专利名称：一种海流矢量场的远程可视化方法
技术领域：
本发明属于海洋地理信息系统(MGIS)中数据模型可视化研究領域，涉及到ー种通过互联网远程获取海流要素场数据，并实时生成海流矢量场可视化的方法。
背景技术：
地理信息系统(GIS)在陆地范围上的研究和应用已经日臻完善，数字地球的提出和发展将GIS的应用提升到新的高度。然而，由于海洋现象的复杂性和多祥性，使得GIS在海洋环境中的研究及应用目前还是偏少。随着海洋观测技术的飞速发展，海洋科研和工作人员获取的海洋数据资料也正以几何级数形式增长。如果能够利用GIS技术来处理海洋数据，提取其中的有用信息，并通过对海洋信息的分析、综合、归纳、演绎及科学抽象等方法，掲示并再认识海洋现象及其构造特征，将会极大地促进和提高海洋地理信息系统(MGIS)的研究与应用水平。将GIS技术应用于海洋，首要的问题是海洋数据的基本表达，也就是海洋GIS数据的可视化显示问题。为了能够真实、动态的表达各类海洋现象，必须对海洋空间数据进行可视化显示。但是海洋现象具有与陆地现象不同的特殊性质，比如海洋现象存在于流动的水体当中，在时空分布方面结构复杂、动态多变，加之水体要素之间的相关性大、边界模糊、结构特征不直观等原因，使得GIS技术在海洋中的应用还存在着特殊的困难。为了能够用GIS技术处理海洋数据，目前在MGIS中一般采用“场”的形式表达各类海洋现象，如海水温度、海水盐度等海洋要素形成的场常用标量场表达。但是另ー类海洋现象(如浪、潮、海流等)的动态特征使海洋工作者不得不考虑水体运移规律的表达问题，即矢量场表达问题。海洋矢量场不同于几何地理空间数据，一方面它与空间位置相关，另一方面它又具有数值和方向特征，使得它可以独立于几何地理空间对象而存在，因此不能像几何地理空间数据那样直接对其进行几何图像的可视化显示，必须采用有效的算法对这类海洋矢量场数据进行可视化。海洋矢量场是海洋科学中的核心研究对象，也是海洋中最主要的动态变化的要素场。由于海洋矢量场数据的分布性、动态性、异构性及抽象性，传统的空间数据共享方式无法满足用户对海洋环境信息实时动态可视化共享的要求。为了实现多源、异构海洋矢量场数据共享并实时可视化，本发明以海流矢量场为突破ロ，给出了海流矢量场的ー种GIS可视化表达方法，实现了在多源、异构、分布式环境下海流矢量场的GIS网络远程实时可视化。
发明内容
本发明是在对海流矢量场深入研究的基础上，借鉴当前流行的Web Service技术，采用客户端与服务器端协同操作的模式，实现了将远程服务器上的海流数据在客户端的可视化表达，其具有服务器端海流数据预处理、客户端请求并接收服务器端海流数据、海流数据映射处理、海流矢量场绘制等环节。本发明提出的ー种海流矢量场的远程可视化方法，具体步骤如下(I)服务器端海流数据预处理环节是将服务端海流数据的格式转化成客户端需要的数据组织方式。由于海流数据的来源多种多样，数据格式不统一，因此必须将不同来源的海流数据转化成客户端需要的格式，从而达到屏蔽多源数据的异构性，以利于客户端对海流数据的处理和显示。(2)客户端请求并接收服务器端海流数据环节是客户端向远程服务器端发出数据请求，服务器端在接收到客户端请求后发送数据，然后客户端接收服务器端响应的数据这一过程。(3)海流数据映射处理环节是将客户端获取到的海流数据映射成为便于显示的几何数据，以便在客户端进行可视化表达。由于海流矢量场数据是抽象型数据，没有办法对其直接可视化，因此，在进行显示之前必须对海流数据做映射处理。(4)海流矢量场绘制环节是在经过第(3)环节映射计算处理后，将抽象的海流数据以矢量箭头这种图形方式进行绘制，从而完成海流矢量场的可视化。由于海流数据的海量性和时效性，导致海流数据更新頻繁，相应地为实时海流数据一一创建服务的传统静态地图服务方法已经不能满足服务随时更新的要求，本发明在网络环境下进行海流数据的管理、海流数据的网络发布及海流数据的远程可视化，改善了传统的海流数据格式不统ー的问题，实现了在服务器端海流数据服务的动态创建和海流数据的最广泛共享，提高了海流数据的使用效率，更加方便了海洋工作者对海流数据的准确、及时的快捷访问，对海洋科研者掌握海流的运动规律、研究水团的形成、环流结构及其变化等都具有极其重要的指导意义。
图I是本方法的方框示意图；图2是海流数据存储结构的示意图；图3是海流可视化逻辑流程示意图；图4是海流矢量箭头各点坐标计算示意图；图5是海流矢量场示意图。
