基于本体论的海洋流场语义分析与表达研究

随着海洋观测技术的不断发展,人类获取的海洋数据也快速增长,由于海洋流场是整个海洋系统物质流和能量流输送的主要渠道,基于这些观测数据进行海洋流场迁移变化规律分析及可视化表达研究,对所有涉海领域均具有非常重要的意义。然而,由于海洋时空大数据集合的多源性和异构性等原因,至今尚未有令人满意的海洋流场数据集成共享和动态可视化分析工具,从而导致这些异源异构数据难以实现统一标准下的集成组织与语义共享。为了实现海洋流场语义层次上的统一描述,本文在分析了海洋流场多维特征、拓扑特征、模糊特征等基础上,基于本体论的语义构建思想,提出并构建了基于四元组O=（C,P,R,I）的本体组织基础结构,其中C表示概念集合、P表示属性集合、R表示概念间的关系集合、I表示实例集合,通过对概念、属性、关系结构的进一步定义,共同组合构成了海洋流场整体本体结构。为了给出清晰的本体语义建模过程,以海流现象局部本体构建为例,在对成因性、空间性、时间性、运动性等本体属性分析的基础上,进行了海流概念、本体属性、语义关系的描述和定义,从而为海洋流场组织提供一个规范性框架。进而借助OWL语言本体建模的优势,以地转流为例进行了其形式化表达和本体类构建。研究结果表明,基于本体的海洋流场语义分析方法能有效地解决传统海洋现象描述中的异构问题,可为海洋信息共享与集成研究提供参考。     

基于OpenCV的近景图像增强和分割算法研究

本文通过对近景图像的对比度和亮度进行分析实现了自动选择图像增强算法的方法,分别对金字塔均值漂移分割算法、分水岭分割算法和GrabCut分割算法进行了对比研究。经实验表明,图像对比度太小、亮度太高或太低对近景图像分割都会造成不利的影响,伽马变换增强算法适合调整亮度较高的图像,直方图均衡化增强算法适合调整亮度较低的图像。分水岭分割算法和GrabCut分割算法不适合近景图像多类别的自动分割,而金字塔均值漂移分割算法是基于核密度梯度估计的无参数快速统计迭代算法,可实现类别自动分割,分割精度较高,而且利用建立金字塔结构可进行多尺度分割。本文的研究成果对自动选择最佳的图像增强算法和分割算法以及参数设置具有重要的参考价值。     

北京市轨道交通客流时空分布特征分析

随着城市轨道交通规模的扩大,客流量不断攀升,研究乘客的出行特征对于城市轨道交通限流模型的建立以及限流策略的制定具有重要意义。基于北京市某时段部分城市轨道交通线网的OD出行数据,研究了乘客出行的时空分布特征,对北京市轨道交通运营网络提出了建议。分析结果表明:(1)在早高峰时段,乘客的出行时间主要集中为100~200 min,出行距离集中在20~35 km,且出行距离与出行时间呈线性关系;(2)乘客选择地铁出行的出发点和到达点大部分集中在北京五环以内,客流从城外向城内移动,朝阳区和海淀区的进出站客流量均居前两位。     

RaPC:一种基于栅格化思想的多边形裁剪算法及其误差分析

传统的基于矢量计算的多边形裁剪算法的时间复杂度介于O(Nlog N)~O(N2)之间,且计算过程与特定的复杂数据结构耦合紧密,难以进行底层优化和细粒度并行化。在满足一定误差要求的前提下,采用栅格化处理思想可以实现多边形快速裁剪。本文在已有多边形裁剪算法特征的基础上,提出了一种基于栅格化处理思想的多边形裁剪算法——RaPC算法,并对其误差进行了分析和讨论。试验结果显示,RaPC算法的计算效率随网格单元增大呈幂函数规律降低;当网格大小恒定时,RaPC算法效率随多边形顶点数量呈线性增长,计算时间复杂度为O(N);在处理小数据集时Vatti算法表现出了较高效率,但是在处理包含大量顶点的多边形叠加时,RaPC算法更为高效;RaPC算法的面积误差与网格大小直接相关,提高网格空间分辨率可以有效地降低面积误差。RaPC算法在处理包含大量顶点的多边形叠加分析时比Vatti算法更为高效。     

