基于i4Ocean平台的海上溢油动态可视化及应急决策支持系统的研究与设计

摘要

伴随着高速腾飞的世界多元化经济，水上运输作为一种古老的运输方式近年来也重新焕发了蓬勃的生机，海上船舶运输更是被冠之于“世界贸易载体”的美名。但是，伴随着日渐繁荣的海上运输业，巨型油轮及其他运输工具造成的原油泄漏事故也频繁发生，带来了日趋严重的石油污染，极大的破坏了海洋生态环境，同时也带来了巨大的经济损失，一幅幅溢油场景让人触目惊心。近年来发生的几起重大溢油事故，更是引起了人们对溢油造成的石油污染问题的重视，使得溢油成为各个领域研究的热点。如何在溢油事故发生后准确迅速地预报出溢油的漂移扩散动态、使其得到及时的清除，成为了当前科研工作人员亟待解决的问题。
　　目前国内外有很多对海上溢油可视化的相关研究，但这些溢油可视化模型往往倾向于二维，无法真实、形象、生动的展现海上溢油的漂移扩散以及海底溢油喷发的过程。本课题旨在实验室自主研发的虚拟海洋可视化平台（i4Ocean）的基础上建立一个具有高度真实感的海上溢油动态可视化及应急决策支持系统，主要包含以下研究内容：
　　1.综合比较当前几种溢油漂移扩散算法，整合出一个适用于在复杂海洋环境中进行溢油可视化的算法，以此来模拟溢油在不同风场、流场等参数下的漂移扩散过程。
　　2.采用内外存调度算法来解决大规模粒子渲染效率低的问题，同时通过GPU来渲染自定义的特效文件，提高溢油的可视化效果。
　　3.运用i4Ocean渲染引擎，采用粒子系统等关键技术来实现海上溢油的动态可视化以及飞机喷洒化学剂消融海面溢油的过程。
　　4.模拟溢油在发生时的风场、流场等参数作用下的漂移扩散过程，把可视化结果与该海域溢油真实遥感影像进行比对，以此来检验、校对该系统的可视化结果。
　　本文针对以上几方面的研究，建立了一个海上溢油动态可视化及应急决策支持系统，对海上溢油的漂移扩散过程进行了动态可视化，弥补了二维溢油可视化在真实感方面的不足。经过测试表明，该系统能够较为真实的展现海面溢油及海底溢油的扩散过程，渲染效率较高，能够满足交互性和实时性的各项要求。本文的研究为溢油事故提供一个全新的解决方案，同时也可以作为向公众宣传介绍溢油事故的一个窗口，向公众普及溢油知识。并为类似海上漂浮物的可视化提供了技术可行性，具有较大的意义。

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1．绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3课题研究的内容与意义

1.4论文章节组成

2. 溢油可视化系统架构及关键技术

2.1 溢油可视化系统架构设计

2.2 关键技术介绍

3. 海上溢油漂移算法研究

3.1海上溢油归宿研究

3.2 溢油运动算法研究

3.3海上溢油算法推导

4．溢油动态可视化及应急决策支持系统实现

4.1溢油动态可视化模块

4.2溢油应急决策支持系统模块

4.3溢油可视化结果验证

4.4溢油可视化及应急决策支持系统测试与分析

5．总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果