面向海量数据的可视化与分析的研究及应用

摘要

近一百年，气候变暖已然成为越来越受瞩目的问题。它导致了一系列的气候问题和气象灾难。为了应对这些问题，科学家们研究地球各圈层的变化规律，模拟气候的演变过程，开发了地球系统模式的科学工具。随着模式研究的日趋深入，其输出的数据分辨率迅速增长，数据规模急剧膨胀。为了有效地处理海量的地学数据，人们开始使用可视化的方法，快速地将抽象数据转换为直观图像。然而，可视化处理过程会丢失数据的细节，有时需要进行精确的定量分析。这时，可视分析就借助数据分析的各种方法，帮助解析数据中隐含的信息。本文的主要工作内容有:
　　1、分析地学数据自组织的特性，根据其分散、多源、异构和海量的特点，设计了由三层模型组成的数据结构及输入输出接口，兼容了多源异构的不同种类数据，实现了海量地学数据的高效存取。
　　2、区分不同的地学数据类型，对单维地学数据采用伪彩色的可视化方法进行处理，并支持地学坐标的标注及颜色表的更改，快速地展现数据特征;对多维地学数据选用平行坐标的可视化方法，应用多种交互方式辅助分析，同时展现多个数据维度间的联系。
　　3、应用可视分析的理念，先通过数据可视化，获得对数据的直观认识，再由用户选取感兴趣的查询变量，并交互地获得查询区域，通过多种数据分析方法，获得精确的分析结果，发现数据中蕴含的规律。
　　4、结合地学数据高效存取、可视化及可视分析的技术，应用到地学领域，开发了可视诊断分析系统VisADE。系统支持多种模式的输出数据，支持可视化及可视分析功能的扩展，可以对海量数据进行快速有效地分析。
　　本文面向海量地学数据，借助可视化快速而直观地呈现数据特点，再应用可视分析的方法定量地分析数据特征，帮助人们快速、准确地解析数据中蕴含的知识。最后，将涉及的技术和方法集成到可视诊断分析系统中，服务于地学日常数据分析。经大量的实践证明，本文所述的方法可以有效地满足海量地学数据的处理需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 地球系统模式

1．1．2 科学计算可视化

1．1．3 可视分析

1．2 本文研究的主要内容

1．3 论文组织结构

第二章 研究现状

2．1 引言

2．2 地学数据

2．2．1 网络通用数据格式

2．2．2 地学数据组织方式

2．2．3 数据分类

2．3 现有可视化方法

2．3．1 单维数据可视化方法

2．3．2 多维数据可视化方法

2．4 可视分析现状

2．5 本章小结

第三章 地学数据可视化研究

3．1 引言

3．2 地学数据处理

3．2．1 地学数据特点

3．2．2 数据结构

3．2．3 地学数据解析

3．2．4 数据接口封装

3．3 单维地学数据可视化

3．3．1 可视化方法选择

3．3．2 伪彩色的可视化方法

3．3．3 地学坐标标注

3．3．4 颜色表

3．3．5 可视化意义

3．4 多维地学数据可视化

3．4．1 可视化方法选择

3．4．2 平行坐标的可视化方法

3．4．3 应用交互处理

3．4．4 可视化意义

3．5 本章小结

第四章 地学数据可视分析研究

4．1 引言

4．2 可视分析介绍

4．3 分析流程

4．4 查询分析方法

4．4．1 均值法

4．4．2 距平法

4．4．3 滑动相关系数法

4．4．4 经验正交分解法

4．5 性能优化

4．5．1 数据预处理

4．5．2 数据索引

4．6 实例说明

4．7 分析意义

4．8 本章小结

第五章 可视诊断分析系统VisADE

5．1 引言

5．2 系统概述

5．2．1 需求概述

5．2．2 系统简介

5．2．3 系统特性

5．2．4 开发环境

5．3 体系结构

5．3．1 图形用户界面

5．3．2 可视化结果显示与交互窗口

5．3．3 元数据管理服务器

5．3．4 可视化计算引擎

5．4 功能扩展

5．4．1 元数据模块

5．4．2 计算引擎模块

5．4．3 视窗模块

5．5 核心设计

5．5．1 地学空间坐标转换

5．5．2 颜色表的实现

5．5．3 交互选取查询区域

5．6 系统意义

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者攻读学位期间的研究成果

作者及导师简介