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。     

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。     

面向虚拟地理环境的多源异构数据集成方法

当前,虚拟地理环境(VGEs)的发展已经走向以数据库和模型库为双核心的知识共享平台阶段。地理数据及模型共享研究是虚拟地理环境发展过程中,不可逾越的难点问题;由于对地学分析及地理建模的研究还处于探索阶段,故适合于VGE下模型集成共享的多源异构数据集成研究还鲜有涉及。本文针对地理数据异构的特殊性,分析了虚拟地理环境中多源数据的异构特性,主要体现在数据含义、模式、数据模型、词法及语义等五个方面。另外,提出了面向虚拟地理环境的数据表达模型(DRM),该模型提供了一种公共的数据组织方法,使用户可以无歧义地定义地理数据,解译其他各种数据,并研究了多源异构数据的集成方法;同时,提出了多源异构数据集成的流程及体系框架,主要包括地理数据解析、地理模型与数据的交互、模型解析、运行及结果输出等;并重点分析了多源异构数据,及其到模型集成的转化过程。最后,开发了原型系统和多源异构数据的集成验证。实验结果表明,该方法能够较好地集成多源异构数据。     

DEM地形可视化自增强技术

地形可视化是地形表达、虚拟地理环境与虚拟仿真领域中重要的组成部分.论文首先回顾了DEM地形分析与表达技术,然后重点阐述了如何利用DEM自身解译的地形信息,增强DEM地形等高线图、地形晕渲图等地形可视化效果,突出不同地形特征与细节,实现可量测性和直观性为一体的3维地形表达,提供用户更为直观、准确的地形认知.     

基于线性参照系统的虚拟高速铁路场景建模方法

虚拟高速铁路场景能够直观地表达线路实体及其周围的地形地貌,为高速铁路相关的管理决策和科学实验提供支持。针对高速铁路空间数据的线性分布特征和地物对象结构固定的特性,本文提出了基于线性参照系统的虚拟高速铁路场景建模方法。将高速铁路对象抽象和简化为可重复利用的模型,并使用线性参照工具进行模型的空间定位,以实现虚拟高速铁路场景的构建。本文首先探讨了高速铁路线路和线性参照系统的特点;然后,详细给出了构建虚拟高速铁路场景的流程、模型属性表和事件表的设计,以及几何约束方法;最后,选择案例区域开展试验。结果表明,该建模方法将建模对象以事件表的形式进行空间定位,减少了计算复杂性,并将属性数据与虚拟场景对象进行联接,可用于高速铁路的可视化管理和科学分析。     

面向虚拟地理环境的空间信息共享研究

虚拟地理环境作为一种基于地理研究并提供地学分析的三维可视化的地理空间信息平台,需要解决物理存储分散、数据格式多样的空间信息资源的共享问题。本文研究了虚拟地理环境下的空间信息及其元数据的组织管理方式,定义面向对象思想定义简单的空间信息对象实体,通过对其进行迭代和组合来表达复杂空间信息对象,设计出具有元数据信息的空间信息对象XML描述方案。研究了如何构建集中式的空间信息对象管理与分布式的空间信息服务相结合的空间信息共享体系架构,通过提供对空间信息对象的浏览、分析、操作的Web服务,使得虚拟地理环境在网络中进行资源交换、信息共享、协同工作以及提供决策能得以实现。     

山地城镇虚拟地理环境构建及规划设计实践

我国山地城镇约占全国城镇的一半,在当前平原向山区发展的进程中,山地城镇可持续发展需要虚拟地理环境等新理念和集成技术的支撑。面向山地城镇规划设计的特点和需求,基于虚拟地理环境相关理论和技术方法,本文提出了规划设计、测绘地理信息、岩土工程、生态保护等多学科交叉;规划设计师、GIS分析师、政府部门、项目业主、公众等多角色参与;地理表达、地理分析、地理设计、地理模拟、地理评估多环节结合;紧密结合规划设计过程和虚拟地理环境模拟评估的山地城镇规划设计技术框架。结合重庆悦来会展城规划设计实践对框架的特点优势开展进一步探讨,为山地城镇规划设计工作提供了参考。     

