相比传统空间信息系统主要处理物理空间的点线面体矢量数据与相关的属性数据,新一代空间信息系统处理的数据具有典型的多模态特征。多模态时空数据充分刻画了人机物三元空间中“大到宇宙,小到尘埃”的多粒度时空对象从诞生到消亡全生命周期中的位置、几何、行为以及语义关联关系等全息特征信息,对其进行描述、诊断和预测等多层次可视分析成为感知、认知与控制人机物三元世界的重要途径。对多模态时空数据综合分析与协同可视化决策在于:人-机-物三元空间多模态时空数据全面汇聚、关联分析和深度利用,通过可视化分析完成对城市异常的智能预警、关键问题的智慧决策、重大事件的协同处置。多模态时空数据的海量、高维、动态等特征决定了其可视化应用中多样化可视化任务交织且高并发,场景内容及可视化表征高度动态变化,需高效协同可视化系统的存储、计算与绘制资源。虽然时空大数据的可视化现已开展了较多研究,但在面对高并发多层次多模态时空数据可视化任务时,仍存在固定化的场景可视化表征与时空探索分析中未知的分析结果的灵活呈现需求相脱离,面向高并发I/O与高性能绘制可视化机制,难以满足高并发多样化可视化任务需求、高性能计算环境和多样化客户端环境缺乏有效协同等问题,难以有效地支撑新一代空间信息系统和时空大数据可视化应用需求。针对上述问题,本文在虚拟化和云计算等技术的支持下,拟研究任务感知的多模态时空数据自适应可视化方法,重点研究多层次多模态时空数据可视化任务模型分类与构建、任务驱动的多粒度存算绘资源协同调度方法、任务感知的多模态时空数据自适应可视化引擎的设计与构建等关键技术与方法,实现按需高效的高并发的多层次可视化。本文的主要研究工作如下:(1)针对传统时空数据可视化方法只面向单一的时空场景高性能展示任务,无法满足多样化可视化应用需求的问题,基于人类时空认知的基本需求,依据多模态可视化应用目的(展示、分析与探索)、可视化驱动力(数据驱动、模型驱动与交互驱动)以及可视化任务内容(实时绘制、并行计算与场景交互)之间的关联关系,从多模态时空数据、分析计算模型、人机交互和绘制四个维度进行描述,研究建立包含展示性、分析性以及探索性的多模态时空数据多层次可视化任务模型,在多层次可视化任务需求与可视化资源分配调度之间建立层次化语义映射关系,为协同调度存储、计算与绘制资源以及可视化场景动态构建供理论依据。(2)针对传统以数据为中心的时空数据可视化调度机制难以满足多层次多样化可视化任务高并发的难题,研究提出多层次可视化任务驱动的多粒度存算绘资源协同的工作流与服务链优化调度方法,将存储、计算以及绘制资源服务化为多粒度存算绘服务,设计面向多层次可视化任务的可视化工作流,研究基于工作流和多粒度存算绘服务的多层次可视化服务链构建方法,通过建立多粒度存算绘服务质量评价模型,动态优化可视化服务链,形成以任务为中心的自适应可视化数据调度机制,突破传统以数据为中心的时空数据可视化调度机制,实现不同层次可视化分析应用的快速响应。(3)基于上述研究成果,研发了任务感知的多模态时空数据自适应可视化引擎原型系统,将多模态时空数据组织存储、数据分析计算与空间信息可视化通过GIS微服务架构进行松散耦合,引擎根据不同层次可视化应用任务,自适应的调度和组合多粒度数据与分析服务,满足不同层次高并发可视化应用需求;同时该引擎提供多粒度服务的快速部署与维护,按需自动分配服务正常运行所需的存储、计算与网络资源,根据任务并发情况自动横向伸缩,保证多粒度存算绘服务的高可用性。最后面向智慧城市建设需求,分别以城市宏观态势格局关系描述、溃坝洪水时空过程动态模拟分析可视化以及微观室内火灾逃生方案探索3个典型案例进行验证分析。试验结果表明:本文提出的方法能够有效地提供多层级多专业人员在城市概览、规划、运营、维护以及应急灾害响应等全生命周期的多层次可视化应用。