本发明涉及等值线绘制技术领域，具体而言，涉及一种基于气象数据离散点网格化处理的全球等值线绘制方法。
背景技术：
等值线绘制是从大量采样数据中提取具有相同值的点的信息，并形成形态完整且位置精确的等值线，等值线图能够直观地展示数据的变化趋势，被广泛应用于石油勘探、矿井开采、气象预报等领域。
相关技术中，一方面，在进行等值线绘制时，需要对离散点进行网格化处理，每次给目标插值时都需要遍历所有的离散点，频繁计算两点之间的距离并按照距离进行排序，再选取符合要求的若干离散点作为采样点，此过程中计算量较大、过程繁琐、效率低下。
另一方面，在离散点选取的过程中，通常采用半径搜索法，即在指定半径范围内的所有采样点均作为计算值，而对于不同的目标地点而言，相同半径内的采样点分布数量并不均匀，当采样点数量较多时，导致计算量偏大，浪费服务器的运行资源，当采样点数量较少时，导致计算结果出现偏差，等值线绘制不准确。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中或相关技术中存在的技术问题之一。
针对上述问题，本发明提出了一种基于气象数据离散点网格化处理的全球等值线绘制方法，降低了采样点分布不均对计算虚拟网格特征值的影响，提高了服务器绘制等值线的准确性和响应速率。
为了实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种基于气象数据离散点网格化处理的全球等值线绘制方法，包括：步骤10，根据经度信息和纬度信息，构建虚拟网格；步骤20，获取虚拟网格内采样点的气象数据；步骤30，根据虚拟网格，确定采样网格；步骤40，统计任一采样网格中采样点的采样点数量，记作样本数量；步骤50，当判定样本数量小于预设采样点阈值时，统计采样网格外围相邻的虚拟网格中采样点的数量，记作样本数量；步骤60，当判定样本数量大于或等于预设采样点阈值时，计算采样网格的气象数据目标值；步骤70，根据气象数据目标值，构建全球气象数据等值线。
在上述任一项技术方案中，优选地，步骤50具体包括：步骤51，当判定样本数量小于预设采样点阈值时，统计采样网格外围相邻的虚拟网格内的采样点的数量，记作样本统计数量；步骤52，当判定样本统计数量小于采样点阈值时，判断外围相邻的虚拟网格的层数是否大于或等于预设层数；步骤53，当判定层数大于或等于预设层数时，将预设层数范围内的样本统计数量记作样本数量。
在上述任一项技术方案中，优选地，步骤30具体包括：步骤31，选取任一虚拟网格的任一顶点；步骤32，确定与顶点相接触的四个虚拟网格，记作采样网格，其中，顶点的气象数据值为气象数据目标值。
在上述任一项技术方案中，优选地，步骤60具体包括：步骤61，根据采样点的经度信息和纬度信息，计算采样点与顶点之间的采样间距；步骤62，根据气象数据、采样间距和预设权重公式，计算气象数据目标值。
在上述任一项技术方案中，优选地，步骤70，具体还包括：步骤71，选取任一边界边上的顶点，记作起始点；步骤72，根据起始点和包含起始点的虚拟网格的顶点，计算起始点在虚拟网格的边框上的等值点；步骤73，根据等值点和包含等值点的相邻虚拟网格的顶点，计算相邻虚拟网格的等值点；步骤74，根据起始点和等值点，构建全球气象数据等值线，其中，边界边为经度为180°的经线和纬度为90°的纬线。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤75，当判定等值点与顶点相重合时，计算等值点与预设修正值之间的和值，记作修正点；步骤76，根据修正点和包含修正点的相邻虚拟网格的顶点，计算相邻虚拟网格的修正等值点；步骤77，根据修正等值点、起始点和等值点，构建全球气象数据等值线。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤78，选取气象数据等值线上四个连续的等值点，绘制第一气象数据曲线段；步骤79，根据第一气象数据曲线段函数，采用三次b样条曲线法进行重构，生成第二气象数据曲线段函数；步骤710，根据第二气象数据曲线段函数，构建全球气象数据等值线。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤711，判断任一全球气象数据等值线是否闭合；步骤712，当判定全球气象数据等值线未闭合时，在全球气象数据等值线上的前两个等值点之间插入第一预设等值点，在全球气象数据等值线上的后两个等值点之间插入第二预设等值点；步骤713，根据前两个等值点、第一预设等值点和三次b样条曲线法，构建前端光滑曲线；步骤714，根据后两个等值点、第二预设等值点和三次b样条曲线法，构建后端光滑曲线；步骤715，根据第二气象数据曲线段函数、前端光滑曲线和后端光滑曲线，构建全球气象数据等值线。