在三维电子航道图上叠加实时数据流的方法与流程

本发明涉及电子航道图技术，主要涉及在三维电子航道图上叠加实时数据流的方法。

背景技术：

传统航道图与航标、雾情、水位流量等终端设备数据信息是隔离的，并且往往只能看到二维的航道图。对于航道管理、航道治理部门来说，信息是不直观的，割裂的，滞后的，无法进行有效的利用。虽然现有技术逐级开始采用三维技术实现航道图，但对于各个终端设备的数据展示，一般是采用后台统一计算后，实现一次刷新完成，并没有实现实时数据的三维展示，在三维的航道图中，由于存在大量的终端设备，因此要实现数据的同时实时展示，由于各个数据的处理方法时不同的，因此无法再同时接纳众多数据实时更新的情况下，需要很大的系统开销，因此本发明要解决的问题就是寻找一种合理的数据更新方法在三维航道图上叠加实时数据流，节省系统开销，发挥航道数据真正的价值。

技术实现要素：

本发明目的提供在三维电子航道图上叠加实时数据流的方法，。

本发明通过下述技术方案实现：

在三维电子航道图上叠加实时数据流的方法，包括以下步骤：

构建三维电子航道图；

对航道内设备进行实时采集获得实时数据，并以数据流的形态传输，采用数据可视化技术将实时数据在三维电子航道图中叠加显示。

在现有的三维电子航道图中，对于各种不同设备的数据的展示，采用后台调取的方法进行，以水深为例，在传统技术中，常常采用水柱法展示，即在三维电子航道图中标记处若干个测量点，在三维电子航道图中显示这些测量点的数字代码，我们只要点击该数字代码，就可以在三维电子航道图的右下角看到一个显示该数字代码对应的水柱，水柱颜色代表深浅，并在水柱上方显示水深值。因此这种方法无法在同一地图视野内同时显示多个采样点位的水位值，只能人为的主动触发，然后从后台调取数据进行可视化展示。在本发明中，本发明采用叠加技术法，即先创建一个目标三维电子航道图，通过后台服务器实时收集各个设备的数据，然后对所有数据创建可视化的模块后叠加到三维电子航道图中，因此在三维电子航道图中可以同时观看各个设备的实时数据。在本发明中，三维电子航道图与数据是分开的，仅仅是采用叠加显示的方式让其二者看似在一个图纸中，效果非常逼真。

当然，在本发明中，由于同时要显示所有设备的实时数据，且以叠加显示的方法进行，如果不进行特殊的数据处理，会导致系统开销非常大，根本无法实施。为了克服该问题。本发明采用了以下数据的处理，使得对数据的采集过程进行了一定的控制，让其更新过程处于有序的状态下完成，因此在同一时刻下，地图中的数据并不是全部都处于实时状态下，但能按照一定的过程进行刷新，使得数据能在非常短的时间段内完成实时更新，也不需要一次性全部完成刷新，简单来说，本发明是介于全部实时数据更新状态和一次性全部更新状态下的一种数据刷新方法。本发明采用了主动法和被动法处理数据，对于主动法获得的数据，本发明按照一定的频率进行时间间隔的采集，即对于主动采集对于的设备而言，其数据是在一定的频率下按照时间顺序在地图上刷新的，对于被动采集法获得的数据，本发明在采集时，对数据的有效性进行验证，只有验证过得数据才能进入刷新，而没有验证过，则视为当前数据与原数据大体相同，没有比较进行刷新，因此在数据采集时，就不允许进入系统，因此对于被动采集的设备而言，并不是所有的数据量都会进入系统完成刷新。在本发明中，主动建立起来被动采集和主动采集，将数据提前进行了分类化的管理，同时制定了对应的数据采集规则。那么这样处理后，则意味着，本发明的数据刷新，并不真实的实时数据叠加，而是采用数据处理手段视为某些当前地图上的数据为当前实时数据的准实时数据显示法。通过上述方法，本发明对于数据采集的开销大大减小、同时也大大减小刷新数据的开销。但整个地图中还是能视为真实的当前实时数据。本发明的主动采集和被动采集的过程如下：

所述对航道内设备进行实时采集获得实时数据的过程为:

