基于WebGIS的多样化终端洪水时空过程模拟与可视化

摘要

洪水是我国最为严重和频发的自然灾害之一，进行洪水时空过程模拟与可视化分析对防洪减灾具有重要意义。国内外学者已在洪水演进模拟的数学模型和可视化技术方法上展开了大量研究，并结合GIS技术开发了一些洪水灾害信息系统。但这些系统多为专业的桌面应用，少数Web应用也多以二维地图对洪水灾情进行展现，缺少洪水时空过程动态可视化和跨平台多终端的Web应用。因此，本文以溃坝洪水为例，结合WebGIS、三维可视化、网络数据传输等技术，开展了网络环境下面向多样化终端的洪水时空过程模拟与可视化研究。本文主要研究工作和成果如下:
　　(1)洪水时空过程模拟与分析系统架构设计。设计了服务器和客户端负载相对均衡的B/S系统架构。在服务器端集成了GPU-CA溃坝洪水模型，以提高计算效率。在客户端利用WebGL技术进行虚拟地形环境构建和动态洪水演进可视化。分析了网络通信技术和数据传输策略，设计了网络环境下面向大众、面向专家两种典型应用情景的洪水演进分析方案。
　　(2)面向多样化终端的界面设计和数据优化组织。对多样化终端的特点（硬件性能、操作系统、屏幕大小、人机交互、网络环境）进行了对比分析，针对桌面端和移动端的Web应用设计了不同的用户界面和交互方式，并对溃坝洪水计算结果进行组织和优化，以更好的适应网络环境下的数据传输和浏览器端渲染。
　　(3)研发原型系统并开展案例测试。研发了溃坝洪水演进模拟与分析原型系统，以肖家桥堰塞湖为例，进行了面向多用户终端的洪水时空过程模拟和可视化分析实验。实验结果表明，本文所提出的方案，可有效地支持用户在网络环境下利用多样化终端（台式机、笔记本、智能手机、平板电脑）设备，在虚拟地形环境中进行洪水时空过程演进过程模拟与可视化分析应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 洪水时空过程模拟与可视化相关研究

1．2．2 WebGIS发展及相关技术研究

1．3 研究目标与研究内容

1．4 论文章节安排

第2章 洪水时空过程模拟与分析系统架构设计

2．1 系统总体框架设计

2．2 服务器端溃坝洪水计算模型优化

2．3 Web浏览器端三维场景构建

2．3．1 WebGL技术简介

2．3．2 虚拟地形环境构建

2．3．3 洪水演进过程可视化

2．4 网络数据传输与洪水演进方案设计

2．4．1 网络数据传输技术简介

2．4．2 基于WebSocket的Web实时通信原理

2．4．3 洪水演进过程动态展示方案设计

2．5 本章小结

第3章 面向多样化终端的界面设计与数据组织优化

3．1 用户终端分析

3．2 多样化终端的界面及人机交互设计

3．2．1 桌面浏览器版界面设计及人机交互

3．2．2 移动浏览器版界面设计及人机交互

3．3 多样化终端的数据优化

3．3．1 洪水表面精细三角网构建

3．3．2 三角网模型的多细节层次简化

3．4 本章小结

第4章 原型系统研发与案例测试

4．1 案例区域与原型系统介绍

4．1．1 案例区域简介

4．1．2 原型系统研发

4．2 网络环境下溃坝洪水模拟与可视化分析

4．2．1 模拟结果可视化与分析

4．2．2 展示方案对比与分析

4．3 数据优化结果分析与测试

4．3．1 精细三角网数据分析

4．3．2 多细节层次三角网模型分析

4．3．3 网络数据传输测试

4．3．4 客户端三维渲染性能测试

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 研究局限性与展望

附录

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果