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基于數字地球的可視化方法及系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610059989.2

申請日:

2016.01.28

公開號:

CN106257542A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06T 19/00申請日:20160128|||公開
IPC分類號: G06T19/00(2011.01)I; G06F17/30 主分類號: G06T19/00
申請人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
發明人: 鄭顯柱; 杜家興; 何嘉武; 朱連軍; 周澤云; 童繼鳳; 吳迪; 李衛東; 孫劍橋; 岳宇辰
地址: 100072 北京市豐臺區杜家坎21號
優先權:
專利代理機構: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002 代理人: 李相雨
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610059989.2

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種基于數字地球的可視化方法及系統。該方法包括獲取數據庫中需要可視化的統計數據;獲取所述統計數據的可視化要素數量;根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號;利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化。該裝置基于本發明提供的基于數字地球的可視化方法實現。本發明可以將所獲取的統計數據在數字地球上面采用三維模型清楚的展示,從而滿足部隊實際保障需求。

權利要求書

1.一種基于數字地球的可視化方法,其特征在于,包括:
獲取數據庫中需要可視化的統計數據;
獲取所述統計數據的可視化要素數量;
根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號;
利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上
進行渲染可視化。
2.根據權利要求1的可視化方法,其特征在于,所述根據可視化
要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號的步驟包括:
判斷可視化要素數量是單要素還是多要素;
根據可視化要素數據利用統計數據分類模型對所述統計數據分類
或者利用統計數據分級模型對所述統計數據分級處理。
3.根據權利要求2所述的可視化方法,其特征在于,所述統計數
據分類模型包括系統聚類模型、典型樣本單元聚類模型和模糊聚類模
型中的一種或者多種。
4.根據權利要求2所述的可視化方法,其特征在于,所述統計數
據分級模型包括余弦插值法、等差分級模型、等比分級模型、分位數
分級模型、最優分割分級模型和逐步模式識別分級模型中的一種或者
多種。
5.根據權利要求4所述的可視化方法,其特征在于,所述利用統
計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可
視化的步驟中包括采用余弦插值法實現分級色彩計算:
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式中,F為起始色,E為終止色,n為分級數,Mi為從F到E的位
置為Pi的漸變顏色,i=2,……,n-1,Pi=(i-1)/(n-1),Pi∈[0,1];FR、FG、FB、
ER、EG和EB為F和E在RGB空間分解為紅綠藍分量,MiR、MiG、MiB為
漸變顏色Mi的紅綠藍分量;Ti為歸一化過程中的中間變量。
6.根據權利要求1~5任意一項所述的可視化方法,其特征在于,
所述利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上
進行渲染可視化的步驟中該統計符號的尺寸滿足以下表達式:
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>*</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>D</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
式中,Fi為對應統計數據Fi符號尺寸的大小,Fmax為統計符號的最
大尺寸,Fmin為統計符號的最小尺寸,Dmax為統計數據的最大值,Dmin為
統計數據的最小值。
7.一種基于數字地球的可視化系統,其特征在于,基于權利要求
1~6任意一項所述的可視化方法實現,所述系統包括:
統計數據獲取單元,用于獲取數據庫中需要可視化的統計數據;
要素數量獲取單元,用于獲取所述統計數據的可視化要素數量;
統計符號獲取單元,用于根據可視化要素數量獲取每個統計數據
的可視化統計符號;
統計符號生成單元,用于利用上述統計符號生成模型繪制上述可
視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化。
8.根據權利要求7所述的可視化系統,其特征在于,所述統計符
號獲取單元包括判斷模塊,該判斷模塊具體用于:
判斷可視化要素數量是單要素還是多要素;
根據可視化要素數據利用統計數據分類模型對所述統計數據分類
或者利用統計數據分級模型對所述統計數據分級處理。
9.根據權利要求7所述的可視化系統,其特征在于,所述統計符
號生成單元采用余弦插值法實現分級色彩計算:
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10.根據權利要求7所述的可視化系統,其特征在于,所述統計
符號生成單元繪制該統計符號的尺寸滿足以下表達式:
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說明書

