震前异常增温数据处理及可视化研究

摘要

异常增温是多数中强地震的重要前兆,获取震前异常增温信息可以辅助研究和预测地震。目前获取增温信息的方式,大多是从NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析资料中提取二维温度异常图像,再分析增温信息。由于温度是以“场”的形式存在于大气空间中,从二维图像上获取的增温信息,只能反映出温度场的局部增温情况,对异常温度场的整体增温信息体现的不够明显,这种以二维可视化技术展现三维空间的方式存在一定的弊端。
　　为弥补从二维层面获取信息的不足,本文根据现有的可视化技术特点,结合了震区异常温度场的可视化需求,对震区异常温度场进行了三维可视化,以获得更全面的增温信息。论文的主要工作如下:
　　(1)采用直接体绘制技术展现震区异常温度场。针对从二维层面获取增温信息,不能全面地展示温度场整体增温情况的局限性,采用直接体绘制技术对震区异常温度场进行三维可视化,直接呈现温度场的内部结构及整体信息,提供对温度场的全局预览。
　　(2)提出三种插值算法重建震区异常温度场。由于直接体绘制需要能体现温度场连续性的体数据,而NCEP资料的数据精度还达不到体绘制要求,为此本文提出了三种体数据重建算法,分别是双维度插值法、三维整体插值法和基于等温线形状匹配插值法,来重建异常温度场。
　　(3)设计并实现异常温度场可视化原型系统。系统根据三种插值算法,并利用VTK(Visualization Toolkit)体绘制管线,完成了从NCEP原始数据到异常温度场体绘制结果图像的一整套数据处理及可视化流程。
　　实验结果表明,本文所提三种插值算法都能重建出震区异常温度场体数据,利用直接体绘制的可视化方法可行有效,相对于传统方式具有优越性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 震前异常增温现象的研究

1．2．2 直接体绘制技术的应用

1．2．3 三维插值技术的研究

1．3 论文研究的主要内容及结构安排

第二章 数据处理及可视化方法

2．1 NCEP资料介绍

2．2 典型插值方法

2．2．1 拉格朗日插值法

2．2．2 双三次插值法

2．2．3 反距离权重插值法

2．3 大气温度场可视化方法

2．3．1 截面可视化

2．3．2 间接体绘制

2．3．3 直接体绘制

2．4 本章小结

第三章 震区异常温度场插值算法

3．1 双维度插值算法

3．1．1 竖直方向拉格朗日插值

3．1．2 水平方向双三次插值

3．2 三维整体插值法

3．3 基于等温线形状匹配插值法

3．3．1 追踪法求等温线

3．3．2 等温线形状匹配

3．3．3 构建温度场体数据

3．4 本章小结

第四章 基于VTK的震区异常温度场体绘制方法

4．1 VTK概述

4．2 VTK可视化管线

4．2．1 可视化管线的构成

4．2．2 可视化管线的要素

4．2．3 可视化管线的控制机制

4．3 震区异常温度场体绘制流程

4．3．1 VTK体绘制流程

4．3．2 NCEP异常温度场体绘制方法

4．4 本章小结

第五章 原型系统设计与实现

5．1 需求分析及系统架构设计

5．1．1 需求分析

5．1．2 系统架构

5．2 系统功能模块设计

5．2．1 数据处理模块详细设计

5．2．2 可视化模块详细设计

5．2．3 界面模块详细设计

5．3 系统运行实例及结果分析

5．3．1 震区异常温度场体绘制结果

5．3．2 可视化结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果