基于三维数字地球的遥感专题产品可视化方法与流程

本发明涉及涉及地理信息可视化领域，特别是一种基于三维数字地球的遥感专题产品可视化方法。

背景技术：

遥感卫星数据是遥感卫星在太空探测地球地表物体对电磁波的反射，及其发射的电磁波，从而提取该物体信息，完成远距离识别物体，将这些电磁波转换，识别得到可视图像，即为卫星影像。

目前，我国已发射遥感系列、中巴系列、资源系列、环境系列、高分系列等国产遥感卫星，这些遥感卫星借助不同的轨道参数和载荷特征，能够获取不同分辨率、光谱范围、覆盖范围、访问时间等丰富的遥感资源。

应用遥感卫星数据服务于测绘、国土、规划、环境、水利、交通、海洋、林业、农业、地矿、电力、公共安全等领域，能够有力保障现代农业、防灾减灾、资源调查、环境保护和国家安全等重大战略需求；同时也能够满足大力支撑国土调查与利用、地理测绘、海洋和气候气象观测、水利和林业资源监测、城市和交通精细化管理、卫生疫情监测、地球系统科学研究等重大领域的应用需求。

遥感专题产品生产以遥感影像为数据来源，在其基础上结合各个行业、区域和其他应用需求，通过人工或智能手段进行类别划分、目标识别、异常点检测、变化监测、损失评估等处理，得到所需的专题应用数据。

现阶段，专题产品的表现形式主要为静态专题图，一个典型的静态专题图将专题应用数据栅格化后叠加在经纬度坐标、行政区划图或影像底图上，在专题图中心显示，图上方显示专题图名，四个角落显示指北针、比例尺、图例等要素，其保存形式可以为纸质图，也可以为数字图像。

静态专题图展现形式主要存在的问题包括：一个专题图的承载信息和展现形式受限，只能在二维平面空间内采用单一分辨率尺度、展现固定范围内容，无法与其他属性信息、扩展描述信息、时空关联信息进行有效结合和集成，无法支持交互操作和动态分析。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于三维数字地球的遥感专题产品可视化方法，该基于三维数字地球的遥感专题产品可视化方法以三维数字地球为承载平台，能够以规范流程对栅格类产品和矢量类产品进行统一时空框架下多尺度动态展现，从而能够解决现有静态专题图展现方法存在的承载信息和形式受限、无法体现多尺度信息、无法体现时空关联信息、无法动态交互和操作等缺点，进而实现了遥感专题产品的便捷高效的集成共享和形象丰富的可视表达。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于三维数字地球的遥感专题产品可视化方法，包括如下步骤。

步骤1，遥感专题产品数据分析与分类：将遥感专题产品数据输入至产品数据分析中心的输入接口；产品数据分析中心将对接收的遥感专题产品数据进行分析与分类，将遥感专题产品数据分为栅格数据和矢量数据两种类型。

步骤2，栅格数据处理：将步骤1中的栅格数据进行处理，获得三维数字地球能够直接解析的栅格展现要素；栅格展现要素包括栅格瓦片、图例一、专题名一和描述文件一。

步骤3，矢量数据处理：将步骤1中的矢量数据进行处理，获得三维数字地球能够直接解析的矢量展现要素；矢量展现要素包括矢量渲染对象序列、图例二、专题名二和描述文件二。

步骤4，专题图层管理：基于三维数字地球对步骤2获得的栅格展现要素以及步骤3获得的矢量展现数据进行专题图层管理。

步骤5，栅格类专题可视化：根据步骤4中的图层配置，基于三维数字地球对栅格类专题进行可视化。

步骤6，矢量类专题可视化：根据步骤4中的图层配置，基于三维数字地球对矢量类专题进行可视化。

所述步骤1中，产品数据分析中心的分类依据为遥感专题产品数据中的主体数据类型，即承载产品核心信息的数据形式是栅格数据还是矢量数据进行分类；当承载产品核心信息的数据形式为栅格数据时，归类为栅格数据；当承载产品核心信息的数据形式为矢量数据时，则归类为矢量数据；其中，栅格数据指的是按规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据均表示地物或现象的非几何属性特征；矢量数据指的是通过记录坐标的方式来表示点、线和多边形的地理实体。