具体实施例方式为了更好地实现上述发明目的，下面将结合图I的方框图对本发明中的各个步骤做进ー步描述在步骤I中，记录海流矢量场数据时，传统的方法是将海流流速(包括大小和流向)用其分量U、V表示井分别存储在两个数据文件中，显然这种方法在进行海流矢量场分析时不能直观地得到海流的结构。为此，本发明采用如图2所示的数据结构存储海流矢量场数据。通过记录海流在某点的X坐标、y坐标来标示其空间坐标位置，用在该点的海流的流速和方向及时间记录海流的属性。多源海流数据文件经过数据格式的转换处理后，就可以上传并存储在服务器端。
在步骤2中，客户端的计算机通过Internet连接到网络中的数据服务器端，获取海流矢量场数据。数据服务器端按照Web Service接ロ，提供数据，其数据的组织方式既可以是文件方式，又可以是数据库方式。在本发明中，提供矢量场数据的服务也可以是同一组织内部不同应用程序之间的A2A(Application-to-Application)方式的整合,这ー过程通过Intranet完成,如图3所示。在步骤3中，在对客户端从远程服务器上获取到的海流数据做映射处理吋，映射的方法有很多种，主要有基于几何形状的矢量场映射方法、基于纹理生成的矢量场映射方法和基于光学特性的矢量场映射方法。本发明选择比较简单的基于几何形状的点图标法，用矢量箭头表示海流的方向，其长度表示海流的大小。对于海流数据的空间位置由每条记录的X坐标、y坐标来获得,矢量箭头的长短和方向则由姆条记录的海流速度和方向来决定。这样，通过计算便可以得到表示海流矢量箭头上的各个点的坐标。在步骤4中，在经过步骤3的计算求得海流矢量箭头上的各个点的坐标后，本发明采用图形图层方式进行管理，将同一时间的海流矢量场数据绘制在同一个数据图层中。采用这种方式对通过网络获得的远程服务器端的数据进行可视化，就不用再创建磁盘文件，系统维护简单。 下面将结合附图4 5对海流矢量场的远程可视化表达方法的具体实施方式
中的各个步骤予以详细阐述。首先，需要将服务器端不同来源的海流数据预处理成客户端需要的数据组织方式，即(X坐标，y坐标，速度，方向角)的存储结构。为了将存储在两个不同数据文件中的海流流速分量u、v转换成单条记录的数据结构表达海流，必须对其做转换计算。这里，用L表示海流矢量的大小(速度)，用0表示海流矢量的方向，其计算公式如下所示。转换完成后，就可以将多源海流数据文件按照(X坐标，y坐标，速度，方位角)的统一存储结构布置到服务器端。
权利要求
1.ー种海流矢量场的远程可视化方法，其特征在于经过服务器端多源海流数据预处理后，客户端通过互联网远程获取到服务器端海流数据，并对获取到的海流数据做映射计算处理，最后以矢量箭头的形式绘制海流矢量场，实现海流矢量场的远程可视化，具体步骤如下 (1)将多源海流数据按照(X坐标，y坐标，速度，方位角)的统一存储结构以文件的形式或数据库方式存放在数据服务器上； (2)数据服务器按照WebService接ロ，以服务的形式发布海流数据，然后客户端通过互联网向数据服务器端发送请求并接收数据服务器端发送的海流数据； (3)客户端以矢量箭头形式表达从远程服务器端获取到的海流数据，并按照计算公式计算矢量箭头上各点的坐标； (4)客户端采用图层方式进行管理，将同一时间的海流矢量场数据绘制在同一个数据图层中，以便于海流数据的分层管理与显示。
2.根据权利要求I所述的ー种海流矢量场的远程可视化方法，其特征在于服务器端采用Web Service技术动态创建海流数据服务，随时更新海流数据，有利于海洋工作者快捷方便地访问海流数据并可视化浏览。
3.根据权利要求I所述的ー种海流矢量场的远程可视化方法，其特征在于客户端通过网络获取到序列时间段的海流数据集，并将同一时间的海流数据以矢量箭头形式绘制在同一图层中，从而实现动态显示海流在一年中不同时期的变化过程，使海洋工作者清晰观测到海流的年变化情況。
全文摘要
本发明涉及一种海流矢量场的远程可视化方法，通过互联网远程获取海流要素场数据，并实时生成海流矢量场，实现了在多源、异构、分布式环境下海流矢量场的网络远程实时可视化。本发明步骤是首先服务器端海流数据预处理，接着客户端请求并接收服务器端海流数据，然后客户端对获取到的海流数据做映射计算处理，最后在客户端以矢量箭头形式绘制海流矢量场。本发明对海洋工作者研究海流流向及其动态演变过程具有重要的指导意义。
文档编号G06F17/30GK102646116SQ201210038090
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者吴文周, 周成虎, 武芳, 苏奋振 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所