一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，本發(fā)明方法通過對大規(guī)模數(shù)據點建立R樹索引，采用一次過濾得到顯示范圍內的點，減少計算量，采用正向非重疊的原則，去除顯示重合點，采用網格的方式對顯示區(qū)進行劃分，通過網格最大顯示數(shù)量的原則和先進后出的算法過濾網格內的目標，得到最終顯示目標。本發(fā)明根據小于GPS頻率的刷新機制，提高目標對象的動態(tài)差異性。利用網格過濾方法對查詢后的目標進行動態(tài)過濾，實現(xiàn)圖文并茂的查詢，提高系統(tǒng)交互性。
【專利說明】一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機圖形學領域，尤其涉及一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法。

【背景技術】
[0002]一般的GIS根據地物的感興趣程度，將顯示方式分為底圖和專題圖，底圖是指數(shù)據量大變化頻率低，或者不關注的地物作為輔助背景顯示，比如土地、房屋、山脈、河流。這些地物GIS系統(tǒng)通常采用矢量數(shù)據柵格化的形式，將復雜的矢量數(shù)據轉為簡單的圖片進行顯示。專題圖是指，GIS系統(tǒng)根據實際需求在底圖上，疊加若干層感興趣的目標對象，如水利專題、地質災害專題、商業(yè)專題等，在一般情況下這些數(shù)據空間位置是固定的，通常采用柵格化(WMS)或者直接矢量(WFS)顯示。監(jiān)控目標屬于專題圖類，目標是動態(tài)運動的，與一般的靜態(tài)專題有所區(qū)別，需要實時計算目標位置并進行顯示，而且在小尺度和較大顯示范圍下，顯示數(shù)據量較大，對計算速度、客戶端承載能力、請求響應時間、顯示美觀度有較大的要求。
[0003]由于B/S框架的限制，當目標數(shù)量較大時，一次性顯示所有目標會超出客戶端負載能力，造成前端顯示頁面卡死的后果?，F(xiàn)有的大規(guī)?？臻g數(shù)據可視化研究中，通常采用層次細節(jié)模型(LOD)的方法對靜態(tài)空間地物進行分層分類，根據一定的規(guī)則顯示空間地物。然而并沒有有效的動態(tài)變化的空間對象可視化的處理方法。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，該方法通過網格最大顯示數(shù)量的原則和先進后出的算法過濾網格內的目標，最終顯示目標；該方法可以提高目標對象的動態(tài)差異性，實現(xiàn)圖文并茂的查詢，提聞系統(tǒng)交互性。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案達到上述目的:一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，包括如下步驟:
[0006](I)根據客戶端地圖區(qū)域的大小比例，構建M*N的矩形網格；
[0007](2)將所有目標GPS點構建索引，確定并按照實際顯示區(qū)范圍對所有目標進行過濾，形成初級目標群；
[0008](3)對初期目標群的目標GPS點進行排序并去除重疊目標，形成次級目標群；
[0009](4)遍歷所有網格內的目標，按照目標不能過多的原則和采用先進后出的過濾方式對目標進行過濾，形成終極目標群；
[0010](5)以固定的時間間隔進行定時計算，刷新目標信息并重構顯示區(qū)目標；
[0011](6)根據屬性查詢得到的目標過濾并進行空間計算確定顯示區(qū)與最佳顯示比例尺，進行動態(tài)顯示。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟⑴構建M*N的矩形網格的比例按照客戶顯示區(qū)大小而定，網格數(shù)量根據實際監(jiān)控目標數(shù)量和空間分布密度而定。
[0013]作為優(yōu)選，所述的網格數(shù)量根據實際監(jiān)控目標數(shù)量和空間分布密度而定的規(guī)則為目標越多，分布密度大，網格數(shù)越多；目標少，分布密度小，網格數(shù)越少。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟(2)對所有目標GPS點構建R樹索引；根據地圖的顯示區(qū)地理坐標范圍確立實際顯示區(qū)范圍。
[0015]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中對初期目標群的目標GPS點采用正向非重疊過濾方法進行排序并去除重疊目標，包括如下步驟:
[0016](I)設定目標圖標的大小P*Q像素，坐標點在圖標的中心位置；
[0017](2)以橫坐標(或縱坐標)為正向對所有可視區(qū)目標按照橫坐標(或縱坐標)進行排序；
[0018](3)給定每個目標坐標點的矩形緩沖區(qū)P*Q，遍歷得到兩兩不重疊的目標。
[0019]作為優(yōu)選，所述步驟⑷網格內的目標服從網格內目標不大于網格容許上限值的規(guī)則；對超過網格容許上限的目標進行過濾去除。
[0020]作為優(yōu)選，所述步驟(5)固定的時間間隔為小于GPS時間間隔。
[0021]作為優(yōu)選，所述步驟(6)根據查詢結果集的最小外接矩形確定顯示區(qū)范圍，計算當前地圖分辨率與系統(tǒng)分辨率的距離最小值，確定地圖顯示比例尺。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:(I)對大規(guī)模數(shù)據點建立R樹索引，采用漸進的三次過濾步驟得到目標顯示點，減少顯示目標數(shù)量，提高顯示合理性；(2)根據小于GPS時間的刷新機制，提高目標對象的動態(tài)差異性；(3)根據查詢結果集的相似性重復利用網格過濾方法，實現(xiàn)圖文并茂的查詢，提高系統(tǒng)交互性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實施例1中示例原始數(shù)據；
[0024]圖2是本發(fā)明實施例1中一次過濾后的數(shù)據；
[0025]圖3是本發(fā)明實施例1中正向非重疊過濾后的數(shù)據；
[0026]圖4是本發(fā)明實施例1中三次過濾后的數(shù)據；
[0027]圖5是本發(fā)明大規(guī)模動態(tài)監(jiān)控目標可視化的結構示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明大規(guī)模動態(tài)目標實時計算流程圖。

【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此:
[0030]實施例1:一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，主要包括如下步驟:
[0031](I)根據客戶端地圖區(qū)域的大小比例，構建5*4的矩形網格；將所有目標GPS點構建索引，確定并按照實際顯示區(qū)范圍對5000輛動態(tài)汽車進行過濾，形成初級目標群；其中，目標部分加載，在顯示區(qū)范圍內的目標加載，其他目標不加載。
[0032]地圖區(qū)域實際目標很多，首先要對地圖區(qū)域目標進行一次過濾，返回在顯示區(qū)內的目標。目標搜索可以根據顯示區(qū)四個角點轉換得到實際坐標，在已構建R樹索引的目標集合中，快速得到顯示區(qū)范圍的目標。
[0033]如圖1所示的為原始數(shù)據示意圖，圖上分有顯示區(qū)和地圖區(qū)域，圖1所示的數(shù)據經過顯示區(qū)域內的目標加載并進行一次過濾后就得到了圖2所示的數(shù)據示意圖，如圖2所示，顯示區(qū)域被劃成5*4的矩形網格。
[0034](2)對初期目標群的目標GPS點進行排序并去除重疊目標，形成次級目標群；目標不能出現(xiàn)重疊、覆蓋的情況，要求能夠清楚直觀的辨別每一個目標，能夠查看目標運行趨勢和相對位置。
[0035]由于目標顯示圖標是有大小的，近距離兩個點可能會出現(xiàn)重疊顯示或者覆蓋顯示，這種可視化效果很差，因此需要在步驟(I)過濾規(guī)則的基礎上進行二次過濾，刪除重疊目標。二次過濾時采用基于正向非重疊過濾方法。假設目標圖標的大小24*24像素，坐標點在圖標的中心位置，以橫坐標為正向對所有可視區(qū)目標按照橫坐標進行排序，給定每個目標坐標點的矩形緩沖區(qū)24*24，遍歷得到兩兩不重疊的目標。
[0036]圖2所示的一次過濾后數(shù)據示意圖經過本步驟的正向非重疊過濾方法后就得到了如圖3所示的第二次數(shù)據示意圖。
[0037](3)遍歷所有網格內的目標，按照目標不能過多的原則和采用先進后出的過濾方式對目標進行過濾，形成終極目標群；
[0038]經過此步驟后，設置一個網格最多顯示3輛車，其數(shù)據結果如圖4所示。
[0039](4)設GPS時間刷新間隔為10S，以5S的時間間隔進行定時計算，刷新目標信息并重構顯示區(qū)目標；
[0040]由于目標一直在運動，有可能會進出顯示區(qū)或者進出網格，需要重構顯示區(qū)目標，進行實時計算。如果定時器間隔時間大于等于10S，重構時刻獲得整批目標的變化數(shù)據進行統(tǒng)一變化，無法反應目標運動的隨機性，因此為了模擬實際目標的運動，應該以5S進行刷新。但是不能過濾頻繁刷新，增加請求響應負擔。