基于數字地球的可視化方法及系統

技術領域

本發明涉及計算機領域,具體涉及一種基于數字地球的可視化方法及系統。

背景技術

現階段在軍事應用領域中出現了很多的信息系統,這些信息系統大部分是基于現有信息系統的數據庫進行研發的,即對數據庫中的信息進行簡單的展現,而對數據歸并整理、挖掘分析、三維展示等方面研究較少。出現上述問題在原因在于:一是需要開發形式多樣的數據接口,建立各種各樣的接口服務,浪費了人力、物力和財力;二是各個應用系統中的不準確數據容易導致查詢到錯誤的結果;三是由于基礎信息沒有統一,各應用系統各自為營、互相獨立,查詢系統不知道從哪個應用系統獲取相應的基礎信息;四是系統如要升級,就會設計方方面面的修改,這給升級、維護帶來了諸多的不便;五是查詢方式單一、展現形式老舊,通常以數據統計表格的方式展現,不夠直觀清晰。

在國內態勢展示方面,中國某計算所的MGIS產品在軍標標繪、軍用數據應用處理等方面也已經比較領先,但其MGIS產品系列主要基于二維平臺,在展現某些態勢時不夠清晰直觀,無法滿足部隊實際保障需求。

發明內容

針對現有技術中的缺陷,本發明提供一種基于數字地球的可視化方法及系統,可以將所獲取的統計數據在數字地球上面采用三維模型清楚的展示,從而滿足部隊實際保障需求。

第一方面,本發明提供了一種基于數字地球的可視化方法,包括:

獲取數據庫中需要可視化的統計數據;

獲取所述統計數據的可視化要素數量;

根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號;

利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化。

優選地,所述根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號的步驟包括:

判斷可視化要素數量是單要素還是多要素;

根據可視化要素數據利用統計數據分類模型對所述統計數據分類或者利用統計數據分級模型對所述統計數據分級處理。

優選地,所述統計數據分類模型包括系統聚類模型、典型樣本單元聚類模型和模糊聚類模型中的一種或者多種。

優選地,所述統計數據分級模型包括余弦插值法、等差分級模型、等比分級模型、分位數分級模型、最優分割分級模型和逐步模式識別分級模型中的一種或者多種。

優選地,所述利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化的步驟中包括采用余弦插值法實現分級色彩計算:

式中,F為起始色,E為終止色,n為分級數,Mi為從F到E的位置為Pi的漸變顏色,i=2,……,n-1,Pi=(i-1)/(n-1),Pi∈[0,1];FR、FG、FB、ER、EG和EB為F和E在RGB空間分解為紅綠藍分量,MiR、MiG、MiB為漸變顏色Mi的紅綠藍分量;Ti為歸一化過程中的中間變量。

優選地,所述利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并 在數字地球上進行渲染可視化的步驟中該統計符號的尺寸滿足以下表達式:

式中,Fi為對應統計數據Fi符號尺寸的大小,Fmax為統計符號的最大尺寸,Fmin為統計符號的最小尺寸,Dmax為統計數據的最大值,Dmin為統計數據的最小值。

第二方面,本發明實施例還提供了一種基于數字地球的可視化系統,基于上文所述的可視化方法實現,所述系統包括:

統計數據獲取單元,用于獲取數據庫中需要可視化的統計數據;

要素數量獲取單元,用于獲取所述統計數據的可視化要素數量;

統計符號獲取單元,用于根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號;

統計符號生成單元,用于利用上述統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化。

優選地,所述統計符號獲取單元包括判斷模塊,該判斷模塊具體用于:

判斷可視化要素數量是單要素還是多要素;

根據可視化要素數據利用統計數據分類模型對所述統計數據分類或者利用統計數據分級模型對所述統計數據分級處理。

優選地,所述統計符號生成單元采用余弦插值法實現分級色彩計算:

優選地,所述統計符號生成單元繪制該統計符號的尺寸滿足以下表達式:

由上述技術方案可知,本發明根據對需要可視化的統計數量的可視化要素數據獲取每個個統計數據的統計符號;利用統計符號生成模型編制統計符號。本發明可以將所獲取的統計數據在數字地球上面采用三維模型清楚的展示,從而滿足部隊實際保障需求。