所述步骤2中，栅格数据处理以获得栅格展现要素的方法，包括如下步骤。

步骤2a，获取地理信息：根据步骤1获得的栅格数据中的文件头或描述信息，获取地理信息；其中，地理信息包括栅格数据的投影方式和经纬度范围。

步骤2b，获取栅格数据：从步骤1得到的栅格数据中获取主体数据，即栅格数据本身。

步骤2c，获取样式表一：从步骤1得到的栅格数据中获取样式表一，样式表一包括显示规则、颜色配置、显示资源路径或描述。

步骤2d，获取描述信息一：从步骤1得到的栅格数据中获取描述信息一，描述信息一包括数据产品的名称、生产时间、来源和用途。

步骤2e，栅格数据风格化：根据步骤2b获得的栅格数据和步骤2c获得的样式表一，对栅格数据进行风格化操作，从而将原栅格数据转换为与样式表一中设定样式相符合的新栅格数据；栅格数据风格化操作包括颜色映射或颜色调整。

步骤2f，获得栅格瓦片：将步骤2e得到的新栅格数据与步骤2a获取的地理信息相结合，采用构建金字塔和切片的方式进行瓦片化操作，从而得到栅格瓦片数据。

步骤2g，生成图例一：根据步骤2c获得的样式表一中的颜色配置生成能直接被三维数字地球解析（如常用图像格式）的图例一。

步骤2h，生成专题名一和描述文件一：根据步骤2d获得的描述信息一，生成专题名一和描述文件一；其中，专题名一指描述对应专题产品的名称；描述文件一包括产品生产部门、生产时间、数据来源、用途和范围说明。

所述步骤5中，栅格类专题可视化指的是将步骤2f获得的栅格瓦片进行投影转换后以局部影像形式在在三维数字地球中进行显示，并在屏幕上部中间显示专题名一，在屏幕右下角显示图例一，右键弹窗以报表形式显示描述文件一中的描述信息。

所述步骤3中，矢量数据处理以获得矢量展现要素的方法，包括如下步骤。

步骤3a，获取几何信息：从步骤1的矢量数据中获取主体数据，主体数据即为矢量数据本身所包含的几何信息。

步骤3b，获取属性信息：从步骤1的矢量数据中获取属性信息，属性信息是指对几何信息进行的扩展描述，包括业务数据和统计数据。

步骤3c，获取样式表二：从步骤1的矢量数据中获取样式表二，样式表二包括显示规则、颜色配置、显示资源路径或描述。

步骤3d，获取描述信息二：从步骤1的矢量数据中获取描述信息二，描述信息二包括数据产品的名称、生产时间、来源和用途。

步骤3e，生产点、线及面序列：针对步骤3a获得的几何信息，依次提取几何信息中点信息、线信息和面信息；其中，提取的点信息生成点序列；提取的线信息生成线序列；提取的面信息生成面序列。

步骤3f，矢量渲染对象序列：将步骤3e生成的点、线及面序列、步骤3b获取的属性信息以及步骤3c获得的样式表二相结合，生成矢量渲染对象序列。

步骤3g，生成图例二：根据步骤3c获得的样式表二中的颜色配置生成图例二。

步骤3h，生成专题名二和描述文件二：根据步骤3d获得的描述信息二，生成专题名二和描述文件二；其中，专题名二描述对应专题产品的名称；描述文件二包括产品生产部门、生产时间、数据来源、用途和范围说明。

所述步骤3中，序列指的是包含相同数据结构的一组数据；矢量渲染对象序列指的是能够被三维数字地球直接解析并生成矢量图形的描述序列，矢量渲染对象序列中的每组数据均包含几何图元类型、经纬度坐标、显示参数、符号化规范、资源描述和属性信息。

