2012GIS开发竞赛(一等奖)A141海洋环境预警可视化系统

http://contest.esrichina・/html/2012huojiangzuopinzhan/2013/0319/41.html[2012GIS开发竞赛]（一等奖）A141海洋环境预警可视化系统小组编号：A-141（一等奖）作者单位：首都师范大学资源环境与旅游学院小组成员：李文彬，刘铭，周菁，蔡振君指导老师：李小娟，孙永华海洋环境预警可视化系统、需求分析多年来，在国家有关专项的支持下，我国在海洋灾害、海洋动力环境、溢油、搜救应急预报技术方面取得了显著的进步。但迄今为止，缺乏多要素、精细化、综合的预报技术研发和应用。目前主要停留在风暴潮、海浪、咸潮和赤潮等单一要素预报服务上，但是海洋环境各要素之间是相互影响的，甚至同时作用于承灾体的，所以进行多要素海洋综合预报是迫切的；另外预报系统的模块化、标准化工作也亟待提高；同时由于海洋复杂的地形，目前的预警报精细化程度难以满足海洋防灾减灾、海洋生态保护等日益增长的需求。因此建立精细化的、综合多要素的海洋预报系统将增强我国海洋防灾减灾能力，促进海洋经济的可持续发展，为海岸带的科学开发利用，沿海经济的不断发展提供技术支持。二、解决思路本项目以我国当下常用海洋预警报数据为例，基于GIS技术，开发海洋环境预警报产品的可视化平台，实现遥感图像、基础地理信息、减灾专题信息等专题图层的数据组织、访问、显示、查询、制图输出等空间信息分析与管理功能，同时，叠加预警报产品信息，提供海洋环境数值预报结果的动画显示，为预报员提供产品使用的可视化辅助工具。三、系统亮点多元多维预警时空序列数据的归一化处理风暴潮预报文件（.14,.63）,船位文件（.xml），搜救路径文件（.dat）,溢油预报文件（.xyz）,温盐流实时文件（.nc）等等我国常用的海洋预警报文件都采取了多样化的数据格式，欲图搭建综合化海洋预警平台,解决多时空尺度多样化数据的归一问题是必由之路。系统设计了多元数据处理模块，都处理为中间格式（.txt）之后转化为常用的（.shp）文件。实现了复杂数据的管理。面向单个三角网的等值线算法研究传统方法中，对于等值线算法都遵循着离散点数据——中间三角网数据——三角网构建等值线的过程。但对于给定特定的三角网数据，并且要符合海洋的特殊性规律（如等值线不能穿岛等），就显得有些力不从心。本作品运用了相关立体解析几何原理进行空间运算，之后又运用了三角形内部插值原理论证了等值线的唯一性，实现了此功能，并在运行效率上予以了一定程度上的优化。批量化生产处理预警报产品在海洋预警报的正常日常工作中，海量数据的处理一般要借助于大型计算机的介入才能顺畅流利，在不借助于服务器的情况下对海洋预警报原始产品进行关键信息挖掘提取并最终以较为效率的方法进行产品加工生产，也是本系统的亮点之一，使系统更加完善地能适应多种硬件情况。四、关键技术预警报产品的一体化处理流程风暴潮预报文件（.14，.63），船位文件（.xml），搜救路径文件（.dat）,溢油预报文件（.xyz）,温盐流实时文件（.nc）等等我国常用的海洋预警报文件都采取了多样化的数据格式，欲图搭建综合化海洋预警平台，解决多时空尺度多样化数据的归一问题是必由之路。系统设计了多元数据处理模块，都处理为中间格式（.txt）之后转化为常用的（.shp）文件。实现了复杂数据的管理。等值线算法研究2.1海洋环境等值线特殊性由于大部分海洋环境预警报数据都涉及了海洋环境中的诸多因素，如群岛、岛屿、半岛、国界等，因此在大部分的海洋预警报产品中都自带了三角网的构网信息供相关分析（如风暴潮预报文件（.14）），如果直接只考虑预报坐标而忽略其三角网信息，会导致精细化分析时出现不合逻辑的问题（如等值线穿岛），而直接读取海量数据成TIN并转化成我们熟悉的格式又无法保证效率。2.2绘制原理针对给定的三角网信息，读取每个三角网的构成方式，之后针对个体三角网，运用空间解析几何原理，计算三角形各个边上的等值点数量，并运用线性插值规律计算各个等值点高程值所对应的坐标值插值，流程如下图所示：

