Research on strategy marine noise map based on i4ocean platform: Constructing flow and key approach

Noise level in a marine environment has raised extensive concern in the scientific community. The research is carried out on i4Ocean platform following the process of ocean noise model integrating, noise data extracting, processing, visualizing, and interpreting, ocean noise map constructing and publishing. For the convenience of numerical computation, based on the characteristics of ocean noise field, a hybrid model related to spatial locations is suggested in the propagation model. The normal mode method K/I model is used for far field and ray method CANARY model is used for near field. Visualizing marine ambient noise data is critical to understanding and predicting marine noise for relevant decision making. Marine noise map can be constructed on virtual ocean scene. The systematic marine noise visualization framework includes preprocessing, coordinate transformation interpolation, and rendering. The simulation of ocean noise depends on realistic surface. Then the dynamic water simulation gird was improved with GPU fusion to achieve seamless combination with the visualization result of ocean noise. At the same time, the profile and spherical visualization include space, and time dimensionality were also provided for the vertical field characteristics of ocean ambient noise. Finally, marine noise map can be published with grid pre-processing and multistage cache technology to better serve the public.     

GPU accelerated marine data visualization method

The study of marine data visualization is of great value. Marine data, due to its large scale, random variation and multiresolution in nature, are hard to be visualized and analyzed. Nowadays, constructing an ocean model and visualizing model results have become some of the most important research topics of ‘Digital Ocean'. In this paper, a spherical ray casting method is developed to improve the traditional ray-casting algorithm and to make efficient use of GPUs. Aiming at the ocean current data, a 3D view-dependent line integral convolution method is used, in which the spatial frequency is adapted according to the distance from a camera. The study is based on a 3D virtual reality and visualization engine, namely the VV-Ocean. Some interactive operations are also provided to highlight the interesting structures and the characteristics of volumetric data. Finally, the marine data gathered in the East China Sea are displayed and analyzed. The results show that the method meets the requirements of real-time and interactive rendering.     

虚拟现实二次开发平台的研究与实现

遵循二次开发的基本理论采用组件式开发方式建立了一个虚拟现实二次开发平台,系统较为完整地处理了模型显示、用户视点变换以及光照设置等三维场景绘制的关键技术,并以事件驱动的方式在程序基本框架内实现了代码的植入,能以可视化方式快速地实现场景绘制代码的编写工作,对降低三维程序的开发难度,提高虚拟现实产品的研发能力有重要的意义。     

基于光滑粒子流体动力学算法的海浪建模仿真研究

针对传统海浪建模方法中存在海洋表面真实感差、计算复杂的问题,本文进行了基于光滑粒子流体动力学算法（SPH）与移动立方体算法（MC）相结合的海浪建模仿真研究。通过基于空间网格的粒子分配,建立了粒子群单向列表存储结构,在海浪粒子物理量计算时,实现了其光滑核半径内粒子群的快速检索,并基于拉格朗日流体控制方程,进行了海浪粒子受力分析及状态计算;在模拟海浪与环境障碍物碰撞时,将碰撞问题简化为粒子在一定时间段内所经过的路径与障碍物表面三角面片是否相交来进行判定,并假设粒子为理想刚体,采用改进的欧拉方法实现了粒子新位置的动态计算;为增强海浪流体模拟的真实感,在移动立方体节点密度动态计算基础上,依据确定的海浪表面密度阈值,耦合MC算法进行了海浪表面的动态提取,从而实现了海浪三维表面建模与动态演变仿真。通过模拟验证了该算法的时效性与可行性,可为海洋环境信息三维可视化提供一定的参考。     

基于Web服务的海洋矢量场远程可视化研究

目前,GIS大部分空间数据的静态网络可视化共享及其服务器端数据集中管理提供底层数据服务的方式,不仅难以满足与日剧增的多源异构海量空间数据共享需求,同时从应用角度也难以满足对动态性较强的海洋环境信息进行实时可视化共享的需求。而网络Web服务和网格技术的快速发展及其与网络GIS的有机结合,使得分布式、一站式的空间数据实时动态网络可视化共享成为可能。因此,本文针对海洋矢量场信息,深入分析其网络实时动态可视化需求及相应的技术难点,并以Web服务为基础,探讨了在Web服务与网络GIS技术基础上建立一站式海洋环境矢量场网络动态可视化共享系统的技术方法和具体系统结构。文章最后以海洋流场数据为例,具体采用ArcGIS Server的网络服务技术,以及Arc Engine的高效可视化技术,具体实现海洋流场的网络动态可视化共享平台。实践证明,基于Web服务的海流网络可视化系统较好地满足了用户对矢量场数据网络共享与可视化的需求。     