虚拟地理环境中基于多模式的多人动作捕捉方法

虚拟地理环境对人类理解、探索地理现象以及发现地理现象之间的联系起到很重要的作用。在基于VR技术的虚拟地理环境中更高效,更自然的交互对虚拟地理环境系统的可用性以及理解、探索地理现象的效率至关重要。当前,人机交互中更自然便捷的交互依赖于动作捕捉技术,而现有的基于单种捕捉模式的动作捕捉方式,易受到遮挡、定位漂移等的影响,捕捉精度受到限制,并只能捕捉单个人的动作,不能满足虚拟地理环境对动作捕捉技术提出的特殊需求。针对单种模式的动作捕捉设备应用于虚拟地理环境受到的限制,本文分析了虚拟地理环境系统中的交互需求以及其对动作捕捉技术提出的特殊需求,创新性的提出了一种基于多种动作捕捉模式以捕捉多人动作的方法。本文方法集中于如何融合基于多种模式的多台设备的动作数据,描述了多人动作捕捉框架及其涉及到的技术,在动作捕捉效果上具有明显提升,能够捕捉多人动作,并开发了原型系统对此方法进行了验证。     

面向室内应急疏散标识的VR眼动感知实验与布局评估

在室内应急疏散的背景下,理解人们如何感知应急疏散标识以及他们的感知如何影响疏散行为十分重要。虚拟地理环境基于虚拟现实（VR）技术构建的沉浸式多维信息空间,是一个符合人类感知认知规律的三维、动态、可交互空间。而基于虚拟地理环境的虚拟地理感知/认知实验,则可以提供一个可定量观测的可控虚拟实验环境,通过设计多种实验方案,定量地获取与空间感知、认知行为相关的客观实验数据。本文将沉浸式虚拟环境与眼动追踪技术相结合,设计了VR眼动感知实验,以室内通道为例,采用定量观测、数据统计、可视化分析等方法,对不同虚拟火灾逃生场景下的疏散时间、眼动注视点、个体移动轨迹数据进行了处理与分析,最后对室内应急疏散标识布局进行评估并提出合理建议。实验结果表明：① 女性参与者比男性更容易被逃生起始位置干扰,拥有较差的虚拟空间感;② 3种场景类型（无标识无烟雾、有标识无烟雾、有标识有烟雾）在疏散时间之间存在明显差异,应急标识、烟雾与逃生起始位置对疏散时间有显著性影响;③ 通道墙贴标识的感知率最高为0.929,在火灾逃生中最容易被识别;④ 安全出口标识感知率最低为0.333,眼动注视点大多在安全门而非安全出口标识上,因此需要提升安全出口标识的视觉吸引力;⑤ 室内通道微观环境的不同（例如通道长度）对应急标识注视时长的变化有较大影响;⑥ 安全出口附近的标识布局、设计有待改进。虚拟眼动感知实验为评估室内应急疏散标识的合理性和布局优化提供了一个有效的科学途径。     

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。     

塔北地区寒武系白云岩储层裂缝充填特征与有效性

塔里木盆地寒武系白云岩储层具有年代老、埋深大、成岩作用强烈的特征,原生孔隙几乎被破坏殆尽,有效裂缝的发育程度是决定储层优劣的关键因素。根据岩芯描述、薄片鉴定、FMI成像测井、扫描电镜、阴极发光、电子探针以及流体包裹体分析等研究手段,开展了塔里木盆地北部地区(简称"塔北地区")寒武系白云岩储层的裂缝充填特征及有效性分析。塔北地区整体裂缝发育,天山南地区与塔河地区裂缝在产状、线密度、形态以及充填特征上存在差异。天山南地区裂缝线密度与有效性均低于塔河地区,充填矿物主要为自形白云石与石英,其次为方解石、石膏与黄铁矿。充填白云石分为3期,对应的温度区间分别为70℃～90℃、90℃～110℃及110℃以上,均为地层内的成岩流体成因;充填石英分两期,第一期为黏土矿物转化蚀变形成,第二期可能为热液成因。塔河地区裂缝线密度高,有效性较好,溶蚀作用发育,是有利的勘探地区,其充填物以热液矿物组合形式出现,主要为方解石,其次为石膏、鞍状白云石、黏土矿物、沥青等,重晶石以交代白云石的形式出现。充填方解石分为4期,对应的温度区间分别为70℃～100℃、100℃～130℃、130℃～180℃及180℃以上,前3期充填为不同埋深时期地层内成岩流体成因,最后一期充填为自下部运移而来的高温热液流体成因。     

