適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方法。包括如下步驟：1）讀取海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度，將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WebMercator投影坐標(biāo)；2）將數(shù)據(jù)深度層根據(jù)并行機(jī)器的核數(shù)切分為n份，設(shè)計(jì)MATLAB并行策略；3）設(shè)置地圖分級(jí)數(shù)；4）根據(jù)當(dāng)前地圖級(jí)別插值，利用MATLAB繪圖指令并行生成分級(jí)切片文件；5）完成當(dāng)前地圖級(jí)別所有參數(shù)的繪制；6）將切片文件采用LOD方式組織，完成所有級(jí)別所有參數(shù)的繪制；7）等待所有并行計(jì)算機(jī)處理完畢，生成元數(shù)據(jù)。本發(fā)明在海洋環(huán)境科學(xué)的信息化研究領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。該方法利用并行計(jì)算技術(shù)，保障海洋環(huán)境預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)快速處理，縮短瓦片地圖服務(wù)發(fā)布周期。
【專利說(shuō)明】適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海洋環(huán)境預(yù)報(bào)信息化領(lǐng)域。尤其涉及一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋 環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著海洋漁業(yè)、濱海旅游業(yè)、海洋交通運(yùn)輸業(yè)、海洋油氣業(yè)等海洋相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展，海洋產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)越來(lái)越大。由《2012年中國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，2012 年全國(guó)海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)50087億元，相比2011年增長(zhǎng)7. 9 %，生產(chǎn)總值占⑶P的9. 6 %。 同時(shí)，中國(guó)又是世界上遭受海洋災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，平均每年由于風(fēng)暴潮、海冰、 海霧、颶風(fēng)等各種海洋災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)100億元，嚴(yán)重威脅了沿海省市的可 持續(xù)發(fā)展。因此，海洋環(huán)境預(yù)報(bào)對(duì)于沿海人民生命財(cái)產(chǎn)保護(hù)、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展 等意義重大。
[0003] 海洋環(huán)境預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、數(shù)據(jù)量龐大等特點(diǎn)，采用常規(guī)的數(shù)據(jù) 處理方法無(wú)法及時(shí)地生成產(chǎn)品，缺乏實(shí)時(shí)性的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品達(dá)不到很好的預(yù)報(bào)效果，甚至 延遲了災(zāi)難的預(yù)警。因此，面對(duì)海量的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速高效處理是 海洋環(huán)境預(yù)報(bào)信息化領(lǐng)域的一個(gè)亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。
[0004] Matlab提供了大量高效的數(shù)值計(jì)算模塊和豐富的數(shù)據(jù)顯示功能，便于用戶進(jìn)行 科學(xué)建模仿真和快速算法研究?？茖W(xué)計(jì)算通常需要很長(zhǎng)的時(shí)間去處理數(shù)據(jù)密集型的運(yùn)算， Matlab的并行計(jì)算式編程可以大大減少程序計(jì)算時(shí)間，提高程序性能。由Matlab推出 的Parallel Computing Toolbox是一個(gè)基于MPI標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)出來(lái)的并行計(jì)算工具箱。利用 Parallel Computing Toolbox可以使用多核處理器、GPU和計(jì)算機(jī)集群來(lái)解決計(jì)算問(wèn)題和 數(shù)據(jù)密集型問(wèn)題。利用MATLAB并行計(jì)算技術(shù)，可以提高海洋環(huán)境預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理速度，縮短 瓦片地圖服務(wù)發(fā)布周期，保障海洋環(huán)境預(yù)報(bào)較好的實(shí)時(shí)性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境 預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方法。
[0006] 一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方法包括如下步驟：
[0007] 1)讀取海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)，提取元數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度，并將WGS84坐標(biāo)下 的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為Web Mercator投影坐標(biāo)下的經(jīng)緯度；
[0008] 2)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品具有多個(gè)深度層，將每個(gè)深度層根據(jù)并行機(jī)器的核數(shù)切分為 η份數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)MATLAB并行策略；
[0009] 3)根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置地圖分級(jí)數(shù)；
[0010] 4)將步驟2)切分得到的數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)前地圖級(jí)別插值，利用MATLAB繪圖指令并行 生成分級(jí)切片文件；
[0011] 5)重復(fù)步驟4)，完成當(dāng)前地圖級(jí)別下海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品所有參數(shù)的繪制；
[0012] 6)將步驟4)生成的切片文件采用L0D方式組織，重復(fù)步驟3)?步驟5)，完成所 有級(jí)別下海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品所有參數(shù)的繪制；
[0013] 7)等待所有MATLAB并行策略處理完畢，生成元數(shù)據(jù)。
