專利名稱：一種海流矢量場的遠程可視化方法
技術領域：
本發(fā)明屬于海洋地理信息系統(tǒng)(MGIS)中數(shù)據(jù)模型可視化研究領域，涉及到ー種通過互聯(lián)網(wǎng)遠程獲取海流要素場數(shù)據(jù)，并實時生成海流矢量場可視化的方法。
背景技術：
地理信息系統(tǒng)(GIS)在陸地范圍上的研究和應用已經(jīng)日臻完善，數(shù)字地球的提出和發(fā)展將GIS的應用提升到新的高度。然而，由于海洋現(xiàn)象的復雜性和多祥性，使得GIS在海洋環(huán)境中的研究及應用目前還是偏少。隨著海洋觀測技術的飛速發(fā)展，海洋科研和工作人員獲取的海洋數(shù)據(jù)資料也正以幾何級數(shù)形式增長。如果能夠利用GIS技術來處理海洋數(shù)據(jù)，提取其中的有用信息，并通過對海洋信息的分析、綜合、歸納、演繹及科學抽象等方法，掲示并再認識海洋現(xiàn)象及其構造特征，將會極大地促進和提高海洋地理信息系統(tǒng)(MGIS)的研究與應用水平。將GIS技術應用于海洋，首要的問題是海洋數(shù)據(jù)的基本表達，也就是海洋GIS數(shù)據(jù)的可視化顯示問題。為了能夠真實、動態(tài)的表達各類海洋現(xiàn)象，必須對海洋空間數(shù)據(jù)進行可視化顯示。但是海洋現(xiàn)象具有與陸地現(xiàn)象不同的特殊性質，比如海洋現(xiàn)象存在于流動的水體當中，在時空分布方面結構復雜、動態(tài)多變，加之水體要素之間的相關性大、邊界模糊、結構特征不直觀等原因，使得GIS技術在海洋中的應用還存在著特殊的困難。為了能夠用GIS技術處理海洋數(shù)據(jù)，目前在MGIS中一般采用“場”的形式表達各類海洋現(xiàn)象，如海水溫度、海水鹽度等海洋要素形成的場常用標量場表達。但是另ー類海洋現(xiàn)象(如浪、潮、海流等)的動態(tài)特征使海洋工作者不得不考慮水體運移規(guī)律的表達問題，即矢量場表達問題。海洋矢量場不同于幾何地理空間數(shù)據(jù)，一方面它與空間位置相關，另一方面它又具有數(shù)值和方向特征，使得它可以獨立于幾何地理空間對象而存在，因此不能像幾何地理空間數(shù)據(jù)那樣直接對其進行幾何圖像的可視化顯示，必須采用有效的算法對這類海洋矢量場數(shù)據(jù)進行可視化。海洋矢量場是海洋科學中的核心研究對象，也是海洋中最主要的動態(tài)變化的要素場。由于海洋矢量場數(shù)據(jù)的分布性、動態(tài)性、異構性及抽象性，傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)共享方式無法滿足用戶對海洋環(huán)境信息實時動態(tài)可視化共享的要求。為了實現(xiàn)多源、異構海洋矢量場數(shù)據(jù)共享并實時可視化，本發(fā)明以海流矢量場為突破ロ，給出了海流矢量場的ー種GIS可視化表達方法，實現(xiàn)了在多源、異構、分布式環(huán)境下海流矢量場的GIS網(wǎng)絡遠程實時可視化。

發(fā)明內容
本發(fā)明是在對海流矢量場深入研究的基礎上，借鑒當前流行的Web Service技術，采用客戶端與服務器端協(xié)同操作的模式，實現(xiàn)了將遠程服務器上的海流數(shù)據(jù)在客戶端的可視化表達，其具有服務器端海流數(shù)據(jù)預處理、客戶端請求并接收服務器端海流數(shù)據(jù)、海流數(shù)據(jù)映射處理、海流矢量場繪制等環(huán)節(jié)。本發(fā)明提出的ー種海流矢量場的遠程可視化方法，具體步驟如下(I)服務器端海流數(shù)據(jù)預處理環(huán)節(jié)是將服務端海流數(shù)據(jù)的格式轉化成客戶端需要的數(shù)據(jù)組織方式。由于海流數(shù)據(jù)的來源多種多樣，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，因此必須將不同來源的海流數(shù)據(jù)轉化成客戶端需要的格式，從而達到屏蔽多源數(shù)據(jù)的異構性，以利于客戶端對海流數(shù)據(jù)的處理和顯示。(2)客戶端請求并接收服務器端海流數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)是客戶端向遠程服務器端發(fā)出數(shù)據(jù)請求，服務器端在接收到客戶端請求后發(fā)送數(shù)據(jù)，然后客戶端接收服務器端響應的數(shù)據(jù)這一過程。