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤716，当判定全球气象数据等值线闭合时，获取全球气象数据等值线上的前三个等值点；步骤717，根据全球气象数据等值线上的最后一个等值点和前三个等值点，按照三次b样条曲线法，构建光滑补偿曲线；步骤718，根据全球气象数据等值线上的第二个至最后一个等值点和光滑补偿曲线，构建全球气象数据等值线。
在上述任一项技术方案中，优选地，还包括：步骤80，当判定虚拟网格包含边界边时，选取对侧相应位置处的虚拟网格进行拼接处理。
有益效果：
本发明中的技术方案通过按照经纬度构成若干个采样网格，并统计采样网格中的采样点的数量，当该采样网格中样本数量大于或等于预设采样点阈值时，利用该采样网格中采样点的气象数据计算该采样网格对应的气象数据目标值，有利于减小样本数量较多时计算气象数据目标值的计算量，提高了服务器绘制等值线过程中的响应速率，有利于降低服务器对硬件性能的需求。当采样网格中样本数量小于预设采样点阈值时，逐层统计采样网格外围相邻的虚拟网格内的采样点的数量，利用外围相邻的虚拟网格内的采样点数量满足样本数量内大于或等于预设采样点阈值的要求，有利于提高采样网格内样本数量较少时计算气象数据目标值的准确性，降低了因样本数量不足导致计算结果出现偏差的可能性，提高了绘制等值线的准确性。
本发明中的技术方案通过进一步设置预设层数，当采样网格内采样点较少时，逐层增加统计采样网格外围相邻的虚拟网格的层数，为了提高采样点数据的准确性，设置预设层数，作为最大采样网格外围采样点统计层数，提高了采样点选取的可靠性，降低了因样本数量少而选取距离较远的采样点作为采样值的可能性，进而提高了计算虚拟网格的气象数据目标值的准确性，有利于提高等值线挥着的准确性。
本发明中的技术方案通过获取采样点的气象数据，采用反距离权重法设置预设权重公式，计算气象数据目标值，提高了计算气象数据目标值的准确性，并通过根据气象数据目标值在虚拟网格中的位置绘制等值线，并对绘制的等值线进行光滑处理，提高了绘制等值线的可靠性。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的等值线绘制方法的示意流程图；
图2是根据本发明的一个实施例的采样点选取的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的等值点确定的示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的交点位置确定的示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的光滑处理后的等值线的示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的全球气象数据等值线绘制的效果图；
图7是根据本发明的另一个实施例的等值线绘制方法的示意流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一：
下面结合图1至图5对本发明实施例一进行说明。
图1是根据本发明的一个实施例的等值线绘制方法的示意流程图。
图2是根据本发明的一个实施例的采样点选取的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的等值点确定的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的交点位置确定的示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的光滑处理后的等值线的示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的全球气象数据等值线绘制的效果图。
如图1所示，根据本发明一个实施例的等值线绘制方法，包括：
步骤10，根据经度信息和纬度信息，构建虚拟网格；
步骤20，获取虚拟网格内采样点的气象数据；
在该步骤中，还包括，步骤21，根据采样点的经度信息、纬度信息和气象数据，生成虚拟网格对应的气象数据列表，有利于提高计算虚拟网格气象数据目标值的响应速率。
