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基于实时几何流线生成的二维海流数据交互可视化方法 总被引：1，自引：0，他引：1
海流可视化是海洋科学研究的热门领域。目前已有的可视化方法在视觉清晰度、真实度和运行效率等方面存在不足之处。文中提出一种新的基于实时几何流线生成的二维海流数据交互可视化方法。该方法实现了全球海流的时空连续表达,可较好地展现全球海流特征;采用概率的方法控制粒子密度,使全球范围内粒子保持均匀分布的状态;生成的流线清晰且具有较高的可调整性。通过MSLA和SODA两个示例数据集的可视化和性能分析证实了此方案具有很高的实用性和灵活性,可视化结果可以较好地反映全球洋流特征。 相似文献
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根据海水密度场来间接计算深海海流速度的Helland Hansen方法,由于比较简便,至今仍得到广泛的应用。为了将该方法应用于浅海区的海流计算,人们已提出了不少改进方案,但这些方案都没有考虑海底的摩擦效应,因而计算结果往往与实际情况不符。本文提出的浅海海流计算方法,首先把浅海区中已建立的海水密度场往海底以下的虚构水体中外推,然后沿用经典的动力计算方法计算地转流速度,最后进一步考虑海底摩擦效应而计算出浅海密度流的速度。 相似文献
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涡旋核心线是海洋中尺度涡旋结构的重要组成要素,涡旋核心线提取和可视化对于切入中尺度涡三维结构研究、开展海洋物质能量垂直运输分析具有重要意义。本文基于客观参考框架和准则,提出了使用客观化的流场参数得到区域,并提取其山谷线作为涡旋核心线的方法,实现了对海洋三维结构中尺度涡旋核心线的提取和可视化。首先,引入了最优局部参考系,使速度、速度梯度等测度转换为在运动的参考系下保持不变的客观量,提升了在海洋科学实践中的可靠性和实用性。其次,针对含有垂向速度的海洋三维流场数据,计算其空间雅可比矩阵,展示了涡旋核心区域的三维结构,实现了海洋涡旋研究从二维到三维的提升。最后,分别在多个半径大小播撒流线种子点,分析不同旋转方向的涡旋,对已提取的涡旋核心线实验结果进行验证,证明了客观海洋三维涡旋核心线提取方法的有效性及可行性。 相似文献
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为解决海岛环境场三维可视化过程中存在的计算速度慢、渲染效果差和人 机交互不流畅等问题,文章基于WebGL和GPU加速渲染技术,提出基于WebGL的海岛环境场三维可视化方法。对不同环境场进行数学建模,其中矢量场基于二阶欧拉积分算法构建粒子运动模型,标量场基于双线性插值生成网格并建立颜色映射模型;基于视角感知构建多尺度变换模型,建立不同视角下矢量场的多尺度三维展示模型;基于GPU渲染技术,实现海岛环境场的三维可视化。实验结果表明,在GPU模式下,矢量场的渲染速度可达60 FPS,与CPU模式相比性能提升1.6～5.0倍,满足矢量场三维可视化的需求,同时极大地提升标量场的可视化效果,解决渲染效果颗粒感重和分级色差弱等问题。 相似文献
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针对步长固定的传统流线数值积分中造成的计算不精确或无谓计算过多的问题，文献[15]提出了一种自适应步长的海洋流线构造算法，该算法中的自适应步长计算模型可综合考虑局部网格的流速和流向，具有双自由度调整的优点，但也存在着邻近网格流向改变过大造成的追踪不持续、网格内流速过缓造成的迭代死循环等问题，为此本文提出了一种新的自适应步长计算优化模型，优化后的模型在保持原模型优点的基础上，通过限定积分步长的下限取值范围，解决了流线追踪不连续及计算迭代死循环问题，同时通过调整参数μ及δ在模型中的控制范围，使积分步长的适用度更加宽泛，从而提高了算法的计算效率、减少了数据存储量，并避免了流线混叠及锯齿现象，通过大量试验及三维可视效果的对比分析，验证了算法的可行性和有效性。 相似文献
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本文通过对三种国产海流测量仪器试验数据的分析,讨论了海流测量技术中的几个问题,它们是船的升沉和横摇的复合运动对海流计流速测量值的影响;流向测量准确度的几个影响因素;海流测量仪器的比测问题等。最后,就与发展我国海流测量技术有关的几个问题提出了几点建议。 相似文献
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针对源自位场等效源理论和点质量方法的似大地水准面计算模型适用性问题,重点围绕虚拟点质量反演和似大地水准面计算两个解算阶段,分别提出了3种实用化的积分模型改化方法,同时设计了3个阶段改化模型试验检验方案,使用超高阶位EGM2008作为数值模拟标准场,对两个解算阶段不同改化模型的计算效果进行了数值精度检核,并开展了数据观测噪声影响评估检验,得出了一些有参考和实际应用价值的研究结论。在一定条件下,使用改化点质量方法计算似大地水准面可获得1 cm的内符合度。 相似文献
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Hongbo Zheng Qin Shao Jie Chen Yangyang Shan Xujia Qin Ji Ma Xiaogang Xu 《海洋学报(英文版)》2022,41(10):171-180