所述步骤6中，矢量类专题可视化指的是在屏幕上部中间显示专题名二，在屏幕右下角显示图例二，右键弹窗以报表形式显示描述文件二中的描述信息，同时在三维数字地球中显示矢量渲染对象序列。

所述步骤6中，在三维数字地球中显示矢量渲染对象序列的方法，包括以下步骤。

步骤6a，获取待渲染内存数据：使用三维数字地球对矢量渲染对象序列进行解析，得到待渲染的内存数组。

步骤6b，选择可视化形式：对步骤6a中获得的内存数组中的每组数据，根据矢量图元类型、显示参数、属性信息，选择可视化形式。

步骤6c，点可视化：对矢量图元是点类型的数据，通过经纬度坐标生成显示点位置，通过显示参数获得点形状和大小，通过符号化规范和资源描述获得点图标，以散点图形式进行可视化，并通过点大小或标牌方式显示属性信息。

步骤6d，线可视化：对矢量图元是线类型的数据，通过经纬度坐标插值生成线位置，通过显示参数获得线型、颜色、宽度，通过符号化规范和资源描述获得线样式，以网络图或动态流图形式进行可视化，并通过线宽度或标牌方式显示属性信息。

步骤6e，面可视化：对矢量图元是面类型的数据，通过经纬度坐标插值生成面位置，通过显示参数获得面填充、颜色、边界类型，通过符号化规范和资源获得面样式，以区域图或热力图形式进行可视化，并通过区域大小、颜色色阶或标牌方式显示属性信息。

步骤6f，体可视化：对矢量图元是体类型的数据，通过经纬度坐标插值生成底面位置，通过显示参数获得低面填充、颜色、边界和柱面类型，通过符号化规范和资源获得体样式，以三维柱状图形式进行可视化，并通过柱状图高度、颜色色阶、底面区域大小或标牌方式显示属性信息。

所述步骤4中，专题图层管理包括在三维数字地球中基于图层相关接口新建专题分类、新建专题图层、控制图层顺序、控制图层显示隐藏和根据时相信息生成时间轴。

所述步骤1中，遥感专题产品数据指一个专题产品相关的数据，包含专题影像数据、矢量数据、样式表、缩略图、效果图和描述信息。

本发明采用上述方法后，具有如下有益效果：

1.提出一种遥感专题产品统一处理和展现流程，能够对栅格类和矢量类专题产品根据其自身特性和应用需求进行灵活处理、集成显示，有助于实现专题产品便捷高效的发布共享；

2.能够实现专题产品多尺度（瓦片金字塔）、多形式展示（单幅图、多时相和自定义风格等）和动态交互，能够扩展专题产品展现形式、提升展现效果，增加展现信息量和表达能力。

3.本发明技术方案可应用于各行业、区域、公众等基于遥感数据的应用成果的推广普及，并为专题产品的深层分析和增值应用提供支撑。

附图说明

图1是本发明一种基于三维数字地球的遥感专题产品可视化方法的流程图。

图2显示了步骤2栅格数据处理的流程图。

图3显示了步骤3矢量数据处理的流程图。

图4显示了步骤6矢量类专题可视化的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于三维数字地球的遥感专题产品可视化方法，包括如下步骤。

步骤1，遥感专题产品数据分析与分类。

本发明中的遥感专题产品数据指一个专题产品相关的数据，其包含有专题影像数据、矢量数据、样式表、缩略图、效果图和描述信息等内容。

将遥感专题产品数据优选通过TCP/UDP协议输入至产品数据分析中心的输入接口。

产品数据分析中心将对接收的遥感专题产品数据进行分析与分类，将遥感专题产品数据分为栅格数据和矢量数据两种类型。

产品数据分析中心分类的主要依据为遥感专题产品数据中的主体数据类型，即承载产品核心信息的数据形式是栅格数据还是矢量数据进行分类。该种分类方法为现有技术，这里不再赘述。

当承载产品核心信息的数据形式为栅格数据时，归类为栅格数据；当承载产品核心信息的数据形式为矢量数据时，则归类为矢量数据。

其中，栅格数据指的是按规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据均表示地物或现象的非几何属性特征。