对非异步采集接口的航道内设备，采用调节频率进行以时间间隔循环采集实时数据方法进行主动式数据采集，完成实时数据采集；

对异步采集接口的航道内设备，采用回调函数计算实时数据有效时进行采集的方法进行被动式数据采集，完成实时数据采集；

完成上述实时数据采集后，将采集到不同设备的实时数据都映射到同一数据空间中，对实时数据进行统一的数据格式处理。将不同终端设备数据都映射到同一数据空间中，便于实时数据流的叠加显示。

在传统技术中，航标、雾情、水位、流量等终端设备数据格式不一，在实际应用中，也往往是割裂使用。目前还没有任何技术表明，在地图中能同时显示实时的航标、雾情、水位、流量数据。通过本发明的数据采集的方法、以及借助数据叠加显示的方法，可以在较低的系统开销下，完成多种设备数据的同时显示。使得地图同时具有更多的数据信息，以便管理快速掌握当前航段局势，对应急管理有着非常重要的意义。

所述主动式数据采集的具体过程为：

将非异步采集接口的航道内设备注册进主动采集模块，注册进主动采集模块的非异步采集接口的航道内设备视为被采集系统；

主动采集模块内建立被采集系统、采集时间间隔、采集事件命令的一一映射关系；

主动采集模块以采集时间间隔为时间轴进行循环采集操作，在对应的时间间隔内，主动采集模块发送采集事件命令至对应的被采集系统内，召回对应被采集系统内的实时数据；

所述被动式数据采集的具体过程为：

将异步采集接口的航道内设备注册进被动采集模块，注册进被动采集模块的异步采集接口的航道内设备视为被采集系统；

主动采集模块内根据被采集系统对应的业务数据建立起与业务数据对应的回调函数；

被采集系统在任意时刻上传业务数据，主动采集模块应答后通过回调函数计算业务数据有效时，召回对应被采集系统的实时数据。

非异步采集接口的航道内设备包括：船舶自动识别系统。

异步采集接口的航道内设备包括：航标遥测遥控终端、雾情遥测遥报终端。

采用数据可视化技术将实时航道数据在三维电子航道图中叠加显示的过程为：

获得实时数据对应关联的地理位置信息，将不同格式的地理位置信息的坐标系映射到三维电子航道图的世界坐标系，采用数据可视化技术，同时将对应实时数据叠加映射到三维电子航道图的世界坐标系中对应的地理位置上。按照本系统统一的数据格式，实时数据都关联了地理位置信息。将不同格式的坐标系映射到世界坐标系。并将对应数据映射到三维电子航道图中。用户即可浏览直观、高度整合、实时的航道数据。为航道管理、整治部门提供第一手的直观数据。

本发明通过上述过程，使得实时数据流具有时效性高、坐标依赖性高、专业性强的特点，将实时数据流在三维电子航道图上进行恰当的、准确的叠加显示，才能够真正发挥数据的价值。

构建三维电子航道图时，以3d地形建模与渲染构建三维电子航道图，在3d地形建模时，采用lod技术实现：距离视点较近的区域，采用较高的细节层次，而对于距离视点较远的区域，采用较低的细节层次。在本发明中3d地形建模主要采用lod(levelofdetail，层次细节)技术，对于距离视点较近的区域，采用较高的细节层次；而对于距离视点较远的区域，采用较低的细节层次。对于用户观察的目标区域，有较高的细节层次，从而在用户接受的时间内完成大范围的地形建模和渲染。

在实时数据传输时，存储数据库资源、通信信道资源进行软件层次的资源抽象，将实际的数据io操作抽象为io节点，直接调用读、写节点操作函数完成数据的操作。上述内容表明本发明设计了一种区别于硬件层次的资源抽象，即将mongodb、redis、hbase等存储数据库资源，mqtt、redis等通信信道资源进行软件层次的资源抽象。将实际的数据io操作抽象为io节点，用户无需关心提供输入输出的存储系统的具体类型(如mongodb、redis、hbase等)，直接调用读、写等节点操作函数即可完成数据的操作。抽象化io接口解耦了算法对通信、存储系统的依赖，一方面减小了算法开发成本，另一方面为通信、存储的系统的扩展、替换提供了基础。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

第一：采用了新技术来发挥航道数据价值：实时数据流在三维电子航道图上的叠加方式；

第二：通过主动采集和被动采集方式，数据访问层资源抽象，保证采集数据的实时性；

第三：能同时展示多种数据下能保证系统开销小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为主动采集的流程图。

