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基于径向基函数插值的环境空气质量数据可视化研究

谭业浩  
【摘要】: 可视化过程,是将数据信息和知识转化为一种视觉形式,充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力。可视化将人脑和现代计算机这两个最强大的信息处理系统联系在一起。有效的可视界面使得我们能够观察、操纵、研究、浏览、探索、过滤、发现、理解大规模数据,并与之方便交互,从而可以有效地发现隐藏在信息内部的特征和规律。在我们这个信息日益丰富的社会,可视化技术研究和应用开发已经从根本上改变了我们表示和理解大型复杂数据的方式。可视化的影响广泛而深入,引导我们获得新的洞察和有效的决策。 济南市环境保护监测站自1999年开始进行城市空气质量自动监测工作,积累了大量的空气质量监测历史数据,这些数据对整个城市环境空气质量的分析和预测具有十分重要的意义。随着空气质量实时监测系统和重点污染源实时在线监测系统的建立,监测数据的增长更加迅速。传统的处理应用软件多采用二维图表和曲线的形式,对少量的短期数据处理还可满足目前的应用需要。但随着时间的推移,数据量迅速猛增,为及时有效的利用已有的信息,全面客观的反应情况,给分析人员更直观、方便的操作,需要提供一种新的软件平台来解决不断提出的新要求。 本文讨论了一个环境空气质量可视化系统的设计和部分实现的相关技术,研究实现了多种可视化方法,利用具有优异性能的插值方法实现了数据动态可视,以满足对济南市环境空气质量分析的要求,为济南市环境监测与保护管理部门的决策提供辅助手段。 本文做的工作主要分以下几个方面: 分析比较了若干实现数据可视化的方法,重点对利用径向基函数插值方法的应用环境与性能优劣进行了详细的分析,运用紧支撑径向基函数插值方法对济南市环境空气质量预报数据(污染物浓度)进行在时间和空间维度上的插值,实现了空气质量数值预报数据的动态可视化。通过对空气质量预报数据结构的分析,利用多线程技术实现了多空间层次的数据可视化;进而可以在多个层面上进行不同污染物项目的比较,更详尽地揭示出污染物在城市空间的分布规律;分析现有空气质量实时监测站点的连续监测数据,利用径向基函数插值实现了实时空气质量监测数据的插值拟合,提供了与相关层面上的空气质量数值预报数据进行比较的手段,为环境空气质量数值预报的改良提供了一定的科学依据。


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