矢量数据指的是通过记录坐标的方式来表示点、线和多边形的地理实体。坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。

当然，作为替换，产品数据分析中心的分类依据也可以将遥感专题产品数据中的主体数据类型与应用需求相结合。

步骤2，栅格数据处理：将步骤1中的栅格数据输入至栅格数据处理操作输入接口，进行栅格数据处理，获得三维数字地球能够直接解析的栅格展现要素；栅格展现要素包括栅格瓦片、图例一、专题名一和描述文件一。

上述栅格数据处理以获得栅格展现要素的方法，如图2所示，优选包括如下步骤。

步骤2a，获取地理信息：根据步骤1获得的栅格数据中的文件头或描述信息，获取地理信息；其中，地理信息包括栅格数据的投影方式和经纬度范围。

步骤2b，获取栅格数据：从步骤1得到的栅格数据中获取主体数据，即栅格数据本身，一般通过TIFF形式提供。

步骤2c，获取样式表一：从步骤1得到的栅格数据中获取样式表一，样式表一主要包括显示规则、颜色配置、显示资源路径或描述等内容。

步骤2d，获取描述信息一：从步骤1得到的栅格数据中获取描述信息一，描述信息一主要包括数据产品的名称、生产时间、来源和用途等；描述信息一主要通过XML或DOC形式提供。

上述步骤2a至2d可根据需要动态调整。

步骤2e，栅格数据风格化：根据步骤2b获得的栅格数据和步骤2c获得的样式表一，通过现有栅格数据处理技术对栅格数据进行风格化操作，将原栅格数据转换为与样式表一中所设定样式的新栅格数据（栅格数据可根据需要设置不同风格的样式表）；栅格数据风格化操作主要包括颜色映射或颜色调整。

步骤2f，获得栅格瓦片：将步骤2e得到的新栅格数据与步骤2a获取的投影方式和经纬度范围等地理信息相结合，采用行业常用的切片方式进行瓦片化操作，从而得到常用图像文件格式（PNG、JPEG等）的栅格瓦片数据。

步骤2g，生成图例一：根据步骤2c获得的样式表一中的颜色配置生成能直接被三维数字地球解析的图例一，图例一通常为PNG形式。

步骤2h，生成专题名一和描述文件一：根据步骤2d获得的描述信息一，生成专题名一和描述文件一。

其中，专题名一指描述对应专题产品的名称；专题名一通常为具有解释性和排他性的10~30字符文字描述。

描述文件一通常以XML或JSON形式提供。描述文件一包括产品生产部门、生产时间、数据来源、用途和范围说明等内容。

步骤3，矢量数据处理：将步骤1中的矢量数据输入至矢量数据处理操作输入接口，然后进行矢量数据处理，获得三维数字地球能够直接解析的矢量展现要素。

矢量展现要素包括矢量渲染对象序列、图例二、专题名二和描述文件二。

如图3所示，矢量数据处理以获得矢量展现要素的方法，包括如下步骤。

步骤3a，获取几何信息：从步骤1的矢量数据中获取主体数据，主体数据即为矢量数据本身所包含的几何信息。

上述矢量数据一般通过SHP、KML、JSON、XML、EXL等形式提供。

步骤3b，获取属性信息：从步骤1的矢量数据中获取属性信息，属性信息是指对几何信息进行的扩展描述，包括业务数据和统计数据。

上述属性信息一般通过DBF、KML、JSON、XML、EXL等形式提供。

步骤3c，获取样式表二：从步骤1的矢量数据中获取样式表二，样式表二包括显示规则、颜色配置、显示资源路径或描述等内容。

步骤3d，获取描述信息二：从步骤1的矢量数据中获取描述信息二，描述信息二包括数据产品的名称、生产时间、来源和用途等。描述信息二通常通过XML或DOC形式提供。

上述步骤3a至3d可根据需要动态调整。

步骤3e，生产点、线及面序列：针对步骤3a获得的几何信息，采用现有技术依次提取几何信息中点信息、线信息和面信息；其中，提取的点信息生成点序列；提取的线信息生成线序列；提取的面信息生成面序列。