格点同化对大气波导数值模拟的影响

利用NCEP再分析资料为背景场及常规的探空资料和地面资料,以2005年6月2日出现在黄海海域的大气波导为例,运用中尺度数值模式MM5,设计了2种初始场不同的数值模拟试验:1)NCEP资料;2)NCEP资料和常规探空资料。研究结果表明:格点同化能够改善大气波导的MM5数值模拟结果,提高MM5的大气波导参数模拟精度;在大气波导分布上,格点同化对陆地大气波导影响较大,对于海上的模拟区域分布几乎没有影响。     

山东省微山郗山地区稀土矿成矿规律探讨

近年来,在鲁西峄城凸起南西部郗山地区的稀土矿勘探工作取得了飞速进展。该区发育有较强的航空放射性异常,分别为г-22-61、г-22-62和г-22-63三个次级放射性异常,г-22-63异常对应已知的郗山稀土矿。以往工作表明,该稀土矿床具“岩体和构造”联合控矿的特征,即稀土矿体受控于中生代燕山期郗山杂岩体与各种类型的(构造)接触带;其成矿时代为早白垩世(110~119Ma),与鲁西地区其他稀土矿形成时代基本一致;稀土矿成矿物质主要来源于富集地幔,成矿流体为高浓度、中高温流体,成矿流体来源于碱性岩浆分异。放射性异常较强的地段进行稀土矿找矿工作最为有利。     

华北平原秸秆焚烧火点的MODIS影像识别监测

本文利用Terra/MODIS 1B级数据,基于火点像元亮温特征及其与背景亮温的偏差来提取华北平原秸秆焚烧火点信息。文中采用MODIS 1B 500m分辨率下的第1、4、3波段反射率产品进行RGB合成,基于GIS平台叠加火点信息和地理基础数据生成华北平原5省2市秸秆焚烧火点分布图。本文结合火点分布图对研究区2007年6月17日和18日的火点数目进行了统计:结果表明,河南、河北地区的火点较多,山东、河南等境内火点数目分布区域有较大扩展。通过遥感监测秸秆焚烧信息,可为环境监测部门提供环境监测数据;同时能提高秸秆焚烧预警和日常监控能力,兴利保护生态环境。     

青岛鳌山湾海区营养结构分析与营养状况评价

根据2004年6月中旬在鳌山湾海区所取得的底层海水营养盐资料,分析了青岛鳌山湾海区营养盐的平面分布特征;运用绝对限制法则和相对限制法则确定了鳌山湾海区的营养盐限制因子;采用营养状态综合指数法和分类分级富营养化评价模式对鳌山湾海域的营养状况进行了评价。结果表明:鳌山湾营养盐限制因子为磷(P),该海区由缺氮转变为缺磷,营养盐结构发生了根本性变化,且该海域无富营养化现象,水质较好。     

半干旱区旱情监测指数应用分析

本文利用MODIS地表温度数据(Ts)和增强型植被指数EVI构建Ts和EVI(Enhanced Vegetation Index)空间。同时分别获取2002年3月8日,4月2日、4月13日、6月12日的温度植被干旱指数TVDI,以其为旱情指标对黄河三花间(三门峡-花园口区间)区域旱情进行了监测;结合气象站点数据及表观热惯量对TVDI进行评价,TVDI与热惯量相关系数R2达到0.7,并分析了土地利用和高程对TVDI的影响。结果表明:土地利用影响着TVDI值的分布;三花间(三门峡-花园口区间)区域250m以上高程和TVDI关系显著。以Ts和EVI构建的TVDI适用于半干旱区的旱情监测。     

岷县-漳县M6.6地震前后的形变范数变化特征

采用分布在南北地震带上10个洞体应变台的观测资料,基于小波分解和范数计算,提取2013-07-22甘肃岷县-漳县M6.6地震前异常信息。结果表明,除肃南台外,其余9个台均出现震前异常信息,昭通台、小庙台最早出现异常,在2013-06初（约在震前50 d）,距震中最近的宕昌台在7月初出现异常。结合其他学者的研究,对异常信息特征进行讨论认为,这次地震与南北地震带东侧块体自南向北运动有密切关系,而震后的形变传递过程是一个反向过程。同时也证明,用范数计算方法提取震前形变异常是简单、有效和可靠的。     

