基于Web的地理可视化分析系统的研究与设计.pdfVIP

基于Web的地理可视化分析系统的研究与设计 何锡玉 张权姚好海 江玮 (海军海洋水文气象中心，北京．100161) 摘要 气候研究涉及海量时空数据集，其产生和存储在分布式计算资源中。科学家们需要一个直观且方便的 工具去研宄分布式时空数据。地理可视化分析工具可直观且方便的访问气候资料、探索各种气候参数之间 的关系及交流研究成果。但是。在分布式环境中对复杂气候资料进行地理可视化分析面临一些挑战：本文 对基于Web的地理可视化分析系统的研究与设计做一些探讨，阐述该系统具有以下功能；(I)互联网上海 量数据集管理；(2)时空数据的2D／3D可视化；(3)气候研宄中各种时空统计分析；(4)交互式数据分析 和知识发现。此外，本文也为管理、分发、分析大数据提供参考。 关键词：地理可视化：数据分析：气候研究：时空数据 l引言 近年来，科学家们为更好地了解大气．海洋．冰川环境、长期气候变化以及气候变化和人 类社会的相互影响，共同协作开发了大量的气候模式，这些模式运行产生了大量的时空数据 uJ。利用气候资料的各种分析已被纳入政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告‘21。此 外，气候变化问题日益显著，随着越来越多的开源气候研究的出现，公众开始以不同的方式 参与气候研究。例如，通过climateprediction．net倡议，一些人捐助个人计算资源以运行气 候模式[3,41。 气候模式产生的数据是在时间和空间上对气候环境的模拟值。一般来说，这些数据具有 如下特征： (1)时空数据包括数百的气候变量以描述大气、海洋、低温层和地面的复杂组成【51。 (2)变量具有不同的空间维度，从一维到多维。 (3)数据信息包括不同的尺度，从全球到区域。 (4)气候模式产生的数据具有不同的时间分辨率，从逐日到逐年。气候分析通常基于基本 时间单位的数据平均值16J。 (5)气候模式通常以不同的输入参数组合多次运行。 由于气候资料的这些复杂特征，气候模式运行将产生海量(PB级)时空数据。图1所 示，为NASA Goddard空间研究中心ModelE模式数据量。如此大量的数据通常保存在分布 式存储媒体中。用户可以在互联网上访问数据，在网页环境中执行数据可视化和分析更加方 便。因此，网页环境中可视化和分析大时空数据将成为气候研究者的一大挑战。 传统的数值和统计方法常用来分析气候资料，分析结果作为数值资料。但是，面对大量 的文本和数值资料的时空信息，传统的方法难以满足这些信息的可视化和分析‘71。在这种情 况下，信息可视化产品如图形图像等可帮助研究人员更好地理解信息内容。在地理空间科学 中，地理可视化(如地图)己被证明是迅速理解复杂地理空间资料的有效途径。地理可视化 分析学集成空间分析方法和地理可视化能够更加有力的揭示地理空间资料的潜在特征[7,81。 鉴于此，可以使用地理可视化分析学分析气候资料。 但是，在实际气候研究中使用地理可视化分析工具面临一些问题：(1)大量时空数据集 的有效存储、管理及大量计算资源；(2)现有气候研究的统计方法和有效的地理可视化解决 方案间的差距；(3)气候资料多元统计分析的交互操作；(4)互联网上交互式的地理可视化 分析等。解决这些问题是科学与技术的双重挑战。本文中，阐述了基于Web的地理可视化 分析系统在气候资料分析中的研究与设计的相关情况。利用基于Web的系统，用户可以通 过网络交互式的可视化和分析气候资料。 一2 |羹 2一 。●一ZOOv目6 l 一 —_-ZBOygalB -K--50Yen +10years l ．．I．S