CN104102466A - 一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器数据显示领域，具体为一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法。本发明以圆盘模型代表传感器节点在三维空间中显示，将圆盘等分成若干个小扇形加以颜色信息来对数据进行布局和比例显示，能够直观展示电量、温度、深度、压力、盐度、延时等传感器自身数据和水下环境参数，并能通过鼠标点击显示数据历史曲线。将需要监测的数据信息直观附着在三维物体模型上，在显示三维物体的同时也能观察到监测数据的变化。本发明克服了大量的水下多传感器节点网络监测数据显示和呈现给用户的过程中，传统显示方案中实时监测数据过于凌乱，监测者从中找到需要的数据十分费力，对传感器的位置不能直观感知，也把握不好传感器网络各节点状况的缺点。

Description

一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法

技术领域

本发明属于传感器数据显示领域，具体涉及一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法。 

背景技术

信号处理芯片和数字通信理论的发展，给水下传感器的迅速发展带来了技术支持，使得水下传感器广泛的应用到海洋监测领域。水下传感器网络自组网络协议和定位技术也日益完善，但是在监测数据显示和呈现给用户的过程中，传统显示方案中大量的水下多传感器节点网络实时监测数据过于凌乱，监测者从中找到需要的数据十分费力，对传感器的位置不能直观感知，也把握不好传感器网络各节点状况。 

然而计算机图形学的发展，给三维场景展示及数据可视化提供了很好的解决方案。在已构建的水下三维场景中，观察者可以直观感知场景中物体的方位信息，如果能将需要监测的数据信息直观附着在三维物体模型上，则在显示三维物体的同时也能观察到监测数据的变化，这给我们提供了一种水下多传感器节点数据可视化的呈现方法。 

发明内容

本发明的目的是克服大量的水下多传感器节点网络监测数据显示和呈现给用户的过程中，传统显示方案中实时监测数据过于凌乱，监测者从中找到需要的数据十分费力，对传感器的位置不能直观感知，也把握不好传感器网络各节点状况的缺点。 

    为此，本发明提供了一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，至少包括：传感器节点网络、含有数据处理模块的节点管理服务器及用以显示数据转化模型的显示模块； 

所述传感器节点网络包括多个传感器簇区每一传感器簇区内包括多个传感器节点，每一个传感器节点将其采集的数据传递给相应传感器簇区的簇首节点，进而经过汇聚节点传输到数据处理模块，该数据处理模块对接收到数据进行分类整合、解算各传感器节点的坐标并存储，同时由节点管理服务器生成三维水底场景、用以显示各传感器节点数据的圆盘模型，然后传输给显示模块，由该显示模块显示各簇首节点、三维水底场景，并以边界线的形式显示各簇首节点所在簇区范围；

通过鼠标操作模块实现从簇首节点、各簇首节点所在簇区范围的二维显示到包含传感器节点、簇首节点的三维水底场景三维显示的切换。

   所述的圆盘模型至少包括：分割圆盘模型的6组扇形和位于圆盘模型中心区域的节点标号；每组扇形包括：位于扇形且与扇形的弧相邻的数据名称、位于扇形内且在扇形的一条半径上的刻度盘、位于扇形内且其两个端点分别与该扇形内的刻度盘上代表数据值的刻度以及扇形的另一条半径相接的数值指示线、数值指示线和扇形的两条半径以及圆盘中心区域的边界所围的数据着色区、位于扇形内且处于数据着色区外并与数值指示线相邻的数据值；数据值可跟随数值指示线移动；刻度盘两端头刻度分别代表最大和最小警报值，并以红线标识；当数据值在最小警报值与最大警报值之间时，数据着色区以绿色标识，否则以红色标识，其中数据着色区的数值指示线根据数据值和最大最小警报值比例对应在刻度盘中；当鼠标操作模块点击任一扇形时，该扇形所在的圆盘模型旋转并使该扇形显示到圆盘模型里的正上方，同时圆盘模型中心区域显示与该扇形所对应的节点标号，并在该扇形上方显示数据值的数据历史曲线。 