(3)海流數(shù)據(jù)映射處理環(huán)節(jié)是將客戶端獲取到的海流數(shù)據(jù)映射成為便于顯示的幾何數(shù)據(jù)，以便在客戶端進行可視化表達。由于海流矢量場數(shù)據(jù)是抽象型數(shù)據(jù)，沒有辦法對其直接可視化，因此，在進行顯示之前必須對海流數(shù)據(jù)做映射處理。(4)海流矢量場繪制環(huán)節(jié)是在經(jīng)過第(3)環(huán)節(jié)映射計算處理后，將抽象的海流數(shù)據(jù)以矢量箭頭這種圖形方式進行繪制，從而完成海流矢量場的可視化。由于海流數(shù)據(jù)的海量性和時效性，導致海流數(shù)據(jù)更新頻繁，相應地為實時海流數(shù)據(jù)一一創(chuàng)建服務的傳統(tǒng)靜態(tài)地圖服務方法已經(jīng)不能滿足服務隨時更新的要求，本發(fā)明在網(wǎng)絡環(huán)境下進行海流數(shù)據(jù)的管理、海流數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡發(fā)布及海流數(shù)據(jù)的遠程可視化，改善了傳統(tǒng)的海流數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)ー的問題，實現(xiàn)了在服務器端海流數(shù)據(jù)服務的動態(tài)創(chuàng)建和海流數(shù)據(jù)的最廣泛共享，提高了海流數(shù)據(jù)的使用效率，更加方便了海洋工作者對海流數(shù)據(jù)的準確、及時的快捷訪問，對海洋科研者掌握海流的運動規(guī)律、研究水團的形成、環(huán)流結構及其變化等都具有極其重要的指導意義。


圖I是本方法的方框示意圖；圖2是海流數(shù)據(jù)存儲結構的示意圖；圖3是海流可視化邏輯流程示意圖；圖4是海流矢量箭頭各點坐標計算示意圖；圖5是海流矢量場示意圖。
具體實施例方式為了更好地實現(xiàn)上述發(fā)明目的，下面將結合圖I的方框圖對本發(fā)明中的各個步驟做進ー步描述在步驟I中，記錄海流矢量場數(shù)據(jù)時，傳統(tǒng)的方法是將海流流速(包括大小和流向)用其分量U、V表示井分別存儲在兩個數(shù)據(jù)文件中，顯然這種方法在進行海流矢量場分析時不能直觀地得到海流的結構。為此，本發(fā)明采用如圖2所示的數(shù)據(jù)結構存儲海流矢量場數(shù)據(jù)。通過記錄海流在某點的X坐標、y坐標來標示其空間坐標位置，用在該點的海流的流速和方向及時間記錄海流的屬性。多源海流數(shù)據(jù)文件經(jīng)過數(shù)據(jù)格式的轉換處理后，就可以上傳并存儲在服務器端。
在步驟2中，客戶端的計算機通過Internet連接到網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)服務器端，獲取海流矢量場數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務器端按照Web Service接ロ，提供數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的組織方式既可以是文件方式，又可以是數(shù)據(jù)庫方式。在本發(fā)明中，提供矢量場數(shù)據(jù)的服務也可以是同一組織內部不同應用程序之間的A2A(Application-to-Application)方式的整合,這ー過程通過Intranet完成,如圖3所示。在步驟3中，在對客戶端從遠程服務器上獲取到的海流數(shù)據(jù)做映射處理吋，映射的方法有很多種，主要有基于幾何形狀的矢量場映射方法、基于紋理生成的矢量場映射方法和基于光學特性的矢量場映射方法。本發(fā)明選擇比較簡單的基于幾何形狀的點圖標法，用矢量箭頭表示海流的方向，其長度表示海流的大小。對于海流數(shù)據(jù)的空間位置由每條記錄的X坐標、y坐標來獲得,矢量箭頭的長短和方向則由姆條記錄的海流速度和方向來決定。這樣，通過計算便可以得到表示海流矢量箭頭上的各個點的坐標。在步驟4中，在經(jīng)過步驟3的計算求得海流矢量箭頭上的各個點的坐標后，本發(fā)明采用圖形圖層方式進行管理，將同一時間的海流矢量場數(shù)據(jù)繪制在同一個數(shù)據(jù)圖層中。采用這種方式對通過網(wǎng)絡獲得的遠程服務器端的數(shù)據(jù)進行可視化，就不用再創(chuàng)建磁盤文件，系統(tǒng)維護簡單。 下面將結合附圖4 5對海流矢量場的遠程可視化表達方法的具體實施方式