图2为被动采集的流程图。

图3、图4、图5为航道数据同时显示的效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

在三维电子航道图上叠加实时数据流的方法，包括以下步骤：

构建三维电子航道图；

对航道内设备进行实时采集获得实时数据，并以数据流的形态传输，采用数据可视化技术将实时数据在三维电子航道图中叠加显示。

在现有的三维电子航道图中，对于各种不同设备的数据的展示，采用后台调取的方法进行，以水深为例，在传统技术中，常常采用水柱法展示，即在三维电子航道图中标记处若干个测量点，在三维电子航道图中显示这些测量点的数字代码，我们只要点击该数字代码，就可以在三维电子航道图的右下角看到一个显示该数字代码对应的水柱，水柱颜色代表深浅，并在水柱上方显示水深值。因此这种方法无法在同一地图视野内同时显示多个采样点位的水位值，只能人为的主动触发，然后从后台调取数据进行可视化展示。在本发明中，本发明采用叠加技术法，即先创建一个目标三维电子航道图，通过后台服务器实时收集各个设备的数据，然后对所有数据创建可视化的模块后叠加到三维电子航道图中，因此在三维电子航道图中可以同时观看各个设备的实时数据。在本发明中，三维电子航道图与数据是分开的，仅仅是采用叠加显示的方式让其二者看似在一个图纸中，效果非常逼真。

当然，在本发明中，由于同时要显示所有设备的实时数据，且以叠加显示的方法进行，如果不进行特殊的数据处理，会导致系统开销非常大，根本无法实施。为了克服该问题。本发明采用了以下数据的处理，使得对数据的采集过程进行了一定的控制，让其更新过程处于有序的状态下完成，因此在同一时刻下，地图中的数据并不是全部都处于实时状态下，但能按照一定的过程进行刷新，使得数据能在非常短的时间段内完成实时更新，也不需要一次性全部完成刷新，简单来说，本发明是介于全部实时数据更新状态和一次性全部更新状态下的一种数据刷新方法。本发明采用了主动法和被动法处理数据，对于主动法获得的数据，本发明按照一定的频率进行时间间隔的采集，即对于主动采集对于的设备而言，其数据是在一定的频率下按照时间顺序在地图上刷新的，对于被动采集法获得的数据，本发明在采集时，对数据的有效性进行验证，只有验证过得数据才能进入刷新，而没有验证过，则视为当前数据与原数据大体相同，没有比较进行刷新，因此在数据采集时，就不允许进入系统，因此对于被动采集的设备而言，并不是所有的数据量都会进入系统完成刷新。在本发明中，主动建立起来被动采集和主动采集，将数据提前进行了分类化的管理，同时制定了对应的数据采集规则。那么这样处理后，则意味着，本发明的数据刷新，并不真实的实时数据叠加，而是采用数据处理手段视为某些当前地图上的数据为当前实时数据的准实时数据显示法。通过上述方法，本发明对于数据采集的开销大大减小、同时也大大减小刷新数据的开销。但整个地图中还是能视为真实的当前实时数据。本发明的主动采集和被动采集的过程如下：

所述对航道内设备进行实时采集获得实时数据的过程为:

对非异步采集接口的航道内设备，采用调节频率进行以时间间隔循环采集实时数据方法进行主动式数据采集，完成实时数据采集；

对异步采集接口的航道内设备，采用回调函数计算实时数据有效时进行采集的方法进行被动式数据采集，完成实时数据采集；

完成上述实时数据采集后，将采集到不同设备的实时数据都映射到同一数据空间中，对实时数据进行统一的数据格式处理。将不同终端设备数据都映射到同一数据空间中，便于实时数据流的叠加显示。

在传统技术中，航标、雾情、水位、流量等终端设备数据格式不一，在实际应用中，也往往是割裂使用。目前还没有任何技术表明，在地图中能同时显示实时的航标、雾情、水位、流量数据。通过本发明的数据采集的方法、以及借助数据叠加显示的方法，可以在较低的系统开销下，完成多种设备数据的同时显示。使得地图同时具有更多的数据信息，以便管理快速掌握当前航段局势，对应急管理有着非常重要的意义。