    上述圆盘模型被6组扇形均分，并且当任一扇形位于圆盘模型内的正上方时，所述刻度盘位于该扇形的左边半径上；所述刻度盘靠近圆盘模型圆心的端头设置为最小报警值，而刻度盘的另外一个端头设置为最大报警值。 

上述方法的数据可视化呈现方法流程至少包含如下步骤： 

步骤501：节点管理服务器接受数据，利用数据处理模块解算坐标，分类整理并存储数据；

步骤502：取出监测区域所有簇首节点在显示器端平面显示；

步骤503：判断是否点击某个簇首节点，如是则进行步骤504，否则进行步骤502；

步骤504：根据数据实例化圆盘模型；

步骤505：构建三维水底场景，建立三维场景世界坐标系，将圆盘模型加载在场景中；

步骤506：开始帧循环；

步骤507：用户自主进行场景和数据的浏览；

步骤508：判断用户是否利用鼠标模块点击圆盘的某块扇形区域，如是则进行步骤509，否则进行步骤510；

步骤509：旋转圆盘模型使被点击扇形在圆盘里正上方，读取该扇形接口所代表的数据，绘制历史曲线显示在该扇形上方；

步骤510：判断是否更换簇区显示，如是则进行步骤511，否则进行步骤506；

步骤511：结束帧循环，返回步骤502。

上述步骤504，包含如下步骤： 

步骤601：获取该簇区内普通节点个数j，实例化j个圆盘模型，关联扇形数据接口和传感器数据，设置每个接口最大最小警报值；

步骤602：判断数据是否在最大最小警报值之间，如是则进行步骤603，否则进行步骤604；

步骤603：该扇形数据着色区以绿色显示，进行步骤605；

步骤604：该扇形数据着色区以红色显示，进行步骤605；

步骤605：根据最大最小警报刻度与接口数据值的比例设置数据着色区的数据指示线所在的刻度，并显示该数据的读数。

   上述圆盘模型至少被3组扇形进行等分，每组圆盘模型中的扇形个数与节点的传感器数据的数量对应，如节点的传感器数据不足3个，则预留多余扇形。 

本发明的有益效果：本发明以圆盘模型代表传感器节点在三维空间中显示，将圆盘等分成若干个小扇形加以颜色信息来对数据进行布局和比例显示，能够直观展示电量、温度、深度、压力、盐度、延时等传感器自身数据和水下环境参数，并能通过鼠标点击显示数据历史曲线。将需要监测的数据信息直观附着在三维物体模型上，在显示三维物体的同时也能观察到监测数据的变化。 

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。 

附图说明

图1 水下传感器数据显示系统的组成； 

图2 三维水底场景显示画面；

图3 圆盘模型的构造；

图4 响应鼠标点击后的圆盘模型显示历史曲线；

图5 数据可视化呈现方法流程图；

图6 实例化圆盘模型流程图；

附图标记说明：101、传感器节点网络；102、数据处理模块；103、显示模块；104、传感器节点；105、簇首节点；106、簇区；107、鼠标操作模块；201、三维水底场景；202、圆盘模型；301、数据名称；302、数据值；303、数据着色区；304、数值指示线；305、刻度盘；306、扇形；307、节点标号；401、数据历史曲线。

具体实施方式

    本实施例提供一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，至少包括传感器节点网络101、含有数据处理模块102的节点管理服务器及用以显示数据转化模型的显示模块103； 