步骤30，根据虚拟网格，确定采样网格；
在该步骤中，具体包括：
步骤31，选取任一虚拟网格的任一顶点；
步骤32，确定与顶点相接触的四个虚拟网格，记作采样网格，
其中，顶点的气象数据值为气象数据目标值。
另外，还可以将任一虚拟网格确定为采样网格，根据虚拟网格的经纬度信息确定虚拟网格的中心点，该中心点的气象数据值为气象数据目标值。
步骤40，统计任一采样网格中采样点的采样点数量，记作样本数量；
具体地，在该步骤中，根据采样网格的经纬度范围，选取气象数据列表中对应的的采样点，进行采样点统计。
步骤50，当判定样本数量小于预设采样点阈值时，统计采样网格外围相邻的虚拟网格中采样点的数量，记作样本数量，
其中，预设采样点阈值为100。
在该步骤中，具体包括：
步骤51，当判定样本数量小于预设采样点阈值时，统计采样网格外围相邻的虚拟网格内的采样点的数量，记作样本统计数量；
步骤52，当判定样本统计数量小于采样点阈值时，判断外围相邻的虚拟网格的层数是否大于或等于预设层数，
其中，预设层数为10。
步骤53，当判定层数大于或等于预设层数时，将预设层数范围内的样本统计数量记作样本数量。
如图2(a)所示，选取任一顶点p，将与顶点p相接触的四个虚拟网格，即虚线201所包含的4个虚拟网格，记作采样网格，此时，采样网格的层数设置为1，虚线201内的采样点数量对应于样本统计数量n1＝7。
当判定该层采样网格中样本统计数量n1＝7小于预设采样点阈值时，统计该虚拟网格外围相邻的第一层虚拟网格内的采样点的数量，层数值设为2，即如图2(b)中虚线202所包含的16个虚拟网格，统计层数值为2时，对应的样本统计数量n2＝28，判断此时层数值2是否大于或等于预设层数，当判定为否时，判断该层数值虚拟网格中样本统计数量n2＝28是否小于预设采样点阈值，当判定n2＝28小于预设采样点阈值时，统计该虚拟网格外围相邻的第二层虚拟网格内采样点的数量，层数值设置为3，即如图2(c)中虚线203所包含的36个虚拟网格。
统计层数值为3时，对应的样本统计数量n3＝56，判断此时层数值3是否大于或等于预设层数，当判定为是时，将对应的样本统计数量n3＝56作为该虚拟网格对应的样本数量，此时，不再判断样本统计数量n3＝56是否小于采样点阈值。
步骤60，当判定样本数量大于或等于预设采样点阈值时，计算采样网格的气象数据目标值；
在该步骤中，具体包括：
步骤61，根据采样点的经度信息和纬度信息，计算采样点与顶点之间的采样间距；
具体地，根据虚拟网格构建x-y坐标系，x轴与虚拟网格的水平方向平行，y轴与虚拟网格的竖直方向平行，采样间距的计算公式为：
di(xi,yi)为采样间距，k为经纬度差值与距离的比例系数系数，xi为第i个采样点的经度信息，yi为第i个采样点的纬度信息，i的取值为小于或等于样本数量的任一正整数，x为对应顶点的经度信息，y为对应顶点的纬度信息。
步骤62，根据气象数据、采样间距和预设权重公式，计算气象数据目标值，
其中，预设权重公式为：
p(z)为该虚拟网格的气象数据目标值，用于绘制该虚拟网格对应的等值线，zi为第i个采样点的气象数据，n为样本数量，u为预设系数，预设系数u一般取值为2。
步骤70，根据气象数据目标值，构建全球气象数据等值线。
在该步骤中，具体还包括：
步骤71，选取任一边界边上的顶点，记作起始点；
其中，边界边为经度为180°的经线和纬度为90°的纬线。
步骤72，根据起始点和包含起始点的虚拟网格的顶点，计算起始点在虚拟网格的边框上的等值点；
步骤73，根据等值点和包含等值点的相邻虚拟网格的顶点，计算相邻虚拟网格的等值点；
具体地，将采样网格拆分成“面”、“边”与“点”的关系，其中，一个面包含四条边(边框)，一条边包含两个端点(顶点)，且每条边都关联一个面或两个面，当一条边为边界边时，判定该边界边关联一个面，对应的，非边界边关联两个面。
如图3所示，在绘制等值线时，首先遍历采样网格中的所有边界边302，判断给定的气象数据目标值是否等于任一边界边的顶点e1对应的气象数据目标值，将该顶点e1作为对应的气象数据等值线的起始点。
进一步地，在包含该边界边的两个面上，判断该给定的气象数据目标值位于该“面”上其余五条“边”上的位置，即根据给定的气象数据目标值与其余顶点的气象数据值之间的比例关系，确定边304上的等值点e2，并将该边304和面标记为“已使用”，并重复搜索判断该等值点e2在包含该边304但未标记“已使用”的面306内其余三条边上的位置(如等值点e3)，直至判断该等值点位于另一条边界边上，或者包含该边的所有面均被标记为“已使用”。
