海洋标量场网络动态可视化
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发布时间：2022-04-25 00:03
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时间：2023-10-16 12:28
5.3.2.1 海洋标量场网络动态可视化需求
由于海洋数据具有空间分布和时空过程的特点，用户进行标量场可视化时，需要的数据要从不同位置的服务器上获取，根据不同的可视化目的，用户需要以下几种可视化类型。
5.3.2.1.1 同一时间，不同来源、不同区域的海洋标量场数据快速可视化
我国海洋面积广阔，要获得整个海域的数据，需要很多部门的配合，因此要进行整个海域范围内的标量场数据可视化表达，要从不同地点的服务器获得同一时间，相应区域的数据，然后将这些数据叠加拼接后进行整个海洋范围的可视化，这就需要将各个海洋单位发布的数据进行 “一站式”的集成，使用户可以进行可视化数据的选择，用选择的各个区域的数据组成整个海域的图像来表达海洋某个要素的空间分布情况。
5.3.2.1.2 同一区域，不同时间、不同来源海洋标量场数据时空过程快速可视化
海洋数据具有时空过程特性，需要对某一区域的海洋标量数据进行时空过程的可视化表达，来表现海洋现象的时空变化规律，这一区域的数据可能分布在不同的服务器上，每个服务器上的数据具有不同的时间范围，在进行这一区域的时空过程可视化时就需要把从这些地理位置不同的数据服务器获取不同时间范围的数据，来组成用户需要的时间范围的数据，进行此区域时空过程的可视化。这些不同位置的数据服务需要通过网格环境进行组织、管理和调度，以方便数据的获取。
5.3.2.1.3 相同时间范围，不同区域、不同来源的海洋标量场时空过程快速可视化
为了对不同区域的相同时间范围内海洋标量场数据进行时空过程的对比分析，分别需要获得不同区域相同时间范围内的数据，这些数据分别来自不同单位发布的数据服务，用户要从数据注册网站查找这些范围的数据，在系统中分别选择符合需要的时空过程可视化方法进行数据的可视化表达，然后对两个区域的可视化过程进行对比，获得两个区域时空过程的差别。
5.3.2.1.4 利用不同来源的数据进行海洋模型分析数据的可视化
在海洋数据使用中，用户非常关注的一个需求就是能利用网络上的海洋分析模型和自己的海洋数据进行数据分析，这些海洋模型使用海洋专题应用系统发布在网络上，供用户使用，由于用户需要使用自己的数据，需要将这些数据上传到海洋专题应用服务器进行数据处理，数据处理后的结果需要可视化的表达给用户，以观察用户数据的特征。如: 在海洋专题应用服务器中可能发布了海洋表面温度的等值线生成模型，用户需要根据自己拥有的海洋表面温度数据生成等值线，这样用户就需要把数据上传到服务器，然后通过服务器的分析，产生可视化的等温线结果，并可以将这一结果从服务器上下载。
5.3.2.2 海洋标量场信息网络动态可视化实现方法
在通过 WebGIS 发布地理信息时，一般只是提供一些地图漫游、查询等基本的 GIS 功能，满足用户实际的空间分析需求，但由于海洋数据具有时空过程特性，因此海洋数据的网络可视化表达就不能只是单纯地进行数据的查询和地图的浏览，重点应该表现海洋数据的时空变化过程，使用户可以借助这些时空变化过程发现海洋现象的规律，根据前人在海洋时空过程可视化表达中应用的方法，对研究对象在欧几里德空间中的不同维数来进行分类: 零维的点、一维的线、二维的面，并结合海洋时空过程特点，应用点过程、线过程、面过程概念进行海洋标量场数据时空过程的可视化表达，为用户提供海洋标量场信息服务。
5.3.2.2.1 点过程可视化
点过程可视化是针对空间中的点对象，表现某一固定点位上的海洋要素值随时间变化的动态过程，以过程曲线形式表示，以时间维作为横坐标，海洋要素值为纵坐标。
由于采用网格环境组织数据，所以选择的时间过程的数据可能来源于分布在不同地点的数据源，这些分布式的数据服务器将请求的数据返回给海洋专题应用服务器，进行组织来表达海洋现象的点过程。
点过程可视化功能实现的流程如图 5.10 所示: 用户先通过网格服务管理中心查询加载海洋标量场数据服务，并选择时空过程可视化的时间范围，然后向海洋专题应用服务器发送点过程请求，海洋专题应用服务器向数据服务器发送数据请求，根据用户请求的时间范围对各图层求出该点的数据，由于是对栅格数据进行操作，所以这里的查询更加的复杂，需要开发一个标准的 Web 服务配合 ArcGIS Server 的数据服务向海洋专题应用服务器提供数据，获得的数据返回给海洋专题应用服务器，由点过程服务功能来组织这些返回的数据进行点过程的可视化表达。
5.3.2.2.2 线过程可视化
线过程可视化是以线状目标为研究对象，在此画的线相当于在海洋中的一条测量路径，一般沿着海洋现象的变化轨迹进行测量，所表现的是一条线上各点的物理值随着时间的变化而变化的过程。线过程表示方法是用横坐标表示线上点的位置，用纵坐标表示物理值的大小，每条线表示一段时间内海洋现象的线形轨迹上测量值的变化。
线过程可视化的流程和点过程类似，返回的数据为多条曲线，每条曲线代表一个时间的曲线上标量场数据值的变化，线过程可视化的数据获取是求出与线相交的栅格的属性值，如图 5.11 所示。
图 5.10 点过程可视化流程
图 5.11 线过程数据获取
5.3.2.2.3 面过程可视化
面过程可视化以面状目标为研究对象，用不同的颜色相应表示面上各点的物理值，那么每一时刻该面上都有一个状态与之对应，将这些按时间序列由物理属性数据生成的图像通过应用程序处理后产生动画。这样便可以动态的表现面状目标上物理值随着时间的变化过程。
在网络环境下，进行面过程的可视化，有两种方法: 一种是通过客户端选择的时间和空间范围，向服务器端发送数据请求，得到数据后，通过网络图像组件可以将得到的各时间的图像数据组成 GIF 动画文件返回给客户端，达到海洋标量场面过程可视化的目的; 另一种方法是根据客户端选择的时间或空间范围，向服务器端发送数据请求，然后将所有图片放入客户端的缓存当中，通过客户端的 JS 函数进行循环播放，来实现面过程的可视化。由于第二种方法不需要在服务器端进行 GIF 图片生成，并且数据处于客户端缓冲当中，可以加快数据的显示速度，所以本研究采用第二种方法进行面过程的可视化，这样将分布在网格环境中的服务器端的图像数据发送到客户端经过客户端的组织进行循环可视更加的简单，而且能保证速度。面过程的显示非常直观，人们可以很容易的通过面过程的显示重现该面上的物理值变化过程，并从中可以发现一些规律。
面过程可视化的流程与点过程的流程大体相似，获取的数据为各个时间的海洋标量场图像数据，通过 URL 返回给客户端。
