地理观测数据时空可视化方法研究-计算机科学与技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘 要 利用可视化和可视分析技术提高传统科学领域的研究效率，拓展传统科学领 域的研究范畴，挖掘传统科学数据中潜在的与人们日常生产、生活密切相关的信 息的价值，已经成为该领域的一项重要的研究内容，而科学观测数据可视化是其 中一项具体的技术。虽然存在很多经典的方法和应用案例，但这些工作依然在(1) 数据分析能力、(2)多维度的表达能力、(3)通用性和可扩展性、(4)认知效果，和 (5)方法评估等方面存在不足。针对这些不足，提出了一系列具有较强通用性和 可扩展性的观测数据可视化方法，具体贡献如下： 1. 提出了一个包含三个视图的固定式台站观测数据可视化框架。其中的主 视图可以同时展示时间、空间和属性三方面的高层特征，以此帮助用户快速地选 择具有特定特征的子集供后续深入研究使用。其他两个视图作为补充，分别基于 三角形隐喻和散点降维实现了时间序列分析和异常检测等具体的分析功能。方法 集成了三种交互操作，包括：在不同视图中高亮显示关联信息、调整地图的显示 范围和交互地生成极坐标 Focus+Context 模型下的鱼眼视图。方法具有很好的通 用性和可扩展性，不仅可以在一张精简的视图中显示任意时空范围的任意数量的 台站观测数据，还可用于分析经济、医疗等不同领域的地理信息相关的统计数据。 2. 针对提出的台站观测数据可视化方法，完成了气象、海洋、环保、交通 和经济等多个领域数据集的案例研究和基于眼动仪的可用性试验。通过设定兴趣 区域，以及分析视线在各个兴趣区域间的迁移和多个浏览指标，定量地评估了该 方法。试验结果不仅证明了该方法的有效性，也为下一步在更多领域数据集中广 泛地应用该方法提供了重要的参考。此外，本文还设计了一套基于通用数据模型 的科学观测数据集成可视化平台。该平台提供了多种基础观测数据可视化组件， 并为访问各类观测数据提供了统一接口。 3. 提出了一种基于 Google Earth 和视点选择算法的三维移动观测数据化框 架。框架包含一个工作流、两种可视化方法和三类视点生成算法。其中工作流提 出了一种基于 KML 和 Google Earth 开展移动观测数据可视化的方案。基于传统 的“轨迹墙”方法，本文设计了两类分别适合展示单轨迹和多轨迹的可视化方法。 为了提高理解效果并解决 3D 可视化的技术缺陷，本文还提出了三类适合观察细 节、全局和动态变化的视点并给出了其生成算法。可视化和视点使用 KML 描述。 分析人员可以按照生成的视点的浏览视角快速地观察可视化，并利用 Google Earth 中的分析工具和卫星影像包含的背景信息，有效地完成各类分析任务。 关键词：时空可视化，科学观测数据，轨迹数据，视点选择，三维信息可视化， Google Earth I II ABSTRACT Using information visualization or visual analytics to perform traditional scientific research has become a common practice, which can expand scientific research scope and mine the potential data values that closely related to peoples daily activities. Information visualization of scientific observation data becomes a necessity for advancing scientific discovery and improving the quality of life. Although many classical techniques and applica