CN105069020B - 自然资源数据三维可视化方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自然资源数据在线三维可视化方法和系统，该方法主要包括自然资源数据组织与存储步骤以及自然资源数据处理与三维可视化步骤，自然资源数据组织与存储步骤首先根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并将自然资源数据采用金字塔模型制作由若干瓦片形成的瓦片图片数据，然后对各瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引；自然资源数据处理与三维可视化步骤包括站点站位三维可视化和自然环境对象动态三维可视化。该方法实现了在高性能三维可视化环境下，对各类自然资源与地理空间信息数据的实时在线三维渲染展示。
Description
技术领域
本发明涉及自然资源和空间地理数据应用技术领域，特别是一种自然资源数据三维可视化方法和系统。
背景技术
国家自然资源和空间地理基础信息库是《国家信息化领导小组关于我国电子政务建设指导意见》(中办发[2002]17号文)明确提出的国家电子政务四大基础信息库之一，为国家电子政务应用和社会公众提供长期、稳定、标准化的自然资源和空间地理基础信息产品及服务，对于建设跨部门的电子政务应用系统具有重要的参考价值，同时对跨部门电子政务合作机制的完善具有积极的探索意义。