Recent progress of marine geographic information system in China: A review for 2006–2010

In this article,the progress of marine geographic information system(MGIS) in China during 2006?2010 is reviewed with emphases on generic MGIS,advanced MGIS and MGIS-based applications.Generic MGIS can be divided into two categories:data-oriented MGIS and user-oriented MGIS,recent achievements of which by Chinese researchers are summarized respectively.Advanced MGIS mainly involves the establishment of 3D virtual marine environment and ’Digital Ocean’.An overview of the 3D MGIS based simulations in the context of ocean phenomena,ocean engineering and ocean battlefield is also presented.Several sug-gestions for future development of MGIS in China are proposed,and trends of development are addressed.     

海洋信息网格服务平台的设计与实现

本文针对海洋信息的分布性、信息类型及格式的多样性、数据的海量性,以及数据处理的计算量大等特性,对地理信息系统、网格技术、Web服务技术,以及远程可视化技术等进行了综合研究。首先,探讨了海洋信息网格服务平台构建的关键技术,包括海洋信息网格技术、网格环境下海洋信息的集成方法,以及远程可视化技术,并提出了海洋信息网格服务平台的系统架构;其次,选定南海海域为实验区,以Argo数据、海温和海流数据为实验数据,实现了海洋信息网格服务平台原型系统。该平台可以集成异构、分布式环境中的数据服务和应用服务,为用户提供透明的、"一站式"的海洋环境信息Web应用。该系统为海洋用户充分利用各种海洋环境信息,提高海洋工作的效率,减少重复性投资、充分合理利用现有设备和资源提供了借鉴。同时实验表明,本文所提出的技术路线是可行和正确的。     

CALPUFF模型模拟结果的时空多维可视化表达

大气污染扩散模型数值模拟结果的时空多维可视化表达,能有效展示大气污染扩散空间分布,为快速高效辅助后期污染分析与应急决策提供重要的参考。CALPUFF模型能高效模拟污染物在大气环境中时空变化的扩散过程,而现有大气污染扩散模型模拟结果可视化表达普遍存在不能有效集成地理信息、缺失部分重要维度特征等问题。论文首先分析了CALPUFF模型,及其与组件式GIS紧密集成的技术方案,为模型模拟结果与地理信息集成提供了技术支持。然后,基于CALPUFF模型的数值计算模拟结果,详细研究了风场数据预处理及其矢量绘制方法,浓度场的数据预处理及其栅格渲染方法。在三维地形场景下,探究了大气污染物的时空扩散模拟可视化表达方法,给出了CALPUFF模型模拟结果与三维地形场景的集成表达策略。最后,通过组件式GIS,构建了福州市三维地形场景,以大气污染CALPUFF扩散模拟结果为例,在WPF系统框架下,实现了风场和浓度场的时空动态模拟和空间层级多维可视化表达。实验结果表明,本文所采用的时空可视化技术方案能将CALPUFF模型模拟结果,有效集成三维地形场景,实现模型模拟结果在时间维度上动态扩散和在空间维度上的层级分布,可为大气污染模拟结果的时空多维可视化提供参考。     

遥感大数据实时渲染与交互可视化研究

数据可视化是遥感应用的重要服务出口。针对静态的预生成瓦片地图难以满足数据查看、地图配置、空间分析等专业应用问题,本文提出了一套面向遥感大数据的实时渲染与交互可视化的解决方案。在渲染节点构建影像的渲染瓦片结构,以提高数据的读取速度;在可视化服务上,提出“数据-计算”相一致的负载均衡策略,优化地图的渲染效率;在可视化服务方面,设计交互的地图服务接口。与传统技术的对比分析表明,该解决方案不但实现了遥感大数据的实时渲染与交互可视化,并且达到了与预生成瓦片地图服务相当的服务性能。基于这一解决方案,研发了遥感大数据的动态可视化原型,并在影像数据实时查看、可视化计算、可视化分析等方面开展了示范应用。     