[0041]當客戶端顯示區(qū)變化時，能夠根據上述的規(guī)則進行快速的計算得到新目標集合。
[0042]顯示區(qū)隨著用戶平移、縮放地圖而發(fā)生變化，客戶區(qū)變化需要重構網格，并根據網格按照步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)的過濾規(guī)則篩選顯示目標。
[0043](5)根據屬性查詢得到的目標過濾并進行空間計算確定顯示區(qū)與最佳顯示比例尺，進行動態(tài)顯示。
[0044]條件查詢后能夠根據過濾的目標進行空間計算，得到包含目標目標的客戶區(qū)，并根據步驟(I)、步驟⑵和步驟⑶的過濾規(guī)則進行過濾。
[0045]用戶會指定查看所屬區(qū)域的目標，因此系統(tǒng)需要根據屬性查詢得到的目標，重構顯示區(qū)，顯示過濾目標，達到圖文互操作的顯示效果。本方案根據目標坐標的最小外接矩形和客戶端顯示區(qū)長寬像素值，計算地圖顯示最佳分辨率，把最佳分辨率和地圖的金字塔分辨率參數(shù)進行比對，得到地圖縮放的比例zoom，再根據步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)的過濾規(guī)則進行過濾，得到過濾目標，返回zoom、中心點和過濾目標。
[0046]實施例2:—種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其大規(guī)模動態(tài)監(jiān)控目標可視化的結構如圖5所示，其主要有客戶端與服務端組成；如圖6所示的為本發(fā)明大規(guī)模動態(tài)目標實時計算流程圖，主要包括如下步驟，其中客戶端主要處理:
[0047]a)客戶端地圖平移縮放，地圖可視區(qū)產生變化，觸發(fā)網格計算的人工交互條件。
[0048]b)客戶端獲取地圖的環(huán)境變量，將客戶端數(shù)據打包，通過AJAX傳給服務器。
[0049]服務器接收到客戶端的請求后，結合實時環(huán)境和服務端的計算環(huán)境開始過濾，主要步驟如下:
[0050](I)根據客戶端地圖區(qū)域的大小比例，構建4*3的矩形網格；將所有目標GPS點構建索引，確定并按照實際顯示區(qū)范圍對4000輛動態(tài)汽車進行過濾，形成初級目標群；其中，目標部分加載，在顯示區(qū)范圍內的目標加載，其他目標不加載。
[0051](2)對初期目標群的目標GPS點進行排序并去除重疊目標，形成次級目標群；目標不能出現(xiàn)重疊、覆蓋的情況，要求能夠清楚直觀的辨別每一個目標，能夠查看目標運行趨勢和相對位置。
[0052]由于目標顯示圖標是有大小的，近距離兩個點可能會出現(xiàn)重疊顯示或者覆蓋顯示，這種可視化效果很差，因此需要在步驟(I)過濾規(guī)則的基礎上進行二次過濾，刪除重疊目標。二次過濾時采用基于正向非重疊過濾方法。假設目標圖標的大小30*30像素，坐標點在圖標的中心位置，以縱坐標為正向對所有可視區(qū)目標按照縱坐標進行排序，給定每個目標坐標點的矩形緩沖區(qū)30*30，遍歷得到兩兩不重疊的目標。
[0053](3)遍歷所有網格內的目標，按照目標不能過多的原則和采用先進后出的過濾方式對目標進行過濾，形成終極目標群；
[0054]經過此步驟后，設置一個網格最多顯示6輛車；
[0055](4)設GPS時間刷新間隔為5S，以2S的時間間隔進行定時計算，刷新目標信息并重構顯示區(qū)目標；
[0056]由于目標一直在運動，有可能會進出顯示區(qū)或者進出網格，需要重構顯示區(qū)目標，進行實時計算。如果定時器間隔時間大于等于5S，重構時刻獲得整批目標的變化數(shù)據進行統(tǒng)一變化，無法反應目標運動的隨機性，因此為了模擬實際目標的運動，應該以2S進行刷新。
[0057]當客戶端顯示區(qū)變化時，能夠根據上述的規(guī)則進行快速的計算得到新目標集合。
[0058]顯示區(qū)隨著用戶平移、縮放地圖而發(fā)生變化，客戶區(qū)變化需要重構網格，并根據網格按照步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)的過濾規(guī)則篩選顯示目標。
[0059](5)根據屬性查詢得到的目標過濾并進行空間計算確定顯示區(qū)與最佳顯示比例尺，進行動態(tài)顯示。
[0060]條件查詢后能夠根據過濾的目標進行空間計算，得到包含目標目標的客戶區(qū)，并根據步驟(I)、步驟⑵和步驟⑶的過濾規(guī)則進行過濾。
