2012GIS開(kāi)發(fā)競(jìng)賽(一等獎(jiǎng))A141海洋環(huán)境預(yù)警可視化系統(tǒng)

http://contest.esrichina?/html/2012huojiangzuopinzhan/2013/0319/41.html[2012GIS開(kāi)發(fā)競(jìng)賽]（一等獎(jiǎng)）A141海洋環(huán)境預(yù)警可視化系統(tǒng)小組編號(hào)：A-141（一等獎(jiǎng)）作者單位：首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院小組成員：李文彬，劉銘，周菁，蔡振君指導(dǎo)老師：李小娟，孫永華海洋環(huán)境預(yù)警可視化系統(tǒng)、需求分析多年來(lái)，在國(guó)家有關(guān)專項(xiàng)的支持下，我國(guó)在海洋災(zāi)害、海洋動(dòng)力環(huán)境、溢油、搜救應(yīng)急預(yù)報(bào)技術(shù)方面取得了顯著的進(jìn)步。但迄今為止，缺乏多要素、精細(xì)化、綜合的預(yù)報(bào)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用。目前主要停留在風(fēng)暴潮、海浪、咸潮和赤潮等單一要素預(yù)報(bào)服務(wù)上，但是海洋環(huán)境各要素之間是相互影響的，甚至同時(shí)作用于承災(zāi)體的，所以進(jìn)行多要素海洋綜合預(yù)報(bào)是迫切的；另外預(yù)報(bào)系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化工作也亟待提高；同時(shí)由于海洋復(fù)雜的地形，目前的預(yù)警報(bào)精細(xì)化程度難以滿足海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋生態(tài)保護(hù)等日益增長(zhǎng)的需求。因此建立精細(xì)化的、綜合多要素的海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)將增強(qiáng)我國(guó)海洋防災(zāi)減災(zāi)能力，促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，為海岸帶的科學(xué)開(kāi)發(fā)利用，沿海經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展提供技術(shù)支持。二、解決思路本項(xiàng)目以我國(guó)當(dāng)下常用海洋預(yù)警報(bào)數(shù)據(jù)為例，基于GIS技術(shù)，開(kāi)發(fā)海洋環(huán)境預(yù)警報(bào)產(chǎn)品的可視化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遙感圖像、基礎(chǔ)地理信息、減災(zāi)專題信息等專題圖層的數(shù)據(jù)組織、訪問(wèn)、顯示、查詢、制圖輸出等空間信息分析與管理功能，同時(shí)，疊加預(yù)警報(bào)產(chǎn)品信息，提供海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果的動(dòng)畫(huà)顯示，為預(yù)報(bào)員提供產(chǎn)品使用的可視化輔助工具。三、系統(tǒng)亮點(diǎn)多元多維預(yù)警時(shí)空序列數(shù)據(jù)的歸一化處理風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)文件（.14,.63）,船位文件（.xml），搜救路徑文件（.dat）,溢油預(yù)報(bào)文件（.xyz）,溫鹽流實(shí)時(shí)文件（.nc）等等我國(guó)常用的海洋預(yù)警報(bào)文件都采取了多樣化的數(shù)據(jù)格式，欲圖搭建綜合化海洋預(yù)警平臺(tái),解決多時(shí)空尺度多樣化數(shù)據(jù)的歸一問(wèn)題是必由之路。