基于张量的气候模式时空场数据组织管理与分析研究
发布时间：2019-10-02 08:15
【摘要】：随着地理空间观测数据的积累,地球环境、气象和社会等领域监测分析能力的增强,地理信息系统和计算机技术的发展,形成了海量的时空场数据。气候模式通过对气候系统进行数学表达建模,借助巨型计算机对气候系统涉及的复杂演变过程进行定量的、长时间的、大数据量的运算。气候模式运行产生的时空场数据,具有海量性、多维性、复杂性和面向分析等特点,管理和分析上述数据已成为现有信息系统的重要瓶颈,并成为学术界研究的热点问题。张量是高维数据最自然的表现形式,可以保持数据的原始结构,同时张量可用于进行多变量、多坐标系统对象的统一表达,因此对于解决气候模式运行产生的多地理要素的多维时空场数据组织存储与管理问题是一种很好的手段。本文基于张量与张量分解数学理论,构建基于张量的多维时空场数据表达模型和数据压缩模型,并定义基于该数据模型的数据结构和文件存储方案;构建基于张量数据模型的时空场数据检索策略和多尺度分析方法。在此基础上以地球气候模式运行结果数据为例,以vmmlib和Eigen矩阵库作为数据运算引擎,融合VTK( Visualization Toolkit)可视化引擎,构建基于张量的气候模式时空场数据组织管理与可视化系统,从而实现了对时空场数据的压缩存储、维度透视以及动态分析等数据管理与可视化表达框架。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)基于张量的时空场数据模型与存储结构。根据气候模式数据不同的组织管理与分析需求,构建时空场数据模型;基于张量构建原始张量时空场数据模型;基于张量Tucker分解和层次分解构建时空场数据压缩模型和文件存储方案。定义了时空场张量数据结构,实现了模式数据的文件存储。(2)基于张量数据模型的时空场数据检索与分析。在张量Tucker分解和层次分解构建时空场数据模型的基础上,以张量分解数学理论为基础,通过对时空场数据分解结果进行检索和采样,实现了对基于张量的时空场压缩数据模型的检索和多尺度分析,基于张量层次分解实现对时空场数据的压缩存储与动态追加。(3)构建基于张量的时空场数据管理与可视化系统,实现时空场数据的压缩存储、维度透视、动态分析以及数据的多维可视化表达,并用气候模式时空场数据进行案例验证与分析。本文基于张量数学理论,构建时空场张量数据模型与组织存储,实现对气候模式模拟产生的地学时空场数据的压缩存储、时空检索、多尺度分析及动态追加,对于解决地学时空场数据爆炸式增长和从海量数据中信息挖掘具有一定的参考意义。
【图文】：
图１．１研究技术路线图逡逑１．３．３论文组织逡逑本文基于张量数学理论，构建基于张量的时空场数据模型与组织存储方案，逡逑实现对气候模式模拟产生的地学时空场数据的压缩存储、时空检索、多尺度分以及动态追加。基于全球气候模式时空场数据和ＷＲＦ模式飓风模拟数据，构基于张量的气候模式时空场数据组织管理与可视化系统，并进行相关分析。逡逑本文论文组织结构如下：逡逑第１章：绪论。本章分析了气候模式的研宄背景以及研宄意义，总结国内关于时空场数据的组织管理与可视化研究现状。对张量理论研[傁肿唇凶芙崮桑允笨粘∈菘墒踊凶芙峁槟桑樯鼙疚闹饕绣衬谌莺图际趼废摺ｅ义系冢舱拢夯谡帕康钠蚰Ｊ绞笨粘∈葑橹娲ⅰ１菊卵绣沉似蚰Ｊ狡涫笨粘∈莸奶氐愫驼帕糠纸獾幕±砺郏徊⒃诖嘶∩涎绣沉嘶谡帕康暮蚰Ｊ绞笨粘∈葑橹ɑ谠颊帕康氖葑橹⒒谡帕浚裕酰悖耄澹蚍郑稿义，
本文编号：2544836
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图１．１研究技术路线图逡逑１．３．３论文组织逡逑本文基于张量数学理论，构建基于张量的时空场数据模型与组织存储方案，逡逑实现对气候模式模拟产生的地学时空场数据的压缩存储、时空检索、多尺度分以及动态追加。基于全球气候模式时空场数据和ＷＲＦ模式飓风模拟数据，构基于张量的气候模式时空场数据组织管理与可视化系统，并进行相关分析。逡逑本文论文组织结构如下：逡逑第１章：绪论。本章分析了气候模式的研宄背景以及研宄意义，总结国内关于时空场数据的组织管理与可视化研究现状。对张量理论研[傁肿唇凶芙崮桑允笨粘∈菘墒踊凶芙峁槟桑樯鼙疚闹饕绣衬谌莺图际趼废摺ｅ义系冢舱拢夯谡帕康钠蚰Ｊ绞笨粘∈葑橹娲ⅰ１菊卵绣沉似蚰Ｊ狡涫笨粘∈莸奶氐愫驼帕糠纸獾幕±砺郏徊⒃诖嘶∩涎绣沉嘶谡帕康暮蚰Ｊ绞笨粘∈葑橹ɑ谠颊帕康氖葑橹⒒谡帕浚裕酰悖耄澹蚍郑稿义，
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