Texture-based visualization method is a common method in the visualization of vector field data. Aiming at adding color mapping to the texture of ocean vector field and solving the ambiguity of vector direction in texture image, a new color texture enhancement algorithm based on the Line Integral Convolution (LIC) for the vector field data is proposed, which combines the HSV color mapping and cumulative distribution function calculation of vector field data. This algorithm can be summarized as follows: firstly, the vector field data is convoluted twice by line integration to get the gray texture image. Secondly, the method of mapping vector data to each component of the HSV color space is established. And then, the vector field data is mapped into HSV color space and converted from HSV to RGB values to get the color image. Thirdly, the cumulative distribution function of the RGB color components of the gray texture image and the color image is constructed to enhance the gray texture and RGB color values. Finally, both the gray texture image and the color image are fused to get the color texture. The experimental results show that the proposed LIC color texture enhancement algorithm is capable of generating a better display of vector field data. Furthermore, the ambiguity of vector direction in the texture images is solved and the direction information of the vector field is expressed more accurately. 相似文献
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Microwave remote sensing is one of the most useful methods for observing the ocean parameters. The Doppler frequency or interferometric phase of the radar echoes can be used for an ocean surface current speed retrieval,which is widely used in spaceborne and airborne radars. While the effect of the ocean currents and waves is interactional. It is impossible to retrieve the ocean surface current speed from Doppler frequency shift directly. In order to study the relationship between the ocean surface current speed and the Doppler frequency shift, a numerical ocean surface Doppler spectrum model is established and validated with a reference. The input parameters of ocean Doppler spectrum include an ocean wave elevation model, a directional distribution function, and wind speed and direction. The suitable ocean wave elevation spectrum and the directional distribution function are selected by comparing the ocean Doppler spectrum in C band with an empirical geophysical model function(CDOP). What is more, the error sensitivities of ocean surface current speed to the wind speed and direction are analyzed. All these simulations are in Ku band. The simulation results show that the ocean surface current speed error is sensitive to the wind speed and direction errors. With VV polarization, the ocean surface current speed error is about 0.15 m/s when the wind speed error is 2 m/s, and the ocean surface current speed error is smaller than 0.3 m/s when the wind direction error is within 20° in the cross wind direction. 相似文献