[0061]用戶會指定查看所屬區(qū)域的目標，因此系統(tǒng)需要根據屬性查詢得到的目標，重構顯示區(qū)，顯示過濾目標，達到圖文互操作的顯示效果。本方案根據目標坐標的最小外接矩形和客戶端顯示區(qū)長寬像素值，計算地圖顯示最佳分辨率，把最佳分辨率和地圖的金字塔分辨率參數(shù)進行比對，得到地圖縮放的比例zoom，再根據步驟(I)、步驟(2)和步驟(3)的過濾規(guī)則進行過濾，得到過濾目標，返回zoom、中心點和過濾目標。
[0062]其中，擴展屬性查詢是為了能夠實現(xiàn)圖文并茂，所查所見的交互體驗，主要步驟包括:
[0063](I)擴展客戶端的空間目標查詢，記錄地圖顯示區(qū)和比例尺。
[0064](2)擴展核心查詢，對核心查詢結果集的坐標建模，構建最小外接矩形。
[0065](3)將最小外接矩形作為地圖可視區(qū)范圍，計算地圖目標比例尺。
[0066](4)計算過濾數(shù)據，組裝數(shù)據返回。
[0067](5)客戶端解析數(shù)據，設置地圖最佳顯示比例和最佳顯示區(qū)。
[0068]以上的所述乃是本發(fā)明的具體實施例及所運用的技術原理，若依本發(fā)明的構想所作的改變，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，仍應屬本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據客戶端地圖區(qū)域的大小比例，構建M*N的矩形網格； (2)將所有目標GPS點構建索引，確定并按照實際顯示區(qū)范圍對所有目標進行過濾，形成初級目標群； (3)對初期目標群的目標GPS點進行排序并去除重疊目標，形成次級目標群； (4)遍歷所有網格內的目標，按照目標不能過多的原則和采用先進后出的過濾方式對目標進行過濾，形成終極目標群； (5)以固定的時間間隔進行定時計算，刷新目標信息并重構顯示區(qū)目標； (6)根據屬性查詢得到的目標過濾并進行空間計算確定顯示區(qū)與最佳顯示比例尺，進行動態(tài)顯示。
2.根據權利要求1所述的一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于，所述步驟(I)構建M*N的矩形網格的比例按照客戶顯示區(qū)大小而定，網格數(shù)量根據實際監(jiān)控目標數(shù)量和空間分布密度而定。
3.根據權利要求2所述的一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于，所述的網格數(shù)量根據實際監(jiān)控目標數(shù)量和空間分布密度而定的規(guī)則為目標越多，分布密度大，網格數(shù)越多；目標少，分布密度小，網格數(shù)越少。
4.根據權利要求1所述的一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于，所述步驟(2)對所有目標GPS點構建R樹索引；根據地圖的顯示區(qū)地理坐標范圍確立實際顯示區(qū)范圍。
5.根據權利要求1所述的一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于，所述步驟(3)中對初期目標群的目標GPS點采用正向非重疊過濾方法進行排序并去除重疊目標，包括如下步驟: (1)設定目標圖標的大小P*Q像素，坐標點在圖標的中心位置； (2)以橫坐標(或縱坐標)為正向對所有可視區(qū)目標按照橫坐標(或縱坐標)進行排序; (3)給定每個目標坐標點的矩形緩沖區(qū)P*Q，遍歷得到兩兩不重疊的目標。
6.根據權利要求1所述的一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于，所述步驟(4)網格內的目標服從網格內目標不大于網格容許上限值的規(guī)則；對超過網格容許上限的目標進行過濾去除。
7.根據權利要求1所述的一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于，所述步驟(5)固定的時間間隔為小于GPS時間間隔。
8.根據權利要求1所述的一種實時環(huán)境下利用網格實現(xiàn)大規(guī)模動態(tài)目標可視化方法，其特征在于，所述步驟(6)根據查詢結果集的最小外接矩形確定顯示區(qū)范圍，計算當前地圖分辨率與系統(tǒng)分辨率的距離最小值，確定地圖顯示比例尺。
【文檔編號】G06F17/30GK104199949SQ201410464466
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權日:2014年9月12日
【發(fā)明者】章鵬, 陳瓊 申請人:中電海康集團有限公司