如图1和图2所示，传感器节点网络101包括多个传感器簇区106，每一传感器簇区106内包括多个传感器节点104，每一个传感器节点104将其采集的数据传递给相应传感器簇区106的簇首节点105，进而经过汇聚节点传输到数据处理模块102，该数据处理模块102对接收到数据进行分类整合、解算各传感器节点104的坐标并存储，同时由节点管理服务器生成三维水底场景201、用以显示各传感器节点104数据的圆盘模型202，然后传输给显示模块103，由该显示模块103显示各簇首节点105、三维水底场景201，并以边界线的形式显示各簇首节点105所在簇区106范围；

通过鼠标操作模块107实现从簇首节点105、各簇首节点105所在簇区106范围的二维显示到包含传感器节点104、簇首节点105的三维水底场景201三维显示的切换。

如图2所示，簇区106内的传感器节点104采集数据传递给簇首节点105，簇首节点105多跳地进行传输给水面基站或船舶基站等汇聚节点，汇聚节点通过卫星或者互联网传输到节点管理服务器的数据处理模块102，数据处理模块102分类整合数据、解算节点坐标存储并传递给圆盘模型202，簇首节点105在显示模块103中显示并以虚线显示簇区106范围，这样可以直观显示各个簇区106的位置。当鼠标操作模块107点击簇首节点105时，显示模块103转换显示三维水底场景201、圆盘模型202和簇首节点105。 

其中节点管理服务器生成三维水底场景201需要硬件软件的支持，如独立显卡和OpenGL开放的底层图形库或者OSG交互式图形接口的支持，通过高程数据点和场景纹理建立水下地形和水下环境，给以光照、阴影等渲染技术，模拟三维水下环境。 

    如图3所示，圆盘模型202至少包括：分割圆盘模型202的6组扇形306和位于圆盘模型202中心区域的节点标号307；每组扇形306包括：位于扇形306内且与扇形306的弧相邻的数据名称301、位于扇形306内且在扇形306的一条半径上的刻度盘305、位于扇形306内且其两个端点分别与该扇形306内的刻度盘305上代表数据值302的刻度以及扇形306的另一条半径相接的数值指示线304、数值指示线304和扇形306的两条半径以及圆盘中心区域的边界所围的数据着色区303、位于扇形306内且处于数据着色区303外并与数值指示线304相邻的数据值302；数据值302可跟随数值指示线304移动；刻度盘305两端头刻度分别代表最大和最小警报值，并以红线标识；当数据值302在最小警报值与最大警报值之间时，数据着色区303以绿色标识，否则以红色标识，其中数据着色区303的数值指示线304根据数据值302和最大最小警报值比例对应在刻度盘305中；如图4所示，当鼠标操作模块107点击任一扇形306时，该扇形306所在的圆盘模型202旋转并使该扇形306显示到圆盘模型202里的正上方，同时圆盘模型202中心区域显示与该扇形306所对应的节点标号307，并在该扇形306上方显示数据值302的数据历史曲线401。在本实施方式中，圆盘模型202被6组扇形306均分，并且当任一扇形306位于圆盘模型202内的正上方时，所述刻度盘305位于该扇形306的左边半径上；所述刻度盘305靠近圆盘模型202圆心的端头设置为最小报警值，而刻度盘305的另外一个端头设置为最大报警值。 

圆盘模型中的扇形306个数与节点的传感器数据的数量对应，并将圆盘等分。至少应有3个扇形306以支持本技术的显示方案，如数据不足3个，则预留多余扇形306。本实施例中的6个扇形306只是其中一种方案，其他个数的扇形306都在本发明的保护之下。 

数值指示线304根据最小警报值min和最大警报值max以及数据值302x的计算来对应显示在刻度盘305中，需要用到的数据有最小警报刻度线到圆盘中心小圆的距离L1和最大最小警报刻度线间的距离L2。计算数值指示线304在刻度盘305中指示位置离圆盘中心小圆的距离Lx的计算方法是： 

