基于GIS的雷电监测预警业务平台研究与开发

摘要

地理信息系统(GIS)是一种综合处理和分析地理空间数据的技术,而与GIS相结合的雷电监测预警技术正在成为防雷专业中一个的新研究方向。但是,雷电气象数据十分庞杂,监测预警方法不成熟,无法形成专业化服务,迫切需要结合气象数据综合统计分析方法,提供一种可视化、形象化、业务化的雷电分析方法,为雷电监测预警提供科学依据。
　　而数据融合也是一门跨学科的综合信息处理理论,它可以将具有时空特征和属性特征的气象资料,分别提取出时间信息、空间信息、属性信息、共享信息等。因此,综合运用GIS和信息融合技术,使这些气象资料能够整合到一个平台中,将可以更加全面、综合地进行雷电监测预警研究。
　　本文基于江苏省气象科研开放基金项目—江苏省雷电监测预警业务平台建设项目,研究和开发一套可以供全省各级气象部门使用的综合雷电业务平台,参考GIS相关理论和气象数据处理方法,调查雷电监测预警平台的研究现状,深入分析基于GIS的气象系统的关键技术,研究出适用于雷电监测预警系统的设计思想和关键技术。
　　本文着重研究了海量GIS图元加载方法、闪电观测资料融合方法以及改进DBSCAN数据挖掘算法在闪电预报中的应用等技术,并给出相应的算例验证与比较,得出该方法在闪电监测预警方面的实用性很强。该系统将江苏全省的闪电实时监测、闪电资料处理、大气电场仪及雷暴日资料处理、雷灾资料收集、雷电监测产品制作、防雷技术服务、防雷产品和防雷公司的统计与查询等功能集于一体,是一个可共享使用的综合雷电业务平台,可实现人机交互的产品制作、发布及雷电信息的全省共享,可使雷电服务产品制作更具便捷性和实时性,为决策者提供直观的雷电实时信息和灾情预报等辅助决策信息。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

1.1 课题研究背景

1.2 雷电监测预警国内外应用现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 GIS与气象数据的融合应用

1.4 主要研究内容

1.5 论文的组织

第二章 雷电监测预警业务平台技术基础理论

2.1 GIS概述

2.2 地理空间数据与管理

2.2.1 基础GIS空间数据

2.2.2 雷电监测气象数据

2.3 基于ArcGIS Engine的组件式开发技术

2.3.1 二次开发

2.3.2 组件式开发

2.4 雷电数据处理方法

2.4.1 气象数据特征

2.4.2 数据融合技术

2.5 本章小结

第三章 雷电监测预警业务平台设计

3.1 系统总体设计

3.1.1 设计目标

3.1.2 系统逻辑结构

3.1.3 系统功能结构

3.2 雷电数据库设计

3.2.1 数据库设计原则

3.2.2 空间数据库

3.2.3 数据库设计

3.2.4 数据库安全

3.3 雷电监测预警业务平台的主要模块设计

3.3.1 系统配置子模块

3.3.2 GIS操作子模块

3.3.3 闪电定位子模块

3.3.4 闪电资料查询模块

3.3.5 雷电临近预报子模块

3.4 系统组网方案设计

3.5 本章小结

第四章 雷电监测预警的关键技术研究与实现

4.1 闪电实时数据获取与显示

4.1.1 GIS地图及图元加载

4.1.2 实时闪电监测

4.1.3 历史现象模拟

4.2 雷电观测资料的处理与分析

4.2.1 闪电定位数据分析

4.2.2 大气电场数据分析

4.2.3 栅格影像资料融合

4.3 基于空间划分的统计分析

4.3.1 雷电数据空间查询与分析

4.3.2 年雷暴日分析

4.3.3 年闪电密度分析

4.5 基于DBSCAN数据挖掘的雷电预警方法

4.5.1 闪电观测数据特征分析

4.5.2 闪电空间聚类分析

4.5.3 实验及结果分析

4.5.4 算法性能比较

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

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