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基于GIS的渤海湾溢油预测系统研究

作　者: 焦俊超
导　师: 杨俊杰
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境规划与管理
关键词: Fortran GIS 溢油预测 Google Earth
分类号: X834
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

海上溢油是指在海上石油开采和运输过程中,由于自然因素或人为因素造成的大量石油倾入海洋的事故。在全球性的海洋石油开采和海上石油运输迅速发展的同时,海上溢油污染事故也急剧增加。就仅在2010年前三个季度,就发生了举世震惊的墨西哥湾钻井平台爆炸、新加坡海峡溢油和我国大连湾溢油事件,它们都造成了巨大的经济损失和难以估量的生态灾难。一再发生的溢油事故严重威胁着海洋生态环境,并对社会、经济等产生长远的影响。海上溢油轨迹的分析和预测是溢油事故处理和决策的基础与依据,为了最大限度的降低溢油事故带来的损失,对溢油的动态变化做出科学的预测是十分必要的。以渤海湾为研究对象,根据FVCOM模型和MM5模式来模拟流场和风场,在充分考虑溢油环境的动力过程和非动力过程的基础上,使用油粒子概念来模拟溢油的运动轨迹和扩散面积等属性,在Fortran语言平台上建立动态溢油模型并生成动态链接库(Dynamic Link Library,DLL)文件。溢油模型不仅能够预测溢油轨迹和面积随时间的变化趋势,还能定量描述溢油在海水中浓度、溶解度、蒸发、粘度、密度等的变化。发达国家早已利用GIS技术来发展溢油预测系统,通过GIS系统来模拟和再现溢油过程。GIS是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术。组件式GIS(ComGIS)是面向对象技术和组件技术在GIS软件开发中的应用,它把GIS分成不同的功能模块,并可嵌入其它模型以拓展GIS应用。本研究即是在Visual Studio.net语言环境下基于ArcEngine控件进行组件式GIS开发,根据Visual Studio.net与Fortran之间的调用约定匹配和数值传递的原则嵌入动态溢油模型的DLL,实现GIS系统和溢油模型的集成,开发出渤海湾溢油预测系统。通过设计用户友好型界面实现人机交互功能,进而操作Fortran溢油模型,而在整个系统运行过程中,Fortran应用程序均在后台计算,形成一个可操作性强、界面友好的溢油预测系统。用户无需专业的Fortran和GIS知识,只需按提示输入溢油事故参数,DLL就自行运算并生成溢油事故预测文件。系统读取流场和风场文件后即可对溢油运动轨迹和扩散面积进行动态模拟,得到溢油轨迹预测结果文件以及浓度、溶解度、蒸发等随时间的变化文件,并可将轨迹转成KML格式文件,通过Google Earth来显示,为溢油应急治理提供辅助决策。经过实例验证,该系统能较准确的对海上溢油进行动态预测,有进一步推广的潜力。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-17
  1.1 研究背景和意义  11-14
    1.1.1 溢油的概念和产生原因  11-12
    1.1.2 主要溢油事故及其危害  12-14
  1.2 溢油预测模型的提出与发展  14-15
  1.3 GIS 在溢油预测中的应用现状  15
  1.4 本文的主要研究内容和技术路线  15-17
    1.4.1 主要研究内容与解决的关键问题  15-17
    1.4.2 溢油预测系统的开发技术路线  17
2 动态溢油预测模型的建立  17-19
3 GIS 部分的设计与开发  19-37
  3.1 GIS 简要概述  19-21
    3.1.1 GIS 的基本定义和主要功能介绍  19-20
    3.1.2 GIS 的发展现状和应用领域  20-21
  3.2 GIS 二次开发  21-24
    3.2.1 GIS 二次开发的概念及其主要方法  21-23
    3.2.2 GIS 二次开发环境和主要组件  23-24
  3.3 系统开发平台的选择  24-25
  3.4 第三方控件的使用  25-27
    3.4.1 DevComponents.DotNetBar 的调用  25-26
    3.4.2 TeeChart 的调用  26-27
  3.5 系统主界面的设计  27-28
  3.6 数据处理、格式转换和数据库建设  28-33
    3.6.1 数据处理  29-30
    3.6.2 坐标转换  30-32
    3.6.3 数据库建设  32-33
  3.7 GIS 显示技术  33-37
    3.7.1 矢量格式轨迹的生成  33-34
    3.7.2 动态图层的研究  34-37
4 GIS 与溢油模型的集成  37-42
  4.1 GIS 与环境模型集成的研究  37-39
    4.1.1 GIS 与环境模型集成的必要性  37-38
    4.1.2 GIS 模型的构建方式及GIS 与环境模型集成方式  38-39
  4.2 Visual Studio.net 语言和Fortran 语言的结合研究  39-42
    4.2.1 Fortran 语言和Visual Studio.net 语言的特点  39-40
    4.2.2 通过DLL 实现混合编程  40-41
    4.2.3 动态溢油模型的DLL 以及接口  41-42
5 渤海湾溢油预测系统功能的实现  42-67
  5.1 GIS 基本功能  42-53
    5.1.1 海图的加载、保存、输出、打印  42-44
    5.1.2 浏览功能  44-47
    5.1.3 数据管理功能  47-49
    5.1.4 空间数据查询和海图量算  49-52
    5.1.5 标注、选择、屏幕录像功能  52-53
  5.2 溢油预测功能  53-56
  5.3 溢油预测结果显示  56-61
  5.4 系统与Google Earth 的结合  61-66
    5.4.1 Google Earth 简要介绍  61-64
    5.4.2 Google Earth API 开发  64-66
  5.5 溢油实例验证  66-67
6 总结与展望  67-70
  6.1 总结  67-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  75

基于GIS的渤海湾溢油预测系统研究

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