（1）x小于min： ；

（2）x介于min和max之间：；

（3）x大于max：；

当传感器数据变化时，数据指示线304在刻度盘305上移动时，数据值302始终跟随数据指示线304移动，其显示位置始终在数据指示线304到扇形306的弧之间。

为了使圆盘模型在三维场景中显示较为逼真，需要对圆盘进行材质光照等美化渲染，圆盘的数据保存类型也有较多的模型格式，技术比较成熟，不作说明。 

如图5所示，数据可视化呈现方法流程图步骤特征是： 

步骤501：节点管理服务器接受数据，利用数据处理模块102解算坐标，分类整理并存储数据；

步骤502：取出监测区域所有簇首节点105在显示器端平面显示；

步骤503：判断是否点击某个簇首节点105，如是则进行步骤504，否则进行步骤502；

步骤504：根据数据实例化圆盘模型202；

步骤505：构建三维水底场景201，建立三维场景世界坐标系，将圆盘模型202加载在场景中；

步骤506：开始帧循环；

步骤507：用户自主进行场景和数据的浏览；

步骤508：判断用户是否利用鼠标模块点击圆盘的某块扇形306区域，如是则进行步骤509，否则进行步骤510；

步骤509：旋转圆盘模型202使被点击扇形306在圆盘里正上方，读取该扇形306接口所代表的数据，绘制历史曲线显示在该扇形306上方；

步骤510：判断是否更换簇区106显示，如是则进行步骤511，否则进行步骤506；

步骤511：结束帧循环，返回步骤502；

如图6所示，上述步骤504，包含如下步骤：

步骤601：获取该簇区内普通节点个数j，实例化j个圆盘模型，关联扇形数据接口和传感器数据，设置每个接口最大最小警报值；

步骤602：判断数据是否在最大最小警报值之间，如是则进行步骤603，否则进行步骤604；

步骤603：该扇形数据着色区以绿色显示，进行步骤605；

步骤604：该扇形数据着色区以红色显示，进行步骤605；

步骤605：根据最大最小警报刻度与接口数据值的比例设置数据着色区的数据指示线所在的刻度，并显示该数据的读数；

在步骤507中，用户进行场景浏览时，视点的切换和移动，可以通过鼠标左右键或者相应键盘键位的设置进行操作。一般的三维场景浏览方法即可适用于本发明。

本发明的优点是以圆盘模型代表传感器节点在三维空间中显示，将圆盘等分成若干个小扇形加以颜色信息来对数据进行布局和比例显示，能够直观展示电量、温度、深度、压力、盐度、延时等传感器自身数据和水下环境参数，并能通过鼠标点击显示数据历史曲线。将需要监测的数据信息直观附着在三维物体模型上，在显示三维物体的同时也能观察到监测数据的变化。 

本实施例没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，其特征是：至少包括：传感器节点网络（101）、含有数据处理模块（102）的节点管理服务器及用以显示数据转化模型的显示模块（103）；

所述传感器节点网络（101）包括多个传感器簇区（106），每一传感器簇区（106）内包括多个传感器节点（104），每一个传感器节点（104）将其采集的数据传递给相应传感器簇区（106）的簇首节点（105），进而经过汇聚节点传输到数据处理模块（102），该数据处理模块（102）对接收到数据进行分类整合、解算各传感器节点（104）的坐标并存储，同时由节点管理服务器生成三维水底场景（201）、用以显示各传感器节点（104）数据的圆盘模型（202），然后传输给显示模块（103），由该显示模块（103）显示各簇首节点（105）、三维水底场景（201），并以边界线的形式显示各簇首节点（105）所在簇区（106）范围；

通过鼠标操作模块（107）实现从簇首节点（105）、各簇首节点（105）所在簇区（106）范围的二维显示到包含传感器节点（104）、簇首节点（105）的三维水底场景（201）三维显示的切换。

