Web环境下的水动力过程一体化模拟方法研究

摘要

水动力过程研究是地球科学研究中的重点领域，建模与数值模拟方法是水动力研究的重要手段。通常，一个完整的水动力数值模拟实验包括数据预处理、模型嵌套计算和数据可视化三部分，三者逻辑上统一但在实际操作中却是独立执行的，并且各自使用单独的程序软件进行，使得模拟实验步骤繁琐、成本增加，而且效率低下。由于模型本身的开发原理和背景不同，模型程序在离散网格和程序执行等方面存在差异，导致模型在嵌套计算时往往需要手动修改模型代码和数据文件，自动化程度低。因而，目前的水动力过程模拟方法在的时间、金钱和人力成本等方面成本过高，不利于学科的发展，也有碍于水动力数值模拟实验的推广，不适于跨专业的研究。
　　本文主要针对水动力过程模拟研究中普遍存在的模拟流程分散独立、模型嵌套计算自动化程度低等问题，以典型的二维大尺度模型CSTM和三维小尺度模型POM为例，对Web环境中的水动力过程一体化模拟方法进行了系统性地研究和实践，主要完成了以下几方面工作:
　　(1)多尺度水动力模型自动嵌套计算方法:分析了水动力过程与水动力模型的基本原理，总结了水动力模型的分类，并介绍了常用的水动力模型。重点解析了POM和CSTM的计算原理，并以POM和CSTM为例，研究了多尺度模型的自动嵌套方法，提出了以网格嵌套和程序嵌套为核心的多尺度水动力模型嵌套方法。
　　(2)水动力过程一体化模拟方法:借助Web技术在易用性和标准化上的优势，以及GIS强大的空间数据管理和可视化功能，分析了水动力过程模拟与WebGIS集成的四大方面:空间参考集成、网格集成、数据集成以及程序集成，从而整合了水动力过程模拟的三大部分，进而提出了Web环境中水动力过程模拟的一体化方法。
　　(3)水动力过程一体化模拟方案:基于ArcGIS for Server、PostgreSQL和Silverlight等技术，以CSTM和POM为例，设计并实现了水动力过程一体化模拟方案。进行了不同区域的两个模拟实验（开边界和闭边界），通过潮位数据与NAO99模型对比验证，得出了模拟实验的结果与实际数据相吻合，论证了本文提出的模拟方法的适用性和可行性，为水动力过程研究提供了崭新的方法和视角。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 水动力模型研究

1．2．2 GIS与模型集成研究

1．2．3 WebGIS研究与应用

1．2．4 研究现状分析

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 技术路线

1．5 论文组织

第2章 研究基础

2．1 水动力模型概述

2．1．1 基本控制方程组

2．1．2 水动力模型分类

2．1．3 常用水动力模型

2．1．4 多尺度嵌套模型

2．2 WebGIS核心技术

2．2．1 WebGIS技术架构

2．2．2 WebGIS空间参考

2．2．3 WebGIS数据格式

2．3 水动力模型与WebGIS集成分析

2．4 本章小结

第3章 水动力过程的一体化模拟分析

3．1 典型多尺度水动力模型

3．1．1 CSTM大尺度模型

3．1．2 POM小尺度模型

3．2 多尺度水动力模型自动嵌套计算方法

3．2．1 网格自动嵌套

3．2．2 程序自动嵌套

3．3 水动力过程一体化模拟方法

3．3．1 空间参考集成

3．3．2 网格集成

3．3．3 数据集成

3．3．4 程序集成

3．4 一体化模拟方法的优势

3．5 本章小结

第4章 水动力过程的一体化模拟方案

4．1 CSTM与POM的数据组织

4．1．1 CSTM数据组织

4．1．2 POM数据组织

4．2 一体化模拟方案设计

4．2．1 技术方案

4．2．2 数据组织

4．2．3 架构设计

4．2．4 模拟流程

4．3 一体化模拟方案实现

4．3．1 数据处理功能

4．3．2 自动嵌套计算功能

4．3．3 可视化功能

4．4 本章小结

第5章 模拟实验与结果验证

5．1 模拟界面

5．2 模拟实验

5．2．1 闭边界模拟实验

5．2．2 开边界模拟实验

5．2．3 实验分析

5．3 结果验证

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间参加科研工作和发表学术论文情况

致谢