COGIS概念及体系结构研究

从分析GIS应用和技术发展的角度，分析得出COGIS的概念。本文给出了COGIS的分层体系结构，从基本组成元素、群体协作模式、协作控制机制、同步机制、安全控制及GIS组通讯规范等方面详尽分析了COGIS的第二层协同工作支撑平台。从分布的多源异构地理信息知识共享平台、多源异构地理数据的融合及可视化、虚拟现实场景协同建模、虚拟场景过程动态模拟、基于地理知识的专家会商、虚拟辅助决策等六方面分析了COGIS应用中的问题。最后，文章简单分析了COGIS的应用模式，指出COGIS巨大的理论研究和产业应用意义。     

Development of an oil spill forecast system for offshore China

An oil spill forecast system for of fshore China was developed based on Visual C++. The oil spill forecast system includes an ocean environmental forecast model and an oil spill model. The ocean environmental forecast model was designed to include timesaving methods, and comprised a parametrical wind wave forecast model and a sea surface current forecast model. The oil spill model was based on the "particle method" and fulfi lls the prediction of oil particle behavior by considering the drifting, evaporation and emulsifi cation processes. A specifi c database was embedded into the oil spill forecast system, which contained fundamental information, such as the properties of oil, reserve of emergency equipment and distribution of marine petroleum platform. The oil spill forecast system was successfully applied as part of an oil spill emergency exercise, and provides an operational service in the Research and Development Center for Off shore Oil Safety and Environmental Technology.     

BRINGING FORWARD OF THE CONCEPT OF COGIS AND ITS ARCHITECUTRE RESEARCH

Based on the analysis of the development of GIS technology and application,this paper brought forward the concept of GoGIS,namely Cooperative GIS ,CoGIS is GIS facing group-users and supporting human-human interaction,which makes it differ from the former GISs,Then,the characteristics of general Computer Spport Cooperative Work (CSCW)applications and the complexity of Geographic Information Science were analyzed,and the conclusion the CoGIS was not a simple GIS layer on CSCW was reached,Further,this paper gaver the hierarchical architecture of CoGIS,and analyzed the coperative platform in detail from the following:1)basic elements;2) collaboration patterns;3) cooperation control mechanism;4) synchronization mechanism;5) security and 6) group communication and so on.With those,the problems about GIS applications are discussed,such as 1)distributed multi-source GIS information and knowledge sharing platform;2)the fusion and visualization of GIS information;3)virtual reality cooperative modeling;4) dymamic simulation;5)expert system and 6) decision-making.Finally,this paper analyzed CoGIS application mode in brief.     

“数字油田”的设计与应用

本文研究了数字地球在油气勘探开发和油田管理决策中的具体应用--数字油田 ,并详细分析了数字油田的相关技术和应用领域。     

面向大规模空间Agent建模的分布式地理模拟框架

基于Agent建模的地理模拟是认识和理解动态地理现象的有效方法,但随着地理模拟的规模和复杂性不断增加,模型的计算问题开始凸显。分布式并行仿真是解决大规模Agent复杂模拟计算的途径,然而已有研究基于Agent建模/仿真软件构建并行仿真系统的方式并不适用于具有高移动与行为交互的空间Agent建模及其模拟过程的实时可视化。为解决这个问题, 本文提出了一个分布式地理模拟框架DGSimF,用于大规模动态空间Agent模拟,支持模拟过程的实时表示与分析。设计了一个简单但高效的时空数据模型建模空间Agent,支持直接基于Agent行为建模集成地学模型,采用了时间微分方法协同各计算节点行为的执行,实现以“任务并行”的方式进行分布式计算以提高仿真性能,构建了基于三维地球渲染引擎的虚拟地理环境,提供模拟过程的实时可视化。最后,以“红蓝对抗”案例进行了实验验证,对不同模拟计算量和不同客户端数量下的仿真性能进行了分析,结果表明DGSimF可以为具有时空特征变化与行为交互的大规模空间Agent模拟提供一个有效的平台。通过扩展计算节点,DGSimF可以有效地缓解复杂模拟计算的压力问题,并且仿真性能较高,在实验中并行效率保持在0.7以上。     

