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《浙江大学》 2008年
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海洋环境综合数据时空建模与可视化研究

黄杰  
【摘要】: 随着我国海洋资源开发和利用的不断深入,海洋环境监测已经成为海洋及环境保护领域重要的研究课题。长期以来海洋环境调查研究积累了大量的多源、异构、多维、动态、海量的海洋环境综合数据,特别是随着空间探测技术的飞速发展,这些数据更是以几何级数般速度增长。利用先进的地理空间信息技术对海洋环境综合数据进行管理和共享已经成为近几年的趋势。论文分析了目前GIS技术在海洋领域的应用中存在的不足,并针对其中的关键问题——海洋环境综合数据时空建模方法与可视化技术进行了研究。指出了现有的GIS数据模型在表达海洋环境数据上的不足,探索适合海洋时空数据的建模机制。在可视化表达上,引入科学可视化、虚拟现实仿真、体绘制、网格计算等计算机可视化领域的最新技术,结合海洋环境监测可视化系统的实际需求,提出了几种可行性强的基于GIS的可视化方法和技术路线,并将研究结果进行了实践和应用。具体的研究内容如下: 1、分析了现有GIS数据模型在海洋环境领域应用中的不足,提出了以场模型为主,基于场和对象联合建模的海洋环境数据概念模型,针对海洋时空数据的格网特性,提出了基于基态修正的快照格网模型,并设计了集成场和特征的面向对象的GIS时空数据模型。 2、讨论了GIS可视化的部分关键理论和技术,包括:科学计算可视化、地学可视化、虚拟现实仿真、虚拟GIS、三维图形原理、计算机图形开发技术、空间数据库引擎、分布式GIS、网格计算等,指出目前GIS可视化面临的难题及其在表达海洋环境数据上的不足,并提出了基于GIS的可视化技术集成框架。 3、分析了GIS空间数据库在可视化系统中的重要性,采用大型对象-关系型数据库Oracle对海洋环境数据进行一体化管理,针对海洋环境监测系统的实时性要求,给出了数据实时入库和分发的方法。为了实现海量数据的快速显示,采用基于多分辨率瓦片金字塔技术、海量数据索引技术和基于线程的实时调度等技术,达到了可视化实际应用的要求。 4、研究了海洋虚拟环境建模方法,提出了海空、海面、海体、海底的自然环境和非自然实体建模方法。针对真实感海浪的模拟,提出了用海洋波谱函数来对随机的海洋波面进行构造,这种基于二维空间的模拟方法,通过对给定能量谱的正弦分量进行多重求和,简单易行,并在视觉上获得较好的效果。 5、研究基于虚拟GIS的海洋环境虚拟可视化。分析了虚拟现实技术与GIS的结合方式,提出了构建虚拟GIS的两种开发策略,指出了虚拟现实和GIS的松散数据结合是较好的集成应用方式。为了更加逼真形象地描述虚拟海洋环境,提高程序的效率和质量,简化仿真建模过程,本文提出了基于三维图形引擎的松散式集成的设计方法,并设计开发了支持海洋虚拟环境的三维图形引擎OE3DGE。 6、根据海洋环境领域的应用特点提出了海洋多维动态数据的时空可视化方法,全面、详细和准确地表现和描述多维对象的空间特征和变化趋势。为海洋科研和工作人员提供一种可视化表达和分析工具,来直观的表达和揭示海洋现象和构造特征,提供海洋现象的动态变化、历史回溯和未来演变的可视化。 7、为了动态地显示海洋环境三维数据场的整体变化情况,提出了基于体绘制和面绘制的数据场三维动态可视化方法,在ArcGIS平台上给出了基于先进的可视化工具集VTK的可视化扩展解决方案,实现大规模数据场实时动态可视,为直观准确地了解海洋环境的状况提供指导。 8、针对海洋环境数据可视化中的数据量大、计算密集、效率低、分布式等特点,提出了面向网格计算可视化方法,通过动态的资源组织满足可视化应用的计算和数据存储需求,设计了面向海洋环境数据可视化的多层网格系统架构,讨论了面向网格的可视化流程,并以海洋环境数据的三维体绘制为例,对系统做了初步测试。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P208;X834

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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2 刘健;姜晓轶;范湘涛;;海洋环境信息可视化研究进展[J];海洋通报;2014年02期
3 苏奋振;吴文周;平博;易嘉伟;张宇;;海洋地理信息系统研究进展[J];海洋通报;2014年04期
4 余涛;郭才福;林毅俊;徐凌峰;;光纤检测webGIS系统的设计与实现[J];计算机时代;2014年07期
5 蔡振君;李小娟;孙永华;;海洋预报产品可视化系统设计与实现[J];首都师范大学学报(自然科学版);2013年03期
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3 李文庆;VV-Ocean海洋环境仿真与海洋数据动态可视化系统的研究与实现[D];中国海洋大学;2011年
4 杜震洪;近海环境地物认知模型与智能服务聚合研究[D];浙江大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于家潭;基于GIS的海洋大气信息数据可视化关键技术的研究与实现[D];中国海洋大学;2010年
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10 陈文娜;多Agent分布式海洋空间数据集成框架及任务分配机制研究[D];上海海洋大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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【共引文献】
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9 汪自军;陈圣波;包书新;宋金红;王旭楠;;村镇规划中的水库淹没模拟分析[J];安徽农业科学;2008年03期
10 王宁;付梅臣;郑新奇;;数字地价模型的研究现状及展望[J];安徽农业科学;2008年32期
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8 邓敏;刘启亮;李光强;程涛;;一种基于场模型的空间聚类算法[A];现代测量技术与地理信息系统科技创新及产业发展研讨会论文集[C];2009年
9 闫秀婧;;负离子时空分布分析评价系统设计与研发[A];全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会论文集[C];2009年
10 郑沛楠;宋翔洲;陈学恩;;2008年初中国南方地区雪灾成因分析[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