WebGIS在人工影响天气指挥系统中的应用

针对目前人工影响天气实施过程中人工判别存在安全隐患的问题,设计并实现了一种基于浏览器/服务器(B/S)模式的人工影响天气指挥系统。系统主要采用ArcGIS Server技术、WebGIS技术、TITAN技术和安全射界图技术,并基于Flex平台进行人工影响天气作业产品的开发。通过对TITAN风暴和安全射界图空间位置关系的判断,生成人工影响天气作业预警信息和作业建议信息,有效提高了作业的可靠性、安全性。     

基于ArcEngine的岸滩溢油监测与评价系统设计与实现

该系统采用地理信息系统技术,以C#语言和Arc Engine的二次开发应用为基础,结合组件式GIS技术,从系统总体设计、系统数据库设计、系统功能设计等方面对岸滩溢油监测与评价系统的设计与开发进行了探讨,实现了事件管理、方案编制、任务下达、现场监测、分析评价和工具箱功能。结果表明,该系统可以有效提高系统的可视化程度和人机互操作功能,有助于管理者做出较合理的预测与决策。     

海洋溢油应急响应决策支持系统设计与实现

海洋溢油事件近年来层出不穷,严重威胁海洋生态安全与国家切身利益。海洋溢油应急响应决策支持系统针对海洋频发的溢油事件,基于C#,Arc Engine进行桌面端(即C/S)架构设计与实现,由溢油事件信息、应急资源管理、响应方案生成以及溢油应急处置资料库四部分构成。海洋溢油应急响应决策支持系统的开发是旨在当海洋溢油事件发生后,在第一时间依据详尽事件信息基础资料以及数据库中已有的基础地理资料、应急资源信息自动生成应急响应方案,辅助决策者快速制定合理有效溢油围控、清理方案,以求在最短时间内采用调用应急资源和相应操作管理人员最大限度清除溢油,为海洋产业正常运转保驾护航。     

基于PW图的溢油鉴别分析方法研究

鉴于油样组分风化百分比图(percentage weathering graph,PW图)人工绘制繁琐的问题,在开发完成的油指纹综合数据库及油指纹分析鉴别系统的基础上,运用.NET框架及Dundas Chart组件技术,设计和开发了油样组分风化PW图绘制模块。该模块重点研究了不同指标分类下的组分存储、归一化计算和图形表达等关键技术,实现了油样组分综合PW图、正构烷烃PW图的快速绘制与表达,大大提高了分析人员的工作效率。     

面向拓扑分析的海洋流场临界点提取算法研究

临界点是海洋流场拓扑结构中的重要构成要素,基于临界点的特征提取对于揭示海洋流场拓扑特征、开展海洋流场拓扑分析具有重要意义。本文基于临界点理论和Sperner引理,综合改进后的双线性插值算法和Sperner完全标号法,对海洋流场数据进行了临界点特征提取。首先,在双线性插值算法中添加滑动窗口处理,筛选临界点的候选网格单元,并采用聚合思想通过降低网格分辨率解决了网格插值中的二义性问题,同时考虑了0值网格存在的9种情形,通过迭代聚合思想滑动筛选候选网格单元,解决了插值网格均为0的情况。其次,提出了基于Sperner完全标号的最小值法临界点提取规则,将速度向量模最小的网格中心作为临界点,解决了实际流场物理场景中非0值的临界点提取。对两次提取结果进行合并、去重等处理,可以得到较为全面的临界点提取与分类结果。最后,通过对多个海域、不同深度流场数据的实验结果分析,证明了综合后的临界点提取方法的有效性及可行性。     

几何部件缓冲区域合并的Buffer算法及其并行优化方法

摘 要：本文在介绍一种基于几何部件缓冲区域合并的矢量数据缓冲区生成算法的基础上,采用数据并行思想和MPI编程模型对缓冲区算法的并行化实现和优化方法开展研究。实验结果显示,与ArcGIS Buffer工具相比,（1）当缓冲区结果多边形不合并时,虽然串行缓冲区算法的时间开销较高,但可轻易通过并行方式实现加速。（2）当缓冲区结果合并时,本文算法要明显优于ArcGIS Buffer工具,并且经过优化的并行缓冲区算法表现出了更高的计算效率和更大规模的数据处理能力。因此,基于几何部件缓冲区域合并的Buffer算法具备一定的实用价值,本文提出的按结点数量的任务分解方法和进程间结果“树状”归并策略是对缓冲区算法进行并行优化的有效途径,对GIS中其他矢量分析算法的并行化及相关优化工作也具有一定的借鉴意义。