附圖說明

通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特征和優點,附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制,在附圖中:

圖1是本發明實施例提供的一種基于數字地球的可視化方法的流程示意圖;

圖2是本發明實施例提供的可視化統計符號圖;

圖3~圖6是本發明實施例提供的柱狀圖;

圖7~圖8是本發明實施例提供的餅狀圖;

圖9是本發明實施例提供的分層設色圖;

圖10是本實施例提供的一種基于數字地球的可視化系統框圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。

第一方面,本發明提供了一種基于數字地球的可視化方法,如圖1所示,包括:

S1、獲取數據庫中需要可視化的統計數據;

S2、獲取所述統計數據的可視化要素數量;

S3、根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號;

S4、利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化。

下面對本發明實施例提供的可視化方法各步驟作詳細說明。

首先介紹S1、獲取數據庫中需要可視化的統計數據的步驟。

本發明中滿足部隊實際保障需求,需要采集的統計數據包括基礎數據以及多源遙感影像數據。其中,基礎數據包括:單位目錄、裝備目錄、設備機工具目錄、器材目錄、資料目錄、工廠目錄、裝備主要部件、裝備壽命類型標準、裝備修理間隔標準、裝備配套標準、戰備器材基數標準、裝備廠家標準、裝備器材標準、保障設施標準、術語標準和標簽庫等。通過該多源遙感影像數據可以得到任意地形段的水平距離、垂直距離以及面積等。

需要說明的是,本發明只介紹了幾種可能用到的統計數據,本領域技術人員可以根據實際需要設定所需要的統計數據,本發明不作限定。

其次介紹S2、獲取所述統計數據的可視化要素數量的步驟。

需要說明的是,可視化要素是指,上述統計數據需要展現的變量的數量與種類。例如,當統計數據為單一要素時,其視覺變量可以采用形狀、尺寸或者色彩(色相、亮度、飽和度)、方向和透明度進行展示。當統計數據為多要素時,其視覺變量可以采用尺寸、形狀和色彩展示。

再次,介紹S3根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號的步驟。

實際應用中,一個統計符號往往包括多個可視化要素,是可視化要素變量的空間集合。當統計數據的可視化要素數量為單一要素時,例如單一要素為顏色時,可以選擇例如分類色彩圖或者分級色彩圖的可視化統計符號,當單一要素為尺寸時,可以采用例如點值圖的可視化統計符號。

當可視化要素包括多個時,可以選擇例如三維餅狀圖、三維柱狀圖或及其組合圖的可視化統計符號,如圖2所示。

最后,介紹S4、利用統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化的步驟。

本發明實施例中,可視化統計符號依賴于統計數據的可視化要素,因此需要建立模型對可視化統計符號中可視化要素的具體值進行計算,進而繪制出各個要素的尺寸或者顏色等符號。

可視化統計符號的生成過程中需要的模型主要有兩種:一是對統計數據進行處理的模型如統計數據的分類分級模型,稱為數據處理模型;另一種是依據統計數據符號繪制的模型,稱為符號繪制模型。

1、數據處理模型。數據處理模型是將統計數據的特征以數學方法來表達的數學關系式。數學處理模型的設計與選擇以制圖目的為基礎。

數據處理模型有多種,最常用的是分類分級模型。實際應用中,根據對統計數據的差異性和相似性進行聚類分析,實現對統計數據的分類。根據分類的結果,能夠把呈地域分布的地理現象繪制成類型圖或區劃圖如農業區劃圖、氣候區劃圖、經濟區劃圖等。數據分類模型主要有系統聚類模型、典型樣本單元聚類模型、模糊聚類模型等。

統計數據的定量數據是呈離散分布的數據,不能明顯、直接地反映出現象在空間分布上的規律和差異性,往往需要對數據進行統計分析、建立數據分級模型,采用分級色彩圖來表示它們。統計數據的分級主要包括兩個方面:分級數的確定和分級界限的確定。對統計數據的分級,增加級別以更加詳細地表示地理信息,因此要在保證統計數據可讀性和規律性的前提下,盡可能的使分級詳細些;為了增加專題地圖的可讀性需要盡可能多的分級,但是分級過細會導致數據離散性增大從而妨礙發現數據的分布規律,所以又必須限制等級。統計數據分級的主要模型包括等差分級模型、等比分級模型、分位數分級模型、最優分割分級模型、逐步模式識別分級模型等。