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多元數(shù)據(jù)處理模塊，都處理為中間格式（.txt）之后轉(zhuǎn)化為常用的（.shp）文件。實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜數(shù)據(jù)的管理。面向單個(gè)三角網(wǎng)的等值線算法研究傳統(tǒng)方法中，對(duì)于等值線算法都遵循著離散點(diǎn)數(shù)據(jù)——中間三角網(wǎng)數(shù)據(jù)——三角網(wǎng)構(gòu)建等值線的過(guò)程。但對(duì)于給定特定的三角網(wǎng)數(shù)據(jù)，并且要符合海洋的特殊性規(guī)律（如等值線不能穿島等），就顯得有些力不從心。本作品運(yùn)用了相關(guān)立體解析幾何原理進(jìn)行空間運(yùn)算，之后又運(yùn)用了三角形內(nèi)部插值原理論證了等值線的唯一性，實(shí)現(xiàn)了此功能，并在運(yùn)行效率上予以了一定程度上的優(yōu)化。批量化生產(chǎn)處理預(yù)警報(bào)產(chǎn)品在海洋預(yù)警報(bào)的正常日常工作中，海量數(shù)據(jù)的處理一般要借助于大型計(jì)算機(jī)的介入才能順暢流利，在不借助于服務(wù)器的情況下對(duì)海洋預(yù)警報(bào)原始產(chǎn)品進(jìn)行關(guān)鍵信息挖掘提取并最終以較為效率的方法進(jìn)行產(chǎn)品加工生產(chǎn)，也是本系統(tǒng)的亮點(diǎn)之一，使系統(tǒng)更加完善地能適應(yīng)多種硬件情況。四、關(guān)鍵技術(shù)預(yù)警報(bào)產(chǎn)品的一體化處理流程風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)文件（.14，.63），船位文件（.xml），搜救路徑文件（.dat）,溢油預(yù)報(bào)文件（.xyz）,溫鹽流實(shí)時(shí)文件（.nc）等等我國(guó)常用的海洋預(yù)警報(bào)文件都采取了多樣化的數(shù)據(jù)格式，欲圖搭建綜合化海洋預(yù)警平臺(tái)，解決多時(shí)空尺度多樣化數(shù)據(jù)的歸一問(wèn)題是必由之路。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多元數(shù)據(jù)處理模塊，都處理為中間格式（.txt）之后轉(zhuǎn)化為常用的（.shp）文件。實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜數(shù)據(jù)的管理。等值線算法研究2.1海洋環(huán)境等值線特殊性由于大部分海洋環(huán)境預(yù)警報(bào)數(shù)據(jù)都涉及了海洋環(huán)境中的諸多因素，如群島、島嶼、半島、國(guó)界等，因此在大部分的海洋預(yù)警報(bào)產(chǎn)品中都自帶了三角網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)信息供相關(guān)分析（如風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)文件（.14）），如果直接只考慮預(yù)報(bào)坐標(biāo)而忽略其三角網(wǎng)信息，會(huì)導(dǎo)致精細(xì)化分析時(shí)出現(xiàn)不合邏輯的問(wèn)題（如等值線穿島），而直接讀取海量數(shù)據(jù)成TIN并轉(zhuǎn)化成我們熟悉的格式又無(wú)法保證效率。2.2繪制原理針對(duì)給定的三角網(wǎng)信息，讀取每個(gè)三角網(wǎng)的構(gòu)成方式，之后針對(duì)個(gè)體三角網(wǎng)，運(yùn)用空間解析幾何原理，計(jì)算三角形各個(gè)邊上的等值點(diǎn)數(shù)量，并運(yùn)用線性插值規(guī)律計(jì)算各個(gè)等值點(diǎn)高程值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值插值，流程如下圖所示：

