土壤湿度同化数据综合分析处理系统的研制与开发

摘要

陆面数据同化系统在吸收了大气数据同化和海洋数据同化丰富营养的基础上得到快速发展,陆面数据同化已日趋成为陆面过程、气象和水文研究中的热点和前沿。土壤湿度同化系统的输入和输出数据以其格式多样性、海量性为主要特征。如何建立一个可视化平台,实现多种数据格式的要素变量更为丰富的可视化表达,以及从海量数据中挖掘出更深层次的信息,是当前科学数据应用与共享所面临的重大课题。
　　本文基于Visual Studio2008开发平台,利用C＃、IDL编程语言和ArcGIS Engine9.3二次开发组件,以ArcSDE作为空间数据库引擎,SQL Server2005为数据库管理工具,开展对土壤湿度同化数据综合分析处理系统的研究与开发,系统提供了强大的制图与可视化功能,实现陆面同化数据的综合管理与分析。该系统不仅能够提高同化系统数据管理的能力,而且将专业的数据处理和分析工具集成到GIS系统环境中,在同一系统中既能完成数据的处理与分析,又能完成GIS空间分析与统计,能够满足陆面同化系统对数据的处理与分析的需求,对土壤湿度同化产品的业务应用提供了强大的支撑。
　　主要研究成果如下:
　　1、通过对科学数据多维数据NetCDF模型存储结构的研究,构建了气象资料NetCDF存储模型以及基于GIS的土壤湿度资料NetCDF多维资料模型。将气象数据具有时间域、空间域和属性域等多维属性与GIS数据模型相结合,为GIS技术用于气象数据分析,以及将海量的气象数据引入地理信息系统提供了新方法。
　　2、研究了大气强迫数据、地表参数和观测数据的处理和表达方法,构建了土壤湿度同化数据空间数据库。将空间数据和属性数据的一体化管理,提高了数据检索效率,保证了空间数据和属性数据的一致性和完整性,实现了数据存储、管理、统计与查询,满足了陆面同化系统对数据快速存取、可视化分析以及多源数据管理的要求。
　　3、系统集成框架研究。基于组件式GIS技术、空间数据库技术、C＃和IDL混合编程技术、空间数据处理等方法,根据同化系统研究和应用人员对GIS功能、多源数据入库和子系统集成的需求,实现了基于GIS与遥感一体化平台的土壤湿度同化数据综合分析处理系统的集成。
　　4、将数据处理和分析工具集成到GIS系统环境中,在同一系统中既能完成数据的处理与分析,又能利用GIS强大的空间分析,满足同化系统对数据的处理与分析的需求,实现了土壤湿度同化结果影响因子、时空规律分析以及验证和评价。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 陆面数据同化研究进展

1.3 GIS开发技术及其在气象中的应用研究

1.3.1 GIS开发技术

1.3.2 GIS在气象中的应用

1.4 研究内容与论文框架

第二章 土壤湿度同化数据综合分析处理系统开发技术

2.1 NET开发平台

2.2 数据库技术

2.2.1 关系数据库与SQL Server

2.2.2 空间数据库与ArcSDE

2.3 GIS与遥感一体化开发技术

2.3.1 ArcGIS Engine技术

2.3.2 IDL可视化技术

2.3.3 GIS与遥感一体化集成

第三章 数据可视化与空间分析

3.1 基于GIS的NetCDF数据表达方式

3.1.1 NetCDF数据模型

3.1.2 气象资料NetCDF模型

3.1.3 NetCDF的GIS可视化表达

3.1.4 土壤湿度资料NetCDF构建与GIS应用

3.2 基于GIS的空间统计与分析

3.2.1 站点插值

3.2.2 等值线绘制

3.2.3 栅格数据计算

3.2.4 空间统计

3.2.5 数据重分类

第四章 系统的设计

4.1 系统研制的背景

4.2 系统研制的总体目标

4.3 总体结构设计

4.3.1 系统设计原则

4.3.2 系统组织结构设计

4.3.3 系统内容框架及功能设计

4.3.4 系统分层逻辑模型

4.4 数据库设计

4.4.1 属性数据库

4.4.2 数据资料库

4.4.3 空间数据库

4.5 系统运行的环境

4.5.1 硬件运行环境

4.5.2 软件运行环境

第五章 系统的实现与应用

5.1 数据管理

5.1.1 数据存储

5.1.2 数据访问

5.2 系统主要功能模块与应用

5.2.1 系统主界面

5.2.2 数据属性查询与可视化工具

5.2.3 地表参数处理与分析

5.2.4 观测数据处理与分析

5.2.5 大气强迫数据处理与分析

5.2.6 土壤湿度时空规律特征

5.2.7 土壤湿度影响因子分析

5.2.8 土壤湿度对比验证分析

5.2.9 土壤湿度产品的制作

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 本论文创新

6.3 展望与后续工作

参考文献

致谢

研究生期间学业情况