[01235874]大规模海洋环境多维空间数据组织与可视化关键技术研究

随着海洋立体探测和数据同化技术方法的不断深入研究和快速发展,人类获取了全所未有的海洋环境大数据集合,由于海洋本身所存在的多维性、模糊性、时变性等特点,目前依然没有令人十分满意的时空数据组织模型,这使得大规模海洋数据的集成组织与共享存在不少的困难。同时,由于海洋现象及海洋问题的复杂性,海洋深层时变规律的分析和多维空间信息可视化也愈显重要,为此本课题从海洋环境空间特征提取与分析、海洋环境本体语义分析与多维数据组织、海洋时空特征表达与多维可视化等角度进行了相关深入研究,主要包括： 1)海洋环境要素时空特征的提取与分析：基于临界点理论,分别采用基于滑动窗口的双线性插值法与基于Sperner完全标号法相结合的方法,进行了海洋流场拓扑特征点的提取与分析;面向海洋流场的拓扑结构分析的需求,提出了一种新的基于欧拉法描述的海洋流线积分自适应步长追踪模型,实现海洋流线的提取与追踪;同时针对海洋现象的时空变化过程,提出了分级描述框架的地理案例时空过程概念表达模型,并进行了海洋时空过程语义分析与特征提取。 2)大规模海洋多维时空数据组织与建模：针对多源、异构、动态、多维的海洋环境时空要素数据,提出了基于格网的时序快照修正模型（GSSADM）的组织框架。并在对海洋流场领域知识进行概念提取和特性分析的基础上,借助本体论思想,进行了海洋流场局部本体的语义分析,提出了海洋流场领域本体组织模型,并进行了海洋流场现象局部本体、海洋数据本体等的概念层级划分和本体关系定义;同时,在进行海洋流场空间语义、时间语义分析的基础上,提出了海洋流场时空过程本体结构,并进行了涡旋时空过程的形式化定义。 3)海洋环境要素多维时空可视化关键技术研究：面向海洋流场,基于LOD模型、多线程管理、LIC纹理映射算法、粒子系统等,实现了海洋流场的多维可视化表达;面向海洋温盐场,采用纹理映射技术及剖分重组思想,实现了三维海洋温盐场的可视化表达,并实现了等温水团、温盐跃层的动态提取与表达;面向海洋风云场,采用多维切片和DEM相结合的方法,实现了台风等风云场的三维动态可视化表达;面向海浪场,为了模拟海洋流场中的浪花效果,提出了SPH与移动立方体算法相融合的海浪建模及动态可视化表达方法,实现了微观尺度下海浪的破碎模拟及中小尺度下的海浪表面场仿真系统模拟。 4)海洋专题应用服务平台的研发与应用推广：在大规模海洋时空数据组织模型和多维可视化关键技术研究的基础上,研发了海洋与渔业“一张图”数据管理服务平台、全球海洋环境要素三维可视化平台、海洋溢油应急响应决策指挥平台、航道环境安全保障平台等一系列海洋专题应用服务平台,并进行了实际业务运行,为马航MH370失事搜救、国家及地方相关海洋部门的日常工作提供了重要科技支撑,并产生了重要的社会效益和可观的经济效益。