2.根据权利要求书1所述的一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，其特征是：所述的圆盘模型（202）至少包括：分割圆盘模型（202）的6组扇形（306）和位于圆盘模型（202）中心区域的节点标号（307）；每组扇形（306）包括：位于扇形（306）内且与扇形（306）的弧相邻的数据名称（301）、位于扇形（306）内且在扇形（306）的一条半径上的刻度盘（305）、位于扇形（306）内且其两个端点分别与该扇形（306）内的刻度盘（305）上代表数据值（302）的刻度以及扇形（306）的另一条半径相接的数值指示线（304）、数值指示线（304）和扇形（306）的两条半径以及圆盘中心区域的边界所围的数据着色区（303）、位于扇形（306）内且处于数据着色区（303）外并与数值指示线（304）相邻的数据值（302）；数据值（302）可跟随数值指示线（304）移动；刻度盘（305）两端头刻度分别代表最大和最小警报值，并以红线标识；当数据值（302）在最小警报值与最大警报值之间时，数据着色区（303）以绿色标识，否则以红色标识，其中数据着色区（303）的数值指示线（304）根据数据值（302）和最大最小警报值比例对应在刻度盘（305）中；当鼠标操作模块（107）点击任一扇形（306）时，该扇形（306）所在的圆盘模型（202）旋转并使该扇形（306）显示到圆盘模型（202）里的正上方，同时圆盘模型（202）中心区域显示与该扇形（306）所对应的节点标号（307），并在该扇形（306）上方显示数据值（302）的数据历史曲线（401）。

3.根据权利要求书2所述的一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，其特征是：所述的圆盘模型（202）被所述的6组扇形（306）均分，并且当任一扇形（306）位于圆盘模型（202）内的正上方时，所述刻度盘（305）位于该扇形（306）的左边半径上；所述刻度盘（305）靠近圆盘模型（202）圆心的端头设置为最小报警值，而刻度盘（305）的另外一个端头设置为最大报警值。

4.根据权利要求书1所述的一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，其特征是：所述方法的数据可视化呈现方法流程至少包含如下步骤：

步骤501：节点管理服务器接受数据，利用数据处理模块（102）解算坐标，分类整理并存储数据；

步骤502：取出监测区域所有簇首节点（105）在显示器端平面显示；

步骤503：判断是否点击某个簇首节点（105），如是则进行步骤504，否则进行步骤502；

步骤504：根据数据实例化圆盘模型（202）；

步骤505：构建三维水底场景（201），建立三维场景世界坐标系，将圆盘模型（202）加载在场景中；

步骤506：开始帧循环；

步骤507：用户自主进行场景和数据的浏览；

步骤508：判断用户是否利用鼠标模块点击圆盘的某块扇形（306）区域，如是则进行步骤509，否则进行步骤510；

步骤509：旋转圆盘模型（202）使被点击扇形（306）在圆盘里正上方，读取该扇形（306）接口所代表的数据，绘制历史曲线显示在该扇形（306）上方；

步骤510：判断是否更换簇区（106）显示，如是则进行步骤511，否则进行步骤506；

步骤511：结束帧循环，返回步骤502。

5.根据权利要求书4所述的一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，其特征是：所述的步骤504，包含如下步骤：

步骤601：获取该簇区（106）内普通节点个数j，实例化j个圆盘模型（202），关联扇形（306）数据接口和传感器数据，设置每个接口最大最小警报值；

步骤602：判断数据是否在最大最小警报值之间，如是则进行步骤603，否则进行步骤604；

步骤603：该扇形数据着色区（303）以绿色显示，进行步骤605；

步骤604：该扇形数据着色区（303）以红色显示，进行步骤605；

步骤605：根据最大最小警报刻度与接口数据值的比例设置数据着色区（303）的数据指示线所在的刻度，并显示该数据的读数。

6.根据权利要求书1所述的一种水下多传感器节点数据可视化呈现方法，其特征是：圆盘模型（202）至少被3组扇形（306）进行等分，每组圆盘模型（202）中的扇形（306）个数与节点的传感器数据的数量对应，如节点的传感器数据不足3个，则预留多余扇形（306）。