时空过程网络可视化模拟与分析服务——以溃坝洪水为例

洪水溃坝等复杂灾害现象的时空过程模拟分析,是当前国际地理信息科学热点研究方向之一。随着网络的普及化,公众对GIS时空分析模型的网络实时集成和可视化分析提出了迫切的需求。本文以溃坝洪水为例开展了时空过程网络可视化模拟与分析服务研究,利用Web GL、HTML5、Ajax、Web Service、GPU并行计算等技术手段,通过探讨溃坝洪水时空模型计算优化、网络三维可视化模拟与动态交互分析等关键技术,研发了原型系统并进行应用实验。实验结果表明,本文研究成果有助于实现时空过程信息的网络发布,在线影响分析及动态可视化服务,可为分布式网络环境下溃坝洪水等时空过程信息管理和应急决策提供科学依据和技术支持。     

海洋标量场时空过程远程动态可视化服务研究

随着多源、大面海洋遥感数据及其反演产品呈指数形式增加,利用网络实现远程长时间序列的海洋标量场动态可视化查询、分析,成为海洋信息服务的迫切需求之一。本文在深入分析现有海量数据网络动态可视化技术及海洋标量场时空变化过程的特点时,针对海洋标量场数据探讨标量场的点过程和面过程的网络可视化表达。并以海表温度数据为例,介绍了从MODIS的海表温度反演产品到网络发布的整个处理流程,构建了中国台海区域海表温度场时空过程的网络可视化原型系统。在该原型系统中,实现了海表温度场任意点位的温度查询,任意点位温度时间变化的过程曲线,温度场面过程时空过程动态演进可视化分析等功能。同时该原型系统可以为其他海洋标量场的时空过程可视化提供技术与方法借鉴。     

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。     

面向地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究

随着传感器实时监测等高新技术在地质勘查或生产开发中的应用,形成了动态与静态并存、多源异构的地质时空大数据.然而,目前地质信息系统在地质数据组织管理方面,主要是静态地存储和表达出地质矿产勘查或生产开发在某个特定时期的状态,尚不能满足对勘查或生产开发过程中实时信息的存储管理,进而支持对地质过程的分析和研判.针对性开展了地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究,目标是能够融合数据多源与时空多维性,又能够支持时间关联与时间多粒性.针对地质大数据、地质过程的静态与动态数据紧密结合的特点,采用面向对象和基于事件的思想,提出了基于事件多因素驱动的地质时空大数据概念模型,并开展了相应的地质大数据存储管理逻辑模型、基于系统工程库的管理结构和地质时空对象管理模型设计.基于地质时空大数据逻辑组织管理模型和时空过程的非关系型分布式数据库架构,设计了地质大数据存储模型.融合三维地质建模技术、动态监测信息实时可视化等技术,构建了所需模型过程模拟的三维环境,通过绑定观测数据源,设计实现了基于OPC接口的模拟数据产生事件、作用对象响应的矿山动态开采流程.在王家岭煤矿首采区地质数据支持下开展了应用研究,实现地质时空事件条件下的矿山动态开采过程表达与数据管理,验证了本文模型的可行性和有效性.     

基于物联网GIS的消防智能巡检系统设计与实现

消防设施的高效智能管理是衡量城市智慧化水平的重要指标。为了实现该目标,利用物联网技术以及网络地理信息服务技术,设计并实现了集移动巡检终端与网络后台信息管理系统于一体的消防设施智能巡检系统。该系统利用智能无线传感器、RFID以及蓝牙无线通讯等技术,实现消防设施非接触式自动巡检与巡检信息实时传输;通过基于GIS的消防管线与消防拴拓扑结构分层分级可视化,实现消防设施的统一高效管理。相比于现有巡检方式,基于物联网GIS的消防设施智能巡检系统提高了巡检效率与便捷性以及巡检信息的准确性与实时性,为城市中消防设施的实时动态智慧化管理提供了技术支撑和保障。     

面向海事行业的网络海图服务总体技术模式与实验研究

随着海图信息价值的不断提升,海洋空间信息不再只是以航海图书产品和专题信息图件服务于固定的使用者,网络海图服务逐渐成为支撑海洋空间决策的重要基础。分析传统航海图书资料产品模式的不足,研究以基础数据资源层、关键技术支撑层、信息服务平台层、行业专题服务模式层和典型行业应用5个层次的网络海图服务总体框架,基于ArcGIS Nautical Solution和ArcGIS for Server技术,介绍实现海洋空间数据的互操作、多尺度数据管理和可视化、Web服务访问接口等网络海图服务关键技术,提出面向海事行业的网络海图服务模式。通过开发“中国北方海区海洋测绘地理信息服务平台”,实现海洋空间信息在线显示与发布,为行业提供信息浏览、信息查询服务、实时动态标注,数据自动同步和共享功能。     