再进一步地，根据给定的气象数据目标值，遍历所有未标记为“已使用”的非边界边，判断气象数据目标值在该非边界边上的位置，并将该非边界边标记为“已使用”，直至判断该气象数据目标值位于一条标记为“已使用”的非边界边上。
如图4所示，对于经过任一虚拟网格的等值线而言，通过比较气象数据目标值(等值点)与虚拟网格一条边框上的两个顶点v1与v2、v1与v3、v2与v4、v3与v4之间的大小关系，确定气象数据目标值在该虚拟网格内的对应的起点位置a(等值点)和对应的终点位置(等值点)b1、b2或b3，进而确定通过该虚拟网格的等值线。
步骤74，根据起始点和等值点，构建全球气象数据等值线。
在该步骤70中，还包括：
步骤75，当判定等值点与顶点相重合时，计算等值点与预设修正值之间的和值，记作修正点，
其中，预设修正值的大小由该全球气象数据等值线上的等值点之间的间隔和比例系数相乘决定，比例系数一般取值为0.0001，等值点之间的间隔由等值线的精度决定。
具体地，在绘制地面温度的全球气象数据等值线时，设定等值点之间的间隔为2，即确定采样网格之后，根据采样网格的经纬度，确定气象数据列表中的统计范围，选取第n个、第n+2个、第n+4个、第n+6个、…、第n+m个采样点作为绘制地面温度的全球气象数据等值线，其中，n为气象数据列表中对应的第一个点，m为小于或等于采样网格对应的气象数据列表中采样点总数的最大偶数。
步骤76，根据修正点和包含修正点的相邻虚拟网格的顶点，计算相邻虚拟网格的修正等值点；
步骤77，根据修正等值点、起始点和等值点，构建全球气象数据等值线。
在该步骤70中，还包括：
步骤78，选取气象数据等值线上四个连续的等值点，绘制第一气象数据曲线段；
步骤79，根据第一气象数据曲线段函数，采用三次b样条曲线公式进行重构，生成第二气象数据曲线段函数，
其中，在全球气象数据等值线的平面内，三次b样条曲线公式：
q0,3为第二气象数据曲线段函数，gi(t)为三次b样条曲线的基函数，qi为选取的四个连续的等值点中的第i个等值点，i的取值为小于或等于4的正整数，基函数的计算公式为：
如图5所示，当进行光滑处理时，选取等值线上的连续的四个气象数据目标值点c1、c2、c3和c4，构成第一气象数据曲线402，利用三次b样条曲线法对第一气象数据曲线402中四个等值点构成三段曲线进行重构，得到重构后的第二气象数据曲线段函数为：
其中，
步骤710，根据第二气象数据曲线段函数，构建全球气象数据等值线。
在该步骤70中，还包括：
步骤711，判断任一全球气象数据等值线是否闭合；
步骤712，当判定全球气象数据等值线未闭合时，在全球气象数据等值线上的前两个等值点之间插入第一预设等值点，在全球气象数据等值线上的后两个等值点之间插入第二预设等值点；
其中，第一预设等值点和第二预设等值点的取值为该全球数据等值线上等值点的取值。
具体地，当判定等值线未闭合时，以前两个等值点为例，绘制前两个等值点的虚拟连接线，计算前两个点之间的距离，记作l，在前两个点之间的虚拟连接线上，取距离该全球数据等值线的前两个点中的第一个点(起始点)距离为1/20l的位置处，增加第一预设等值点。
步骤713，根据前两个等值点、第一预设等值点和三次b样条曲线法，构建前端光滑曲线；
步骤714，根据后两个等值点、第二预设等值点和三次b样条曲线法，计算后端光滑曲线；
步骤715，根据第二气象数据曲线段函数、前端光滑曲线和后端光滑曲线，构建全球气象数据等值线。
在该步骤70中，还包括：
步骤716，当判定所述全球气象数据等值线闭合时，获取所述全球气象数据等值线上的前三个所述等值点；
步骤717，根据所述全球气象数据等值线上的最后一个所述等值点和前三个所述等值点，按照所述三次b样条曲线法，构建光滑补偿曲线；
步骤718，根据所述全球气象数据等值线上的第二个至最后一个所述等值点和所述光滑补偿曲线，构建所述全球气象数据等值线。
在上述任一项实施例中，优选地，还包括：
步骤80，当判定虚拟网格包含边界边时，选取对侧相应位置处的虚拟网格进行拼接处理。
具体地，设定虚拟网格由经纬度之差为1的网格构成，即构成构成虚拟网格的四条边线分别为：东经n°、北纬m°、东经(n+1)°和北纬(m+1)°。当搜索到由东经179°、北纬30°、东经180°和北纬31°所构成的虚拟网格时，将东经180°和西经1°所构成的虚拟网格列与该网格进行拼接处理。