如图1所示：所述主动式数据采集的具体过程为：

将非异步采集接口的航道内设备注册进主动采集模块，注册进主动采集模块的非异步采集接口的航道内设备视为被采集系统；

主动采集模块内建立被采集系统、采集时间间隔、采集事件命令的一一映射关系；

主动采集模块以采集时间间隔为时间轴进行循环采集操作，在对应的时间间隔内，主动采集模块发送采集事件命令至对应的被采集系统内，召回对应被采集系统内的实时数据；

在图1中，主动采集模块内已经建立好了n个时间间隔，每个时间间隔都对应了一个采集事件，在主动采集模块采用循环的方式进行采集，即在时间间隔1内完成采集事件1的采集，即在这段时间内，主动采集模块发出采集事件命令至对应的被采集系统内，召回对应被采集系统内的实时数据，同样的，在下一个时间间隔内，循环上述操作，直到时间间隔n完成后，回到时间间隔1进行采集事件1的执行，那么需要新增设备时，只需在主动采集模块新增与新增设备对应的采集事件n+1和对应的时间间隔n+1进入到上述循环中即可。

如图2所示：所述被动式数据采集的具体过程为：

将异步采集接口的航道内设备注册进被动采集模块，注册进被动采集模块的异步采集接口的航道内设备视为被采集系统；

主动采集模块内根据被采集系统对应的业务数据建立起与业务数据对应的回调函数；

被采集系统在任意时刻上传业务数据，主动采集模块应答后通过回调函数计算业务数据有效时，召回对应被采集系统的实时数据。

在图2所示中，被动采集模块内已经建立好了n个回调函数，每个回调函数都对应了一个被采系统的业务数据，在被动采集模块采用异步方式进行采集，即各个回调函数计算各自对应的业务数据是否满足采集需求，然后开始采集，如不满足采集需求则不采集，那么需要新增设备时，只需在被动采集模块新增与新增设备对应的回调函数n+1，将回调函数n+1与该新增设备的业务数据n+1关联对应加入到上述被动采集模块中即可。

非异步采集接口的航道内设备包括：船舶自动识别系统。

异步采集接口的航道内设备包括：航标遥测遥控终端、雾情遥测遥报终端。

采用数据可视化技术将实时航道数据在三维电子航道图中叠加显示的过程为：

获得实时数据对应关联的地理位置信息，将不同格式的地理位置信息的坐标系映射到三维电子航道图的世界坐标系，采用数据可视化技术，同时将对应实时数据叠加映射到三维电子航道图的世界坐标系中对应的地理位置上。按照本系统统一的数据格式，实时数据都关联了地理位置信息。将不同格式的坐标系映射到世界坐标系。并将对应数据映射到三维电子航道图中。用户即可浏览直观、高度整合、实时的航道数据。为航道管理、整治部门提供第一手的直观数据。

如图3所示，在图中，同时显示了水深、航标、船舶位置。在该图中，水深标识点有4个，这4个标识点同时显示数据8、8、9、9，表明4个点位对应的水深值，直接在地图上显示。在图中，还标识有3个航标的位置，和一个正在航线内的船舶。可见，本发明能实时显示多种数据的实时同时展示。

本发明通过上述过程，使得实时数据流具有时效性高、坐标依赖性高、专业性强的特点，将实时数据流在三维电子航道图上进行恰当的、准确的叠加显示，才能够真正发挥数据的价值。

构建三维电子航道图时，以3d地形建模与渲染构建三维电子航道图，在3d地形建模时，采用lod技术实现：距离视点较近的区域，采用较高的细节层次，而对于距离视点较远的区域，采用较低的细节层次。在本发明中3d地形建模主要采用lod(levelofdetail，层次细节)技术，对于距离视点较近的区域，采用较高的细节层次；而对于距离视点较远的区域，采用较低的细节层次。对于用户观察的目标区域，有较高的细节层次，从而在用户接受的时间内完成大范围的地形建模和渲染。

在实时数据传输时，存储数据库资源、通信信道资源进行软件层次的资源抽象，将实际的数据io操作抽象为io节点，直接调用读、写节点操作函数完成数据的操作。上述内容表明本发明设计了一种区别于硬件层次的资源抽象，即将mongodb、redis、hbase等存储数据库资源，mqtt、redis等通信信道资源进行软件层次的资源抽象。将实际的数据io操作抽象为io节点，用户无需关心提供输入输出的存储系统的具体类型(如mongodb、redis、hbase等)，直接调用读、写等节点操作函数即可完成数据的操作。抽象化io接口解耦了算法对通信、存储系统的依赖，一方面减小了算法开发成本，另一方面为通信、存储的系统的扩展、替换提供了基础。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。