基于海洋要素场的涡旋过程数据建模与可视化

The proposal is focused on identifying and representing oceanic eddies' spatiotemporal evolution processes in database, based on the latest research of space-time modeling in GIS and automated eddy identification and tracking in physical oceanography. The database will be served as the foundation for spatiotemporal analysis, data mining, and dynamic visualization of eddies' evolution processes. The main research contents have four parts: (1) develop an automated method for identifying and tracking mesoscale eddies from SST, SLA and current maps ; (2) explicitly represent the dynamic changes among the evolution processes by extending the identity-based change model according to eddies' inconstant evolution characteristics,such as:continuously rapid change ,events happening frequencyly(splitting and merging ,missing and reappearing);(3) design a well-organized data model for representing and storing the spatial and attribute information about eddies' evolution processes and change events; and (4) develop a prototype GIS to facilitate efficient query and insightful visualization of these dynamic eddies and their evolution details.

从海洋涡旋时空过程演化入手，基于GIS时空数据模型最新成果，开展海洋连续时空过程的建模与可视化表达研究，为过程内部演化的时空分析与挖掘奠定数据基础。主要内容：（1）基于以往研究成果，开展基于SST、SSHA、流速场等海洋要素场内蕴的海洋中尺度涡旋时空过程的自动识别与追踪方法研究；（2）针对海洋时空过程的快速动态、变化复杂等特点，基于Hornsby（2000）提出经典Identity-Based Change Model（IBC）基础上，扩展海洋过程中分裂与合并等复杂变化事件的语义表达；（3）面向过程的海洋涡旋时空数据建模与表达框架研究，着重于刻画过程内部的精细演化，过程中发生的分裂与合并等事件；并基于该模型进行时空过程数据库组织与存储及面向应用需求的演化轨迹、演化历程的可视化表达研究；（4）基于上述模型及可视化表达方法，开展软件原型系统研发，为快速连续变化的海洋涡旋过程建模提供技术支持。

“基于海洋要素场的涡旋过程数据建模及可视化”项目从海洋涡旋时空过程演化入手，基于GIS时空数据模型最新成果，拟开展海洋连续时空过程的建模与可视化表达研究，为过程内部演化的时空分析与挖掘奠定数据基础。预设的主要内容：（1）开展基于SST、SSHA、流速场等海洋要素场内蕴的海洋中尺度涡旋时空过程的自动识别与追踪方法研究；（2）针对海洋时空过程的快速动态、变化复杂等特点，基于Hornsby（2000）提出经典Identity-Based Change Model（IBC）基础上，扩展海洋过程中分裂与合并等复杂变化事件的语义表达；（3）面向过程的海洋涡旋时空数据建模与表达框架研究，着重于刻画过程内部的精细演化，过程中发生的分裂与合并等事件；并基于该模型进行时空过程数据库组织与存储及面向应用需求的演化轨迹、演化历程的可视化表达研究；（4）基于上述模型及可视化表达方法，开展软件原型系统研发，为快速连续变化的海洋涡旋过程建模提供技术支持。.经过四年研究，针对内容（1）实现了海洋涡旋的混合检测（Hybrid Detection）自动识别和一种基于全局最邻近滤波的涡旋追踪方法；针对内容（2）在IBC模型的基础上，提出了过程对象组合结构的变化语义表达模型，进而可以有效表达海洋过程的分裂、合并、消隐和重现等复杂的变化语义；针对内容（3）在组合结构变化语义模型基础上，实现了场景-过程-状态的多层次时空演化模型，并采用上述的涡旋识别、追踪、数据模型开展了中国南海区1992-2012年的海洋涡旋过程数据库的构建与可视化表达。针对研究内容（4）在涡旋过程数据库之上采用轨迹挖掘、社区网络挖掘和区域划分方法进行了中国南海区涡旋移动时空模式及区域特征的研究及可视化工作，并集成了各种计算方法与模型，完成了海洋涡旋识别、追踪、入库和可视化挖掘的软件原型系统。项目共发表论文14篇，其中期刊论文11篇，会议论文3篇。申请方法专利2项，都已处于公开阶段。