[0014] 所述的步驟1)為：讀取海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)，提取元數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度，海 洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的經(jīng)緯度是WGS84經(jīng)緯坐標(biāo)，瀏覽器客戶端需要加載的產(chǎn)品用的投影坐 標(biāo)系是Web Mercator投影，所以對(duì)多源地理數(shù)據(jù)處理需要涉及投影變換，利用公式（1)? 公式（6)對(duì)WGS84坐標(biāo)和Web Mercator投影坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方法，其特征在于包括如下 步驟： 1) 讀取海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)，提取元數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度，并將WGS84坐標(biāo)下的經(jīng) 緯度轉(zhuǎn)換為Web Mercator投影坐標(biāo)下的經(jīng)緯度； 2) 海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品具有多個(gè)深度層，將每個(gè)深度層根據(jù)并行機(jī)器的核數(shù)切分為η份 數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)MATLAB并行策略； 3) 根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置地圖分級(jí)數(shù)； 4) 將步驟2)切分得到的數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)前地圖級(jí)別插值，利用MATLAB繪圖指令并行生成 分級(jí)切片文件； 5) 重復(fù)步驟4)，完成當(dāng)前地圖級(jí)別下海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品所有參數(shù)的繪制； 6) 將步驟4)生成的切片文件采用L0D方式組織，重復(fù)步驟3)?步驟5)，完成所有級(jí) 別下海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品所有參數(shù)的繪制； 7) 等待所有MATLAB并行策略處理完畢，生成元數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方 法，其特征在于所述的步驟1)為：讀取海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)，提取元數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯 度，海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的經(jīng)緯度是WGS84經(jīng)緯坐標(biāo)，瀏覽器客戶端需要加載的產(chǎn)品用的 投影坐標(biāo)系是Web Mercator投影，所以對(duì)多源地理數(shù)據(jù)處理需要涉及投影變換，利用公式 (1)?公式（6)對(duì)WGS84坐標(biāo)和Web Mercator投影坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
式中Lat代表WGS84緯度；Long代表WGS84經(jīng)度；RefLat代表基準(zhǔn)緯度；CenMeri代表 中央子午線；X代表Web Mercator橫坐標(biāo)；Y代表Web Mercator縱坐標(biāo)；NO、ql、q2、q為中 間過(guò)程參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方 法，其特征在于所述的步驟2)為：海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品具有多個(gè)深度層，將每個(gè)深度層根據(jù) 并行機(jī)器的核數(shù)切分為η份數(shù)據(jù)，η是并行機(jī)器的核數(shù)，設(shè)計(jì)MATLAB并行架構(gòu)，MATLAB并行 架構(gòu)分為三個(gè)層次，分別為控制層、工作層和進(jìn)程層，控制層管理所有工作節(jié)點(diǎn)并負(fù)責(zé)分配 工作任務(wù)，工作層接受任務(wù)并啟動(dòng)多進(jìn)程并行處理，進(jìn)程層處理具體任務(wù)生成最終產(chǎn)品。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方 法，其特征在于所述的步驟4)為：從WGS84轉(zhuǎn)為Web Mercator坐標(biāo)后的緯度并不是等間距 的，而繪圖所需的輸入數(shù)據(jù)必須為等經(jīng)緯坐標(biāo)，因此需要經(jīng)過(guò)插值，出于網(wǎng)絡(luò)地圖對(duì)縮放功 能的需求，海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品最終生成的圖片要貼合多級(jí)地理底圖的，而插值的密度與地 圖級(jí)數(shù)成正相關(guān)關(guān)系，地圖級(jí)數(shù)越高，插值密度越大，將步驟2)切分得到的數(shù)據(jù)根據(jù)當(dāng)前 地圖級(jí)別利用MATLAB的meshgrid函數(shù)實(shí)現(xiàn)插值，利用MATLAB繪圖指令并行生成分級(jí)切片 文件，分級(jí)切片文件即為當(dāng)前級(jí)別的規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方 法，其特征在于所述的步驟5)為：海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品包含不同類型的參數(shù)，重復(fù)步驟4)，完 成當(dāng)前地圖級(jí)別下海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品所有參數(shù)的繪制，生成不同種類的圖片，溫度、濕度、 降水生成填色圖，風(fēng)速風(fēng)向生成風(fēng)向標(biāo)，潮汐、海浪、海流生成箭頭，氣壓生成等值線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于瓦片地圖服務(wù)的海洋環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品并行處理方 法，其特征在于所述的步驟6)中的LOD組織方式為： 6. 1構(gòu)建LOD的第一步是根據(jù)需要顯示的級(jí)別為地圖分幅，一幅全球地圖在第0層是一 張256*256像素的圖片，放大到下一級(jí)即第1層，圖片長(zhǎng)寬各加倍，整張圖是512*512像素 的圖片，對(duì)其進(jìn)行切分為2*2的4張圖片，每張圖片仍為256*256像素，以下每增加一個(gè)級(jí) 別都遞歸采用相同的切分方法，這就形成了一個(gè)四叉樹的結(jié)構(gòu)； 6. 2根據(jù)上述切分方式將地圖分幅后需要將其按照以下規(guī)范存儲(chǔ)并命名，以方便查詢 檢索； 多圖層地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組織方式采用"\〇緩存\1圖層\2縮放級(jí)別\3行號(hào)\4列號(hào).png" 緩存存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，根目錄，即第〇級(jí)為緩存文件夾，標(biāo)識(shí)不同的切分和瓦片組織方式，第1級(jí)為 圖層文件夾，數(shù)據(jù)產(chǎn)品不同于地理底圖，會(huì)有多個(gè)圖層，并且圖層會(huì)隨著新數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)增加， 第2級(jí)為縮放級(jí)別文件夾，代表有多少層地圖分幅，第3級(jí)是行號(hào)文件夾，第4級(jí)是以列號(hào) 命名的圖片。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK104063496SQ201410319012
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】劉仁義, 杜震洪, 張豐, 林賢輝, 王葉晨梓 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)