通过上述流程得到单个三角形的各个等值点后，结合几何论证得出等值线类平行理论，生成面向海洋要素等值线。五、系统功能1□fit<-海帛预善财E可视哉慕扯Harm■IGri-iri：Bud_£Bwd_ELGE■lAdt<nCL■JIm1□fit<-海帛预善财E可视哉慕扯Harm■IGri-iri：Bud_£Bwd_ELGE■lAdt<nCL■JIm-*』tsms■+匚-#崗庭曲1GE»0Lqr^E-a-3中BK撇'.w-l动西昱丽.鶴沖斑輙神工ft色亠-J回叵JCPfJfttt三軽対.44訊£』砒.>niisrJL'Ef产图2系统界面

1.数据生产模块该模块主要实现了对多源预警报数据的中间结构及最终产品的转换及批量生产工作。效果如图所示：Erirri.Etn®三程晏不功帀料田側Home■Gr-iHEi.IwJjZ■&*茁nJ«taj2等械史庄-=Lifcyru-母HSESG33-2SErirri.Etn®三程晏不功帀料田側Home■Gr-iHEi.IwJjZ■&*茁nJ«taj2等械史庄-=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牲严剧釦小海vtireir按真用工酗图3风暴潮数据生产2.三维显示模块该模块主要实现了对主界面进行三维显示的效果图并包含了三维显示中鸟瞭、漫游等基本功能。效果如下图所示：

曰匕(■三堆显帛£旦8十•嗫X紳曰匕(■三堆显帛£旦8十•嗫X紳k回題Q中踰蜒常电馬图HGB珏水.人员圖隹台理&笹■皿d.E-u^i_l图4三维显示生产等值线生成模块该模块主要实现了对海洋预警报数据进行等值线生成功能。效果如下图所示/?-ZlB®b血择潢務廉产品⑷盘化*艇HomeV匸」■j'SH6**-t?LifvfsHosiLLcrnr/?-ZlB®b血择潢務廉产品⑷盘化*艇HomeV匸」■j'SH6**-t?LifvfsHosiLLcrnrFT中smua■■ir-iwiBani_2DeriLE牡用工具芒；yTIN生产M晅陆禺II陶KU»□色砸莊a匚E：i：J-.JKffitEra■两tod_L4snsAiE三3«席H耐岀莓I抚貝梅决图5等值线模块4.制图输出模块该模块主要实现了对主界面进行专题图制作及相关要素添加的功能。效果如下图所示luif-R-rKluif-R-rK冒用工呂R中IK却&辭庖国1»■険R中IK却&辭庖国1»■険dJ-iTii_Li合*m；Emd_2MBlui1inC3-fl8fihtrsiKSICE■血]tni_L'JE-V.IILBuud_2MuiM心全田a：希aPftEBS.歆涯囂凤岀IWtH比就尺L

l±flR2目测畑图6制图输出模块5.海洋预警报模块该模块主要实现了分析相关海洋预警报产品，最终得到预警信息的功能。效果如下图所示：IS创■ffiefSSFS4J56F■I陛电预詈Bud_]T刚fflfi-曰回Merjl]DTi■辽电预詈卅IS创■ffiefSSFS4J56F■I陛电预詈Bud_]T刚fflfi-曰回Merjl]DTi■辽电预詈卅□台［OS卅口曲九人彷跡住1回海洋曲闵i回陆ttas按和便按甘冈30滞股奠■用工且拦匸叵冈遢凹剧騒卜和洋-旨叶g-1可中B1由堰图7风暴潮预警功能作品点评：本作品设计思路清晰合理，紧扣题目。功能实用，数据模型合理，操作简单。为预报员提供了比较实用的辅助分析工具，界面设计美观。对作品提出几点改进意见及展望：对于大范围的预警数据的三维显示，可以使用ArcGIobe，建议加载地形，分析