中的各個步驟予以詳細闡述。首先，需要將服務器端不同來源的海流數(shù)據(jù)預處理成客戶端需要的數(shù)據(jù)組織方式，即(X坐標，y坐標，速度，方向角)的存儲結構。為了將存儲在兩個不同數(shù)據(jù)文件中的海流流速分量u、v轉換成單條記錄的數(shù)據(jù)結構表達海流，必須對其做轉換計算。這里，用L表示海流矢量的大小(速度)，用0表示海流矢量的方向，其計算公式如下所示。轉換完成后，就可以將多源海流數(shù)據(jù)文件按照(X坐標，y坐標，速度，方位角)的統(tǒng)一存儲結構布置到服務器端。
權利要求
1.ー種海流矢量場的遠程可視化方法，其特征在于經(jīng)過服務器端多源海流數(shù)據(jù)預處理后，客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)遠程獲取到服務器端海流數(shù)據(jù)，并對獲取到的海流數(shù)據(jù)做映射計算處理，最后以矢量箭頭的形式繪制海流矢量場，實現(xiàn)海流矢量場的遠程可視化，具體步驟如下 (1)將多源海流數(shù)據(jù)按照(X坐標，y坐標，速度，方位角)的統(tǒng)一存儲結構以文件的形式或數(shù)據(jù)庫方式存放在數(shù)據(jù)服務器上； (2)數(shù)據(jù)服務器按照WebService接ロ，以服務的形式發(fā)布海流數(shù)據(jù)，然后客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)向數(shù)據(jù)服務器端發(fā)送請求并接收數(shù)據(jù)服務器端發(fā)送的海流數(shù)據(jù)； (3)客戶端以矢量箭頭形式表達從遠程服務器端獲取到的海流數(shù)據(jù)，并按照計算公式計算矢量箭頭上各點的坐標； (4)客戶端采用圖層方式進行管理，將同一時間的海流矢量場數(shù)據(jù)繪制在同一個數(shù)據(jù)圖層中，以便于海流數(shù)據(jù)的分層管理與顯示。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種海流矢量場的遠程可視化方法，其特征在于服務器端采用Web Service技術動態(tài)創(chuàng)建海流數(shù)據(jù)服務，隨時更新海流數(shù)據(jù)，有利于海洋工作者快捷方便地訪問海流數(shù)據(jù)并可視化瀏覽。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種海流矢量場的遠程可視化方法，其特征在于客戶端通過網(wǎng)絡獲取到序列時間段的海流數(shù)據(jù)集，并將同一時間的海流數(shù)據(jù)以矢量箭頭形式繪制在同一圖層中，從而實現(xiàn)動態(tài)顯示海流在一年中不同時期的變化過程，使海洋工作者清晰觀測到海流的年變化情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海流矢量場的遠程可視化方法，通過互聯(lián)網(wǎng)遠程獲取海流要素場數(shù)據(jù)，并實時生成海流矢量場，實現(xiàn)了在多源、異構、分布式環(huán)境下海流矢量場的網(wǎng)絡遠程實時可視化。本發(fā)明步驟是首先服務器端海流數(shù)據(jù)預處理，接著客戶端請求并接收服務器端海流數(shù)據(jù)，然后客戶端對獲取到的海流數(shù)據(jù)做映射計算處理，最后在客戶端以矢量箭頭形式繪制海流矢量場。本發(fā)明對海洋工作者研究海流流向及其動態(tài)演變過程具有重要的指導意義。
文檔編號G06F17/30GK102646116SQ201210038090
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月17日
發(fā)明者吳文周, 周成虎, 武芳, 蘇奮振 申請人:中國科學院地理科學與資源研究所