根据本发明中的实施例，绘制的全球等值线效果图如图6所示。
实施例二：
图7是根据本发明的另一个实施例的等值线绘制方法的示意流程图。
如图7所示，根据本发明一个实施例的等值线绘制方法，包括：
步骤202，获取全球的气象离散点数据；
步骤204，对离散点数据进行特殊处理；
在该步骤中，可以先按照经纬度构建第一网格，再根据经纬度间隔度数构建虚拟网格，将虚拟网格作为采样网格，每个虚拟网格内部含有0个至离散点(采样点)总数个范围内的若干个离散点的气象离散点数据；
进一步地，遍历所有离散点的气象离散点数据，并根据离散点的经度信息和纬度信息，将离散点与虚拟网格所对应，并构建虚拟网格对应的离散点数据列表；
步骤206，对特殊处理过的离散点数据进行插值，得到全球网格数据；
该步骤中，统计选取的虚拟网格中离散点的个数，当判定离散点个数小于预设离散点个数阈值时，选取该虚拟网格外围相邻的虚拟网格中的离散点作为计算该虚拟网格的离散点气象数据，并判断选取的外围相邻的虚拟网格的层数是否大于或等于预设层数，其中，与该虚拟网格距离相等的外围相邻的一周虚拟网格构成该虚拟网格的一层虚拟网格，当判定虚拟网格层数大于或等于预设层数时，采用预设层数范围内的离散点对应的气象数据计算该离散点气象数据目标值，其中，计算气象数据目标值的计算公式为：
p(z)为该虚拟网格的气象数据目标值，用于绘制该虚拟网格对应的等值线，zi为第i个采样点的气象数据，n为样本数量，u为预设系数，预设系数u一般取值为2。其中，采样间距的计算公式为：
di(xi,yi)为采样间距，k为经纬度差值与距离的比例系数系数，xi为第i个采样点的经度信息，yi为第i个采样点的纬度信息，i的取值为小于或等于样本数量的任一正整数，x为中心点的经度信息，y为中心点的纬度信息。
步骤208，使用网格数据追踪出等值线；
在该步骤中，将采样网格拆分成“面”、“边”与“点”的关系，其中，一个面包含四条边，一条边包含两个端点(顶点)，且每条边都关联一个面或两个面，当一条边为边界边时，判定该边界边关联一个面，对应的，非边界边关联两个面。
在绘制等值线时，首先遍历采样网格中的所有边界边，判断给定的气象数据目标值是否等于任一边界边的顶点对应的气象数据目标值，将该顶点作为对应的气象数据等值线的起始点。
进一步地，在包含该边界边的两个面上，判断该给定的气象数据目标值位于该“面”上其余五条“边”上的位置，即根据给定的气象数据目标值与其余顶点的气象数据值之间的比例关系，确定边上的等值点，并将该边和面标记为“已使用”，并重复搜索判断该等值点在包含该边但未标记“已使用”的面内其余三条边上的位置，直至判断该等值点位于另一条边界边上，或者包含该边的所有面均被标记为“已使用”。
再进一步地，根据给定的气象数据目标值，遍历所有未标记为“已使用”的非边界边，判断气象数据目标值在该非边界边上的位置，并将该非边界边标记为“已使用”，直至判断该气象数据目标值位于一条标记为“已使用”的非边界边上。
步骤210，对等值线进行特殊化处理；
步骤212，在可视化平台绘制等值线。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种基于气象数据离散点网格化处理的全球等值线绘制方法，包括：根据经度信息和纬度信息，构建虚拟网格；获取虚拟网格内采样点的气象数据；根据虚拟网格，确定采样网格；统计任一采样网格中采样点的采样点数量，记作样本数量；当判定样本数量小于预设采样点阈值时，统计采样网格外围相邻的虚拟网格中采样点的数量，记作样本数量；当判定样本数量大于或等于预设采样点阈值时，计算采样网格的气象数据目标值；根据气象数据目标值，构建全球气象数据等值线。通过本发明的技术方案，有利于减小目标地点样本数量较多时计算等值线特征值的计算量，提高了服务器绘制等值线过程中的响应速率，降低了服务器对硬件性能的需求，有利于提高目标地点样本数量较少时计算等值线的准确性，降低了因样本数量不足导致计算结果出现偏差的可能性，提高了采样点选取的可靠性，降低了因样本数量少而选取距离较远的采样点作为计算值的可能性，提高了绘制等值线的准确性。
本发明中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本发明装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本使用新型的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。