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三维虚拟草原中生态信息管理技术研究

作　者: 王瑞永
导　师: 袁清
学　校: 中国农业科学院
专　业: 草业科学
关键词: 草原生态系统信息管理锡林郭勒三维可视化地理信息系统
分类号: S812.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着草原生态价值的日益凸显和人们对草原认识的逐步提高,对草原资源与生态信息的现代化管理已成为草业科学的一个重要研究方向,也是草原资源持续利用、维持草原生态平衡的迫切需求。目前,关于草原资源和生态信息的数字化管理仍是基于二维电子表或二维电子图,相关的数字化信息系统也大多基于二维平台。但随着信息技术的飞速发展,对高水平信息管理的需求在日益增加。已往基于二维平面的草原信息管理技术和手段已经不能满足生产和管理的实际需求。人们越来越需要在三维可视化平台上实现草原资源和生态信息的科学管理、查询、分析甚至辅助决策。然而,真正适用于草原资源现代化管理的三维虚拟草原生态信息系统尚未建立。其重要原因之一是由于尚存在一些技术难题还没有得到有效解决。由于草原生态系统具有多元属性(坐标、地形、植被、土壤、气候、牧草、动物、微生物等)的特点,通过现有技术在计算机上所建立的三维虚拟环境下,不便于嵌入复杂而多样的生态信息。因此,在三维虚拟草原地形空间中如何合理组织和有效管理复杂而多元的草原资源、生态信息及地理空间信息便成为亟待解决的关键技术之一。本项研究以锡林郭勒盟为研究示范区,综合运用草原生态学原理、3D-GIS技术、遥感技术、数据库技术及软件技术等现代相关技术,探讨多元空间信息和属性信息的组织方法,摸索多元生态信息与三维虚拟地形模型的关联技术,得出相应的多元生态信息有效管理机制。该项研究通过对草原生态信息的筛选、数据集成、软件模块(坐标转换、信息查询、结果输出等模块)的设计和开发等一系列研究手段,成功地将研究区草原生态系统的八类相关信息进行叠加,并嵌入了三维虚拟草原地形模型,使三维空间中任一点都与八类信息关联,实现了方便、快捷的从空间到多元属性的信息查询。用鼠标可以立即获得研究区内任一点的地理坐标、大地坐标、草地类型、土壤类型、年均降水量、年均气温、主要草种、居民点、行政区以及县级行政边界等多项重要信息。解决了多元草原生态信息及地理空间信息与三维空间有效关联的难题。研究结果表明:数据组织方式合理,占用存储空间小;数据集成方案得当,信息查询正确、迅速;软件设计科学,多元信息管理模块不影响三维地形在放大、缩小、漫游时流畅渲染,运行稳定、效率高,图层叠加精度高。该项技术不仅为我国三维虚拟草原生态系统的建立奠定了技术基础,为草资源现代化信息管理提供技术支持,同时对我国数字草原建设具有重要意义。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章引言  13-21
  1.1 研究背景  13-15
    1.1.1 数字地球与数字草原  13-14
    1.1.2 草原信息化管理的发展趋势  14
    1.1.3 草原信息化管理存在的问题  14-15
  1.2 研究目的和意义  15-16
    1.2.1 研究目的  15-16
    1.2.2 研究意义  16
  1.3 3D-GIS研究现状  16-21
    1.3.1 3D-GIS概述  17
    1.3.2 3D-GIS开发平台  17-18
    1.3.3 3D-GIS的研究应用现状  18-19
    1.3.4 具有三维功能的GIS软件  19-21
第二章研究区域概况  21-27
  2.1 自然条件  21-26
    2.1.1 地理位置  21
    2.1.2 地形地貌  21-23
    2.1.3 气候特征  23
    2.1.4 植被特征  23-24
    2.1.5 土壤特征  24-25
    2.1.6 水文状况  25-26
  2.2 社会经济状况  26-27
第三章相关理论技术及研究平台  27-38
  3.1 相关理论技术及概念  27-32
    3.1.1 草原生态学理论  27
    3.1.2 遥感技术  27-28
    3.1.3 GIS技术  28-29
    3.1.4 OpenGL技术  29-30
    3.1.5 三维可视化技术  30-32
  3.2 研究平台及基础条件  32-38
    3.2.1 平台选择  32-33
    3.2.2 环境框架搭建  33
    3.2.3 已有平台基础与技术  33-38
第四章研究内容与方法  38-52
  4.1 研究内容  38-42
    4.1.1 生态信息筛选  38
    4.1.2 数据收集  38-39
    4.1.3 数据组织管理  39-40
    4.1.4 软件模块设计与开发  40-41
    4.1.5 技术路线  41-42
  4.2 研究方法  42-52
    4.2.1 生态信息指标确定  42
    4.2.2 数据规范化处理  42-46
    4.2.3 数据的组织管理  46-47
    4.2.4 三维空间与多元信息关联  47-50
    4.2.5 软件实现  50-52
第五章研究结果及结论  52-58
  5.1 研究结果  52-55
    5.1.1 三维虚拟草原信息系统框架的建立  52-53
    5.1.2 三维空间模型与生态信息关联  53
    5.1.3 生态信息快速查询  53-55
  5.2 结果分析  55-57
    5.2.1 技术特点分析  55-57
    5.2.2 存在问题与不足  57
  5.3 结论  57-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
作者简历  64

三维虚拟草原中生态信息管理技术研究

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