基于OpenGL的GNSS仿真软件中的飞行模拟可视化研究

探讨利用OpenGL实现GNSS仿真软件中的飞行模拟可视化方法,给出根据仿真输出的俯仰角、偏航角和速度信息实现的三维可视化结果。     

基于VIIRS数据的油气平台提取技术研究

油气平台作为海上油气资源勘探开发的主要设备之一,其数量与空间分布反映了一个区域油气资源的开发状况。普通光学影像易受天气状况影响,而雷达数据成本较高,这给油气平台的检测带来了一定的困难。由于油气平台作业过程中,需要灯光照明,同时伴气的燃烧也产生很强的灯光,因此可以通过检测灯光来实现油气平台的提取。针对VIIRS数据具有强夜间光探测能力,本文提出了一种卷积运算临界值法对海上油气平台进行提取。首先对2期不同时相的VIIRS数据进行卷积运算,对亮像元进行了增强处理,对背景像元进行弱化处理,从而明确区分疑似目标与背景,然后以0值为分界点,对疑似目标进行提取,最后利用油气平台相对静止的特性,通过邻域分析,实现油气平台的提取。结果表明,本文提出的卷积运算临界值法可以有效地提取油气平台,提取准确率约为85.4%,同时可以有效地减少由于经验阈值对提取结果造成的误差。     

济南泉域四维环境可视化平台数据库建设研究

济南泉域四维环境可视化平台从济南市轨道交通建设对地质工作的实际需求出发,以地理信息系统为基础开发平台,基于2000国家大地坐标系,综合应用数据库、GIS、三维地质建模与可视化、数值模拟与数学模型分析评价等核心技术,建立基于空间数据库的四维可视化信息系统,实现多源、异构、海量地理地质数据的规范化处理和统一管理,为轨道交通建设与泉水保护、政府决策、城市建设布局和功能区划、灾害防治、城市土地地下空间合理开发利用等提供地质科学依据。数据内容的规范与统一是保障平台功能正常运行的关键,该文结合济南泉域四维环境可视化平台的数据库建设实践,探讨了该平台数据库对数据源进行的分析与处理过程。该平台数据库的建立实现了空间数据与属性数据的统一存储与管理,为济南泉域四维环境可视化平台的科学应用提供了有力保障。     

Web-based spatiotemporal visualization of marine environment data

With long-term marine surveys and research, and especially with the development of new marine environment monitoring technologies, prodigious amounts of complex marine environmental data are generated, and continuously increase rapidly. Features of these data include massive volume, widespread distribution, multiple-sources, heterogeneous, multi-dimensional and dynamic in structure and time. The present study recommends an integrative visualization solution for these data, to enhance the visual display of data and data archives, and to develop a joint use of these data distributed among different organizations or communities. This study also analyses the web services technologies and defines the concept of the marine information gird, then focuses on the spatiotemporal visualization method and proposes a process-oriented spatiotemporal visualization method. We discuss how marine environmental data can be organized based on the spatiotemporal visualization method, and how organized data are represented for use with web services and stored in a reusable fashion. In addition, we provide an original visualization architecture that is integrative and based on the explored technologies. In the end, we propose a prototype system of marine environmental data of the South China Sea for visualizations of Argo floats, sea surface temperature fields, sea current fields, salinity, in-situ investigation data, and ocean stations. An integration visualization architecture is illustrated on the prototype system, which highlights the process-oriented temporal visualization method and demonstrates the benefit of the architecture and the methods described in this study.     

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。     

集成虚拟森林环境与景观指数计算模型的森林景观格局分析

森林景观格局分析是森林景观优化配置与实施规划的基础。本文以森林资源二类调查数据为基础,采用森林景观定量空间分析方法,在自主开发而成的森林景观可视化系统VisForest支持下,利用VS2008开发平台、ArcEngine组件与OSG图形渲染引擎,集成景观指数计算模型和地理信息系统的分析方法,形成森林景观格局分析与景观三维可视化模拟系统,实现了景观格局分析的定量化和景观可视化;并以闽侯县白沙国有林场2013年的数据为例,按优势树种划分森林景观类型,计算分析了景观组成结构、斑块特征和景观异质性等。结果表明,杉木林、马尾松林、湿地松林、木荷林、非林地是白沙林场的优势景观类型,总体景观类型丰富、景观异质性较高;木荷作为隔离带树种,以小面积狭长斑块居多,其形状指数和分形维数最大,斑块形状复杂而不规则;森林景观的三维可视化模拟为研究景观格局提供了一个直观、交互的展示平台。