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风通过影响海洋表面从而产生200 Hz以上的深海环境噪声，但有研究指出，通过风生表面波之间的非线性相互作用产生的驻波，能够与海床共振构成海底微震，从而产生10 Hz以下的噪声。针对这一新型风生噪声机制，本研究对威克岛海域10 Hz以下的极低频噪声进行了分析。比较了不同频率下海洋环境噪声功率谱级与风速的相关性，并讨论了风速和风向对设立在威克岛南北部二组水听器三联体信号的影响，结果表明2 Hz处的海洋环境噪声级与风速相关性最好，而风速和风向变化越剧烈海洋环境极低频噪声与风速风向的相关性越好。 相似文献
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合成孔径雷达(SAR)海面场景原始数据仿真是研究海洋动力参数(表面波浪、风矢量和洋流)的有效工具。目前海面场景原始数据仿真方法已经基于逆Omega-K算法实现了海洋运动参数的空间变化。但是目前仅仅讨论了正侧视情况下的海面场景仿真,应用范围有限,同时没有考虑Stokes漂流以及Bragg相速度的影响,而这两者都是存在于真实海面的。通常情况下为了反演得到海面流场的二维速度矢量,雷达需要从两个不同的方位方向观察海面的同一个区域,因此这就需要考虑大斜视的雷达波束,同时Stokes漂流和Bragg相速度是SAR海表面流场观测不容忽视的两种运动。本文在不改变原有正侧视逆Omega-K算法的情况下,通过增加重新计算零方位时刻的斜视波束中心位置坐标,并据此确定SAR原始数据在多普勒域的位置来将其扩展到大斜侧视逆Omega-K算法,并通过时域Stokes漂流公式到频域内离散化Stokes漂流公式的推导来加入Stokes漂流,以及根据Bragg散射机制加入了Bragg相速度。仿真结果表明,经过聚焦成像后的SAR图像很好的体现了真实海面波浪场的形状,同时能够很好地反演出设定的雷达径向流场速度,且流速精度误差控制在6%以内。最后也证明了Bragg相速度以及Stokes漂流对于海面流场的影响不可忽视。 相似文献
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基于Longuest-Higgins(1963)非线性海浪模型,在有限水深且存在均匀背景流的条件下,根据Song(2006)给出的波面位移二阶表达式,采用Combi海浪频谱计算了海表面定点波面位移时间序列和波面位移概率统计分布。分析了波面位移统计分布随风速、水深、反波龄和均匀背景流的变化特征和规律以及不同海况条件下二阶非线性项对波面位移统计分布的影响。结果表明:二阶非线性项使波面位移分布偏离正态分布,二阶非线性作用受风速、水深、反波龄和均匀背景流的影响。风速增大、水深降低、反波龄减小或者均匀背景流和风速传播方向相反均使波面位移二阶非线性项的作用加强,无因次波面位移概率密度分布的偏度和峰度随之增大,反之则二阶非线性项作用减弱。当均匀背景流和风速相同时,虽然使非线性项的作用减弱,但平均波面位移反而比静止水平面降低。当均匀背景流和风速相反时,虽然使非线性作用增强,但平均波面位移反而趋于静止水平面。得到如下结论:二阶非线性项对于波面位移有显著影响,数值模拟波面位移需要增加二阶非线性项。通过以上研究,提高了数值模拟波面位移的准确性,而波面位移是海浪最基本的特征量,从而增强了海浪模拟和预报的准确性,对海洋工程、海–气相互作用、上层海洋动力学等具有重要意义。 相似文献
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声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是对海洋内波监测的有效手段,但受到仪器本身和复杂的海洋环境噪声等影响,走航式ADCP记录的海流数据存在大量噪声,且混有流速异常值。为了进一步提高海洋内孤立波的提取精度与准确性,本文针对走航式ADCP海流数据特点引入IGG3方法的权函数因子,设计了一种抗差Vondrak滤波器,并与快速傅里叶变换、小波分析和滑动平均3种传统滤波方法进行对比,以验证抗差Vondrak滤波方法的有效性与优越性。研究结果表明,抗差Vondrak滤波方法不仅可以有效地滤除流速噪声,还可以自适应剔除海流观测数据中的异常值,由其提取出的内孤立波准确且各层水平流速清晰。因此,与传统滤波方法相比,抗差Vondrak滤波方法在内孤立波提取方面具有一定的优越性。 相似文献
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浪向代表着海浪传播方向，它是海上交通安全以及海岸资源管理的重要海洋环境参数之一。本文针对X波段测波雷达对海杂波的连续成像，提出了一种基于光流法的海浪传播方向反演新方法。该方法利用X波段测波雷达接收的海面回波图像序列直接进行光流运动估计，将得到的每个像素点的运动矢量进行加权平均，最后得到实际的海浪传播方向。与传统基于频域的X波段测波雷达浪向反演方法相比，本文提出的方法直接从时域来进行回波信号处理，无需提前得到调制传递函数以及精确的海流，减少了由于海流估算的不准确以及调制传递函数选取的误差而给雷达浪向反演带来的影响。同时，该方法简单高效，占用资源少，将其应用至仿真雷达回波以及现场实测数据来进行浪向反演，反演得到的浪向与仿真设定浪向值以及浮标实时观测浪向结果都有很好的吻合度，变化趋势也完全一致，进而验证了该方法的有效性以及准确性。 相似文献
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中等海况下,星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)已经广泛应用于海洋动力环境要素的监测(风场、波浪、流场)。近年来,SAR高海况遥感,尤其是探测台风海面风场、巨浪、流场已经成为国内外研究热点,并突破了一些关键技术。利用SAR多极化成像模式对海观测和新发展的地球物理模式函数,可以提取高海况下的海面风速、风向、有效波高、流速和流向等海洋表面关键物理参数。这些环境要素可以用于海洋灾害监测预警;为海洋和大气数值模式提供准确的初始场和同化源,改进模式预报精度;为研究全球气候变化提供有力的观测依据。 相似文献