基于多源遥感数据和GEE平台的博斯腾湖面积变化及影响因素分析

作为典型的干旱区内陆湖泊,博斯腾湖的面积变化趋势与当地自然和人文环境的变迁密不可分。本文结合GIS与RS技术,利用Landsat影像和MODIS数据共2289景及JRC GSW水体掩膜产品,基于Google Earth Engine（GEE）平台采用指数法得出2000—2019年博斯腾湖面积年际和年内变化趋势,并采用2019年Sentinel-2影像进行结果对比分析,同时通过2000—2018年焉耆、库尔勒和巴音布鲁克气象站日值数据和人类活动分析其变化原因。得出如下结论：① 本结果中基于海量遥感数据提取面积的结果表明,GEE可以充分应用高时间分辨率遥感数据进行湖泊年际尤其是年内面积变化分析。相比于Landsat-5/7/8影像与MOD09GQ数据,由于Sentinel-2影像的时空分辨率优势,基于其所得的湖岸线可显示出较多细节。② 2000—2013年博斯腾湖面积共减少181.66 km²,变化速率为13.98 km/a;2013—2019年,湖泊共增加133.13 km²,变化速率为22.19 km²/a;③ 博斯腾湖面积一般在每年的3—6月呈上升趋势,且在当年6—9月保持峰值,面积在10—12月减小;④ 博斯腾湖面积年际变化与其流域内焉耆、库尔勒、巴音布鲁克气象站的降水、蒸发及积温因素变化的相关性未达到显著水平,而年内变化与上述气候要素相关性较高。     

Immunotoxicity effect of benzo[α]pyrene on scallop Chlamys farreri

The toxic effects of benzo[α]pyrene (B[α]P) at different concentrations (0.1, 0.5, 1, 2.5 and 7.5 μgL⁻¹) on scallop (Chlamy farreri) immune system were studied. The results showed that B[α]P had significant toxic effects on the haemocyte counts, neutral red uptake, phagocytosis, bacteriolytic and antibacterial activity (P<0.05), while the seawater control and acetone control had no significant differences. The haemocyte counts, neutral red uptake, phagocytosis and bacteriolytic activity in all B[α]P treatment groups as well as antibacterial activity in groups of 0.5, 1, 2.5 and 7.5 μgL⁻¹ B[α]P decreased significantly (P<0.05). Some of these indices tended to be stable on the sixth day and others on the ninth day, and the indices showed clear time- and concentration-response to B[α]P. Bacteriolytic activity in 0.1μgL⁻¹ B[α]P treatment group and antibacterial activity in 0.1 μgL⁻¹ and 0.5 μgL- B[α]P treatment groups increased at the beginning of exposure and reached their peaks on day 1 and day 6, respectively. Following that, both activities decreased gradually and became stable after day 9. When all the indices reached stability, they were significantly lower than those in control group (P<0.05), except for antibacterial activity in 0.1 μgL⁻¹ B[α]P treatment group (P>0.05). Thus, B[α] has evident toxic effects on scallop immune system, which supports the view that a relationship exists between pollution and immunomodulation in aquatic organisms.     

DYNAMIC CHANGES OF INORGANIC NITROGEN AND ASTAXANTI—IIN ACCUMULATION IN HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS

This study on dynamic changes of culture color,astaxanthin and chlorophylls,inorganic N including N-NO3^-,N-NO2^- and N-NH4^ in batch culture of Haematococcus pluvialis exposed to different additive nitrate concentration showed(1)ast/chl ratio was over 0.8 for brown and red algae,but was usually less than 0.5 for green and yellow algae;(2)N-NO3^-,in general,was unstable and decreased,except for a small unexpected increase in nitrate enriched treatment groups;(3)measurable amounts of N-NO2^- and N-NH4^ were observed respectively with three change modes although no extemal nitrite and ammonia were added into the culture;(4)a non-linear correlation between ast/chl ratio(or color)changes and the levels of N-NO3^-,N-NO2^-,N-NH4^ in H.pluvialis culture;(5)up and down variation of the ast/chl ratio occurred simultaneously with a perceptible color change from yellow to brown(or red)when N-NO3^-,N-NO2^- and N-NH4^ fluctuated around 30,5,5μmol/L respectively;(6)existence of three dynamic modes of N-NO3^-,N-NO2^- and N-NH4^ changes,obviously associated with initial extemal nitrate;(7)the key level of total inorganic N concentration regulating the above physiological changes during indoor cultivation was about 50 μmol/L;and(8)0.5-10mmol/L of nitrate was theoretically conducive to cell growth in batch culture.