通過(guò)上述流程得到單個(gè)三角形的各個(gè)等值點(diǎn)后，結(jié)合幾何論證得出等值線類平行理論，生成面向海洋要素等值線。五、系統(tǒng)功能1□fit<-海帛預(yù)善財(cái)E可視哉慕扯Harm■IGri-iri：Bud_￡Bwd_ELGE■lAdt<nCL■JIm1□fit<-海帛預(yù)善財(cái)E可視哉慕扯Harm■IGri-iri：Bud_￡Bwd_ELGE■lAdt<nCL■JIm-*』tsms■+匚-#崗?fù)デ?GE?0Lqr^E-a-3中BK撇'.w-l動(dòng)西昱麗.鶴沖斑輙神工ft色亠-J回叵JCPfJfttt三軽対.44訊￡』砒.>niisrJL'Ef產(chǎn)圖2系統(tǒng)界面

1.數(shù)據(jù)生產(chǎn)模塊該模塊主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)多源預(yù)警報(bào)數(shù)據(jù)的中間結(jié)構(gòu)及最終產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換及批量生產(chǎn)工作。效果如圖所示：Erirri.Etn?三程晏不功帀料田側(cè)Home■Gr-iHEi.IwJjZ■&*茁nJ?taj2等械史莊-=Lifcyru-母HSESG33-2SErirri.Etn?三程晏不功帀料田側(cè)Home■Gr-iHEi.IwJjZ■&*茁nJ?taj2等械史莊-=Lifcyru-母HSESG33-2S口3上?a-E中弧蹟二：＜HtUKS■豳血心■BLueE：ind-3±_皆咖呂±O?0KBEiM_?十匚s回斟觀tL/馭左努阿比》TII牲嚴(yán)劇釦小海vtireir按真用工酗圖3風(fēng)暴潮數(shù)據(jù)生產(chǎn)2.三維顯示模塊該模塊主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)主界面進(jìn)行三維顯示的效果圖并包含了三維顯示中鳥(niǎo)瞭、漫游等基本功能。效果如下圖所示：

曰匕(■三堆顯帛￡旦8十?囁X紳曰匕(■三堆顯帛￡旦8十?囁X紳k回題Q中踰蜒常電馬圖HGB玨水.人員圖隹臺(tái)理&笹■皿d.E-u^i_l圖4三維顯示生產(chǎn)等值線生成模塊該模塊主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)海洋預(yù)警報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行等值線生成功能。效果如下圖所示/?-ZlB?b血擇潢務(wù)廉產(chǎn)品⑷盤化*艇HomeV匸」■j'SH6**-t?LifvfsHosiLLcrnr/?-ZlB?b血擇潢務(wù)廉產(chǎn)品⑷盤化*艇HomeV匸」■j'SH6**-t?LifvfsHosiLLcrnrFT中smua■■ir-iwiBani_2DeriLE牡用工具芒；yTIN生產(chǎn)M晅陸禺II陶KU?□色砸莊a匚E：i：J-.JKffitEra■兩tod_L4snsAiE三3?席H耐岀莓I撫貝梅決圖5等值線模塊4.制圖輸出模塊該模塊主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)主界面進(jìn)行專題圖制作及相關(guān)要素添加的功能。效果如下圖所示luif-R-rKluif-R-rK冒用工呂R中IK卻&辭庖國(guó)1?■険R中IK卻&辭庖國(guó)1?■険dJ-iTii_Li合*m；Emd_2MBlui1inC3-fl8fihtrsiKSICE■血]tni_L'JE-V.IILBuud_2MuiM心全田a：希aPftEBS.歆涯囂鳳岀IWtH比就尺L

l±flR2目測(cè)畑圖6制圖輸出模塊5.海洋預(yù)警報(bào)模塊該模塊主要實(shí)現(xiàn)了分析相關(guān)海洋預(yù)警報(bào)產(chǎn)品，最終得到預(yù)警信息的功能。效果如下圖所示：IS創(chuàng)■ffiefSSFS4J56F■I陛電預(yù)詈Bud_]T剛fflfi-曰回Merjl]DTi■遼電預(yù)詈卅IS創(chuàng)■ffiefSSFS4J56F■I陛電預(yù)詈Bud_]T剛fflfi-曰回Merjl]DTi■遼電預(yù)詈卅□臺(tái)［OS卅口曲九人彷跡住1回海洋曲閔i回陸ttas按和便按甘岡30滯股奠■用工且攔匸叵岡遢凹劇騒卜和洋-旨葉g-1可中B1由堰圖7風(fēng)暴潮預(yù)警功能作品點(diǎn)評(píng)：本作品設(shè)計(jì)思路清晰合理，緊扣題目。功能實(shí)用，數(shù)據(jù)模型合理，操作簡(jiǎn)單。為預(yù)報(bào)員提供了比較實(shí)用的輔助分析工具，界面設(shè)計(jì)美觀。對(duì)作品提出幾點(diǎn)改進(jìn)意見(jiàn)及展望：對(duì)于大范圍的預(yù)警數(shù)據(jù)的三維顯示，可以使用ArcGIobe，建議加載地形，分析