究的深化,而且是海面变化应用研究的拓展,同时也是GIS技术在虚拟地理环境、虚拟地理环境演变试验、时空多维空间信息表达等方面的一次探索实践。论文主要包括三部分:海面—地面变化虚拟试验的模型研究、海面—地面系统虚拟试验平台的架构及实现和平台应用试验。 1、海面—地面变化虚拟试验的模型研究。 完善自适应三维古海面—地面变化仿真模型。在原有三维古海面—地面变化模型的基础上,提出并实现了古地面变化模拟的“剥蚀算法”,设计并实现了对海面—地面变化模拟结果进行检验的“自适应”功能,并且实现了对模拟结果的多种形式的显示表达。完善后的自适应三维古海面—地面变化仿真模型,可以动态地演绎沿海地区“沧海桑田”的变化景象,并且可以运用历史资料及专家知识,通过对模型控制参数的自动半自动的修订,来趋近于真实的历史演变过程。 设计海面—地面系统演变影响评价模型。在总结前人对海面上升影响评价研究的基础上,本项研究以区域性海面—地面升降运动及其相应的海陆关系演变过程的数值模拟、虚拟试验及动态预测为基础,以海面—地面系统变化对沿海区域的经济、土地利用状况、人口等社会经济的影响为评价目标,以可视化、可操作性、实现动态评价为原则。同时考虑到经济、土地利用等方面的时空差异,设计并初步建立了基于GIS的海面—地面系统变化影响评价模型。 2、海面—地面系统虚拟试验平台的架构。 以海面—地面系统模型和GIS开发平台为基础,采用VB+AO与VBA+Arc/Info相结合的方式,开发了海面—地面系统虚拟试验平台,为海面—地面系统研究提供一种可视化的、方便的、可操作性强的、快捷有效的试验工具,方便试验者对试验区的古地貌和海陆演变格局的重建和反演、海面上升影响评价等研究。 3、平台的应用试验。 以长江三角洲为试验区,根据模型的要求构建海面—地面变化信息系统数据库,对长江三角洲地区全新世地貌演变过程模拟试验,并在古地面变化模拟试验和新拟定的海面、地面预测方案的基础上,对未来海面—地面升降可能造成的综合影响进行评估。重点考虑较长时间尺度海面上升、地面沉降对其区域的社会经济、土地利用等方面造成的潜在威胁进行模拟、演示和评价试验。