2、統計符號繪制模型。符號繪制模型主要是根據統計數據處理的 結果對統計符號進行繪制的模型,包括對統計符號的尺寸進行繪制的符號尺寸模型以及能夠計算分級分類色彩的色彩模型。

(1)符號尺寸模型。在設計分級符號時,考慮分級符號尺寸之間的差異,若差異過大會產生跳躍感,過小會使等級不夠明顯。在數據變化不大時,本發明實施例中分級符號的尺寸應當滿足以下線性模型:

式中,Fi為對應統計數據Fi符號尺寸的大小,Fmax為統計符號的最大尺寸,Fmin為統計符號的最小尺寸,Dmax為統計數據的最大值,Dmin為統計數據的最小值。

(2)色彩模型。色彩模型是用于計算系列等級色的色彩漸變算法。色彩漸變的算法很多,包括線性內插法、水平起始點插值法、水平終止點插值法、水平中點插值法、線性倒插法、余弦插值法、色調順時針插值法、色調逆時針插值法等。本發明實施例中選擇余弦插值法,該方法的漸變效果平滑性較好,能夠很好的表達等級數據。

式中,F為起始色,E為終止色,n為分級數,Mi為從F到E的位置為Pi的漸變顏色,i=2,……,n-1,Pi=(i-1)/(n-1),Pi∈[0,1];FR、FG、FB、ER、EG和EB為F和E在RGB空間分解為紅綠藍分量,MiR、MiG、MiB為漸變顏色Mi的紅綠藍分量;Ti為歸一化過程中的中間變量。

根據上述模型,本發明繪制了如圖3~圖6所示的柱狀圖、圖7~圖8所示的餅狀圖以及圖9所示的分級設色圖。

第二方面,本發明實施例還提供了一種基于數字地球的可視化系統,基于上文所述的可視化方法實現,如圖10所示,所述系統包括:

統計數據獲取單元,用于獲取數據庫中需要可視化的統計數據;

要素數量獲取單元,用于獲取所述統計數據的可視化要素數量;

統計符號獲取單元,用于根據可視化要素數量獲取每個統計數據的可視化統計符號;

統計符號生成單元,用于利用上述統計符號生成模型繪制上述可視化統計符號并在數字地球上進行渲染可視化。

優選地,所述統計符號獲取單元包括判斷模塊,該判斷模塊具體用于:

判斷可視化要素數量是單要素還是多要素;

根據可視化要素數據利用統計數據分類模型對所述統計數據分類或者利用統計數據分級模型對所述統計數據分級處理。

優選地,所述統計符號生成單元采用余弦插值法實現分級色彩計算:

優選地,所述統計符號生成單元繪制該統計符號的尺寸滿足以下表達式:

由上可以看出,本發明實施例提供的基于數字地球的可視化系統基于上文所述的基于數字地球的可視化方法實現,因而可以解決同樣的技術問題,并取得相同的技術效果,在此不再一一贅述。

綜上所述,本發明實施例提供的基于數字地球的可視化方法及系統,通過對統計數據(若干數據表)的可視化挖掘與可視化技術手段的處理,將數據庫中的每一個相關數據項作為單個圖元元素表示,大量的數據集構成數據圖像,同時將數據的各個要素值以多維數據的形式表示,可以從不同的維度進行觀察,從而對保障數據進行更深入的 觀察和分析,能夠從復雜的保障數據中快速識別、提煉出蘊含于內部形形色色的關系與規律,增強部隊在裝備保障工作中行動決策的準確性與科學性。

在本發明中,術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性。術語“多個”指兩個或兩個以上,除非另有明確的限定。

雖然結合附圖描述了本發明的實施方式,但是本領域技術人員可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型,這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的范圍之內。

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基于 數字 地球 可視化 方法 系統
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