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近年来,随着科学研究和野外科学实验的持续开展,科学数据的产出正成倍增长,数据共享平台在科学数据的管理和服务方面发挥着重要的作用,成为数据与用户之间的桥梁。而网络技术的发展,使得更多的应用向Web迁移,数据共享平台也逐步发展为B/S体系结构,以便为更广泛的用户提供数据服务。现阶段,用户通过Web浏览器访问数据共享平台,在下载数据特别是离线申请得到数据之前往往无法直观的看到数据的可视化展示,这无疑会极大的降低用户体验,还可能导致用户花费时间甚至财力获取的数据无法使用,这在一定程度上降低了数据共享服务平台的服务质量。伴随着计算机软硬件技术的提高,可视化技术也逐渐为人们所重视,并且在社会、经济等领域取得了令人瞩目的成就,数据可视化从理论、技术到应用都达到了相对成熟的阶段。研究在数据共享平台中实现基于Web的科学数据可视化是非常必要且完全可行的。
本文以黑河流域E-Science生态水文数据共享平台为基础,探索在其搜索、查询数据等基本功能的基础上,实现基于Web的科学数据可视化功能拓展。首先我们对此数据共享平台中的数据进行调查、分析,结合经验,从数据存储格式和处理方式入手,对数据进行归类,大致将数据分为矢量数据、栅格数据、自动气象站数据、通量数据、普通文档数据、图片数据六个类别。然后结合归类后各类数据的特点选择对应的可视化方法和工具,最终选定了开源的MapServer地图服务器作为矢量和栅格数据的可视化工具;选择免费的优秀Web图表工具Amcharts作为自动气象站观测数据和通量数据的可视化工具;使用开源的OpenOffice/unoconv和SWFTools作为普通文档数据的处理展示工具;同时SWFTools也是图片数据的处理工具。在完成数据归类和选定可视化工具后,以数据可视化功能模块为核心,设计完成了黑河流域E-Science生态-水文数据共享平台数据可视化系统,在实现单体数据可视化功能的基础上,进一步实现了数据集的可视化,从两个层次上完成可视化目标。
对比其他数据共享平台只是针对特定的少数几类数据实施可视化的情况,本研究的最大创新点在于,尝试对数据共享平台中的大多数数据实现基于Web的科学数据可视化。在实际操作中,对于具有可视化意义和方便可视化展示的数据要统筹考虑进可视化系统;而对于意义很小、数据量较少且实现起来特别复杂的数据类型则进行搁置,暂不考虑。区别于一般的数据可视化方式,本研究中的数据均不是为了可视化而提前制备好的数据,而是根据用户的选择,系统按照特定流程自动化实时处理数据并在Web上可视化。研究中使用MapServer渲染矢量数据和栅格数据的过程也是实时进行,系统使用了GDAL和OGR,待用户选定数据后,调用这两个工具之一进行数据信息的实时提取并通过MapServer在Web页面展示,这是对WebGIS技术的一种灵活应用。本研究将Amcharts这一优秀的Web图表工具应用于系统,取得了较好的效果,Amcharts在国内的文献中还基本没有涉及,本研究对此优秀工具的介绍和推广具有一定的积极作用。自动气象站观测数据和通量数据的获取与处理,花费了大量的财力和人力,Amcharts在数据共享平台中的使用,使两种数据通过更好的可视化形式展示在用户面前,让用户能更好的了解数据,有利于数据发挥出更多的科研价值。
论文共分五章进行组织,第一章主要介绍研究背景和意义以及主要研究内容,同时对数据可视化的研究概况、B/S结构和数据共享做简单的说明;第二章首先对数据可视化的内容和一般步骤进行分析,研究得知数据分析与可视化方法工具的选择是可视化的关键,然后对数据共享平台中的数据做大致的介绍,按照可视化流程将存储于黑河流域E-Science生态-水文数据共享平台中的数据进行分析、归类,并研究选择每一类数据的可视化工具,之后对工具做针对性的介绍说明。第三章介绍了可视化系统的开发平台、开发语言,然后区分了单体数据和数据集之间的关系,以可视化模块为核心,设计了基于Web的科学数据可视化系统的总体结构;第四章对基于Web的科学数据可视化系统的实施过程、各类别数据的可视化及数据集的可视化实现结果作出说明;第五章是结论与展望,对论文的主要实现内容和一些创新点进行归纳,指出论文中的一些不足,并展望进一步的工作。