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2 王红;基础地理信息地形数据库信息量度量方法研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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8 孙玉婷;基于柱形换能器的水下传感器网络组网协议研究[D];中国海洋大学;2009年
9 徐洪梅;水下非均匀光场的目标探测研究[D];中国海洋大学;2009年
10 王云飞;东海赤潮监测卫星遥感方法研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张国峰;基于移动GIS的施肥推介系统研究与开发[D];华中农业大学;2010年
2 孙亮;基于开源框架的高校职工住房管理信息系统的设计与实现[D];华中农业大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李宏伟;张世全;孙庆珍;;基于GIS的点源污染扩散模拟可视化研究[J];环境科学与管理;2007年10期
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中国重要报纸全文数据库 前2条
1 张小明;[N];科技日报;2002年
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7 陈俊;近海海浪的仿真研究[D];武汉理工大学;2011年
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10 崔巍;用本体实现地理信息系统语义集成和互操作[D];武汉大学;2004年
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6 张政民;数字海底系统多源异构数据融合及网络发布技术研究[D];中国海洋大学;2004年
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10 彭双云;基于Ontology的空间信息共享与互操作研究[D];云南师范大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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2 付召平;陈林;吴云;李大帅;任伟;;二三维一体化环境安全防控系统的设计与实现[J];安徽农业科学;2013年16期
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5 丁立福;;论南海岛名的“渔”味和“洋”味[J];学术论坛;2013年03期
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 金淼;赵永辉;谢雄耀;;基于OPENGL的隧道监测数据三维可视化表达[A];中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集[C];2006年
9 李宏伟;柳佳佳;李成林;;基于GIS的河流水环境污染模拟研究[A];中国地理学会2006年学术年会论文摘要集[C];2006年
10 李三平;葛咏;满旺;;遥感分类影像不确定性可视化表达模式[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 左常睿;中文可视化搜索引擎“图说”上网公测[N];科技日报;2011年
2 记者  张飞雪;4000万建成数字农业[N];中国财经报;2006年
3 于姝;四川电网可视预警系统通过鉴定[N];西南电力报;2008年
4 ;全新开发体验在Visual Studio 2005[N];网络世界;2005年
5 张超;2008,北京发展更精明[N];科技日报;2005年
6 罗忠杰 中国地质大学;科技提升防洪预报预测精准度[N];中国水利报;2007年
7 记者 杨纯;用信息技术探索地球发展规律[N];科技日报;2008年
8 徐翎 黄进;科研创新能力引入评奖机制[N];中国教育报;2005年
9 伍晓阳 易清 杜丽娜;数字农业:靠信息种地[N];经济日报;2005年
10 徐翎 黄进 宋金萍;南师大鼓励大学生科研创新[N];新华日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李凯;基于声强可视化的船舶结构声振能量特性研究[D];大连理工大学;2011年
2 陈华锋;海洋科学考察可视化航次设计研究及应用[D];浙江大学;2009年
3 靖鲲鹏;非常规突发事件应急管理多元信息分层递阶可视化融合研究[D];燕山大学;2013年
4 崔建新;基于多元图表示的中药指纹图谱可视化模式分析方法研究[D];燕山大学;2012年
5 唐曦;空间规划专题地图的符号构建与可视化策略[D];华东师范大学;2010年
6 高晶晶;基于量化组方研究的方剂寒热属性可视化分析平台构建[D];北京中医药大学;2009年
7 余辉;医学知识获取与发现的研究[D];天津大学;2003年
8 李昭;虚拟海洋环境时空数据建模与可视化服务研究[D];浙江大学;2010年
9 孙伟;地下管线探测数据处理及可视化技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年
10 刘振平;工程地质三维建模与计算的可视化方法研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 钟达;知识可视化及其教学应用[D];西南大学;2010年
2 于伟;可视化数字界面的视觉传达设计研究[D];浙江农林大学;2012年
3 王伟臣;电力系统在线安全分析的可视化与并行计算技术研究[D];天津大学;2010年
4 耿学彪;景观艺术可视化研究[D];山东大学;2013年
5 李晓静;黄河可视化防汛预案管理系统的设计与实现[D];解放军信息工程大学;2008年
6 姜健;基于空间模糊聚类的可视化变量施肥决策系统[D];吉林农业大学;2011年
7 周南;基于变形的三维植物叶片可视化造型研究[D];东华理工大学;2013年
8 张晓坤;高维数据可视化方法与可视化分类技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
9 黄超;矿山可视化及其辅助管理系统的设计与实现[D];辽宁工程技术大学;2012年
10 杨艳丽;散杂货码头可视化生产管理系统的设计与实现[D];大连海事大学;2010年
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