步骤3f，矢量渲染对象序列：将步骤3e生成的点、线及面序列、步骤3b获取的属性信息以及步骤3c获得的样式表二相结合，生成矢量渲染对象序列。

这里的序列指的是包含相同数据结构的一组数据；矢量渲染对象序列指的是能够被三维数字地球直接解析并生成矢量图形的描述序列，矢量渲染对象序列中的每组数据均包含几何图元类型、经纬度坐标、显示参数、符号化规范、资源描述和属性信息。

矢量渲染对象序列一般以JSON形式提供。

步骤3g，生成图例二：根据步骤3c获得的样式表二中的颜色配置生成图例二，图例二通常为PNG形式。

步骤3h，生成专题名二和描述文件二。

根据步骤3d获得的描述信息二，生成专题名二和描述文件二。

其中，专题名二描述对应专题产品的名称，一般为具有解释性和排他性的10~30字符文字描述。

描述文件二包括产品生产部门、生产时间、数据来源、用途和范围说明等内容。描述文件二通常以XML或JSON形式提供。

步骤4，专题图层管理：基于三维数字地球对步骤2获得的栅格展现要素以及步骤3获得的矢量展现数据进行专题图层管理。

上述专题图层管理包括在三维数字地球中基于图层相关接口新建专题分类、新建专题图层、控制图层顺序、控制图层显示隐藏和根据时相信息生成时间轴。

步骤5，栅格类专题可视化：根据步骤4中的图层配置，基于三维数字地球对栅格类专题进行可视化。

上述栅格类专题可视化指的是将步骤2f获得的栅格瓦片用行业通用方法进行投影转换后以局部影像形式在在三维数字地球中进行显示，并在屏幕上部中间显示专题名一，在屏幕右下角显示图例一，右键弹窗以报表形式显示描述文件一中的描述信息。

步骤6，矢量类专题可视化：根据步骤4中的图层配置，基于三维数字地球对矢量类专题进行可视化。

上述矢量类专题可视化指的是在屏幕上部中间显示专题名二，在屏幕右下角显示图例二，右键弹窗以报表形式显示描述文件二中的描述信息，同时在三维数字地球中显示矢量渲染对象序列。

在三维数字地球中显示矢量渲染对象序列的方法，包括以下步骤。

步骤6a，获取待渲染内存数据：使用三维数字地球对矢量渲染对象序列进行解析，得到待渲染的内存数组。

步骤6b，选择可视化形式：对步骤6a中获得的内存数组中的每组数据，根据矢量图元类型、显示参数、属性信息等，选择可视化形式。

步骤6c，点可视化：对矢量图元是点类型的数据，通过经纬度坐标生成显示点位置，通过显示参数获得点形状和大小，通过符号化规范和资源描述获得点图标，以散点图形式进行可视化，并通过点大小或标牌等方式显示属性信息。

步骤6d，线可视化：对矢量图元是线类型的数据，通过经纬度坐标插值生成线位置，通过显示参数获得线型、颜色、宽度，通过符号化规范和资源描述获得线样式，以网络图或动态流图形式进行可视化，并通过线宽度或标牌等方式显示属性信息。

步骤6e，面可视化：对矢量图元是面类型的数据，通过经纬度坐标插值生成面位置，通过显示参数获得面填充、颜色、边界类型，通过符号化规范和资源获得面样式，以区域图或热力图形式进行可视化，并通过区域大小、颜色色阶或标牌等方式显示属性信息。

步骤6f，体可视化：对矢量图元是体类型的数据，通过经纬度坐标插值生成底面位置，通过显示参数获得低面填充、颜色、边界和柱面类型，通过符号化规范和资源获得体样式，以三维柱状图形式进行可视化，并通过柱状图高度、颜色色阶、底面区域大小或标牌等方式显示属性信息。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。