顾及时空过程的台风灾害事件知识图谱表示方法

我国是受台风影响最严重的国家之一，台风灾害严重威胁着沿海地区的社会经济和自然环境。近年来，随着知识图谱相关理论和应用技术的发展，其强大的知识整合与表达能力可以为台风灾害事件的动态监测与管理决策提供有力支持。针对当前台风灾害事件相关模型对时空过程表达不足等方面存在的问题，首先，从台风灾害机理出发，通过对台风灾害事件组成要素和动态特性的分析，提出从概念、对象、状态、特征和关系5个层次建立的台风灾害事件知识表达模型。其次，充分顾及台风灾害事件信息的多粒度特性，在模型中将不同的特征信息统一到各个对象中。为了突出台风灾害事件的时空过程，以状态作为过程在特定时空下的截面。最后，以2021年台风烟花事件为案例，构建了台风灾害事件知识图谱。结果表明，该模型不仅突出了事件中不同对象的特征刻画，通过多个对象的状态序列表达出台风灾害事件的时空过程，进一步提高台风灾害事件的全过程信息表达与存储，为应急决策方案提供有效的数据与决策辅助支持。     

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。     

基于WebGIS和Flex的青岛市海洋气象服务平台的研发

为进一步完善和发展青岛海洋气象预报工作,构建了青岛市海洋气象信息预报服务平台。该平台以Flex和Web GIS技术为支撑,依托丰富的气象服务产品,综合运用GIS服务器的空间数据处理能力和GIS的专题地图显示功能,编辑与分析多种与海洋相关的气象产品的时空要素特征。平台实现了多种海洋气象实况要素与地理信息的叠加、近海区域的天气预报与预警信息、海洋生态与船舶信息、台风实况路径查询、卫星和雷达图的动态显示等功能,提高了青岛市海洋气象综合观测、预警服务能力,为促进海洋经济结构的调整和优化提供气象保障。     

基于WebGL的三维管线轻量可视化方法

数字城市和智慧社会对综合管线信息三维轻量可视化的需求越来越多。针对全市大范围三维管线丰富的几何、材质与纹理等多细节层次信息三维轻量可视化难题,本文设计实现了基于Web GL的三维管线轻量可视化方法。该方法针对三维管线数据设计了动态组织调度策略,通过异步加载、可见性剔除等技术,把视点相关的管线和管点信息动态接入并实时生成三维模型,基于Web GL以GPU硬件加速的方式进行实时渲染绘制。典型城市综合管线信息管理应用实验表明,该方法能够在网络环境下各种终端上实现多种类型管线多细节层次三维模型的实时真实感可视化。     

基于GML/SVG的WebGIS体系结构设计与实现

随着Internet的飞速发展,WebGIS也进入了蓬勃发展的阶段,而制约WebGIS发展的问题也日益突出。本文针对WebGIS中存在的地理空间数据语义共享和网络带宽日益紧张的问题,引入了GML和SVG,在此基础上提出并论证的基于GML和SVG的WebGIS系统的方案和应用模式,并详析了实现该系统的体系结构和相关技术,最后给出了该系统的应用实例。     

基于WebGIS云南滑坡灾害气象预警分析模型

针对云南主要由降雨引起的滑坡地质灾害现象,对云南近8年来的滑坡灾害数据和降雨量数据进行了分析,研究并设计了一种针对滑坡地质灾害发生的时空耦合预警分析模型。并在此基础上,通过与WebGIS技术的耦合,运用新一代的RIA技术Silverlight,基于MapGIS IGServer平台,在异步响应的网络中使用流程化的操作方式构建出云南省地质灾害气象预警系统。通过实例检验表明该滑坡地质灾害气象预警分析模型的应用,能够为相关部门提供更精确、及时的减灾防灾对策。     

基于B/S跨平台网上地理数据维护引擎的开发

本文以网上地理数据维护为主线,分析了目前WebGIS应用的优缺点,阐述了基于B/S结构的跨平台网上地理数据维护系统的开发思路和具体应用模式。     

网格GIS数据传输机制与策略

WebGIS实现了数据的分布性,而基于中间件的网格GIS的目标是实现GIS数据和GIS功能服务的分布性。本文介绍了网格GIS的信息处理流程,并根据网格GIS对数据传输功能的要求,提出了网格GIS数据传输的实现策略。在网格GIS数据传输过程中,对地理空间数据信息的描述,是通过GML语言来完成的,并利用Web services、消息中间件等构造网格GIS数据传输服务,同时对于网格GIS数据传输中的安全问题作了阐述,利用代理机制来完成数据传输过程中的安全控制。     

基于特征的海洋锋线过程时空数据模型分析与应用

客观世界存在时空场,大部分地理实体或现象在时空域具有动态变化特性,其空间、时间和属性是过程的统一体,传统的GIS时空数据模型在描述、表达、组织与分析这类数据时面临许多挑战。然而,基于特征的数据模型和以过程为对象的时空数据组织在动态数据的描述与表达的方面具有独特的优势。本文探讨了基于特征的线过程时空数据模型组织的六元组框架体系,实现空间、时间和属性的一体化存储和地理实体的动态分析。在分析线时空过程特性的基础上,归纳总结出3大类12个类别的线过程,进一步提出了基于特征的线过程时空数据模型(Feature-based Line Process Spatio-temporal Data Model)的概念;利用文件层次分块结构对时空线过程数据进行了组织与存储。最后以海洋锋为实例,探讨了该模型在时空数据组织、时空查询、时空过程提取和时空过程可视化等方面的应用。结果表明,该模型能够很好地应用于具有时空过程特性的线数据中,也为时空数据模型的总体设计提供借鉴。     

网络GIS及其内容体系和应用分析

众多研究人员在网络GIS的研究方面都习惯将其内容简单化为WebGIS或者Internet/Intranet GIS。实际上,WebGIS和Internet/Intranet GIS在数据模型、网络架构、体系构建和功能部署等方面都有较大的区别,这种将We-bGIS和Internet/Intranet GIS统称为网络GIS的做法本身就有缺陷。本文以网络和分布式计算技术为基础,从“广义”和“狭义”的角度对网络GIS的概念框架、内容体系和应用等几个方面做了重构研究,以期推动网络GIS的研究进展。     

信息技术发展对GIS产业的影响分析

在分析信息技术对GIS产业影响机制及发展趋势的基础上,分析了其对GIS产业的影响。认为网络化将会给 GIS产业发展带来多方面的深刻影响,信息技术已成为GIS产业技术发展的重要创新因素,GIS产业将朝着综合化和多样化方向发展。     

地理立体视频Web服务框架设计与接口开发

地理立体视频是对视频帧扩展了内外方位元素等地理空间参照的立体视频,支持基于位置的视频查询和影像量测,提供了地理空间表达的一种新形式。随着Web服务技术的广泛应用,地理立体视频Web服务将进一步拓展视频GIS应用。本文重点讨论了地理立体视频Web服务原理和系统设计。通过分析服务功能,设计了由数据层、服务层及表现层构成的地理立体视频Web服务框架;利用REST风格的Web服务技术,从资源确定、URI定义,以及资源操作接口、表述格式等方面进行了服务设计,详细定义了检索服务、视频播放服务,以及影像量测服务接口及其HTTP交互机制,以WCF框架和ArcGIS Server平台实现了相应的服务接口。本文以河南大学金明校区为例,开发了地理立体视频Web服务原型系统并进行了应用实验。结果表明,地理立体视频Web服务实现了可视化、检索及量测等功能,适合于Web环境下视频GIS应用开发,对新型可定位多媒体Web服务的标准化具有参考价值。     

基于几何代数的矢量时空数据表达与建模方法

 针对现有矢量时空数据建模时空分离所导致的时空表达不一致、不统一的问题,运用几何代数理论和统一时空观,对时间、空间与属性进行一体化的表达与建模。构建了时空统一表达的层次体系,并基于面向对象技术和UML方法,探讨了时间、空间与属性等组件的逻辑关系。提出了矢量时空数据时空统一建模流程,定义了相应的数据组织结构与存储结构,实现了对几何代数空间的对象表达与存储,以及常见矢量数据的集成与预处理方法。对上述成果进行整合,建立了相应的原型系统。实验以中国东南地区级行政区演化序列数据为例,实验结果验证了本文提出方法在时空数据的统一建模与表达方面的可行性,能够有效支撑变化检测等时空分析方法的构建与实现,为时空GIS的发展提供理论参考与方法借鉴。     

GIS技术发展与社会化的困境与挑战

GIS技术目前存在空间表达不完备、时空表达不融合等问题,在社会化应用方面也缺乏大型的示范性工程。应对上述挑战,GIS需要在时空统一的数据模型构建、有效的数据组织管理技术、空间索引技术、GIS加速器和形式多样的表达和交互能力等方面进行突破,形成可支撑GIS社会化应用的关键技术体系。同时,面向GIS的社会化应用的大力推进,首先,要树立"全方位看世界"的GIS观,其次,GIS的发展必须从面向"地理环境"走向面向"人",要适应大众对媒体的需求发展影视GIS。在重大GIS社会化应用工程建设方面,家谱GIS是GIS社会化的一个很好的切入点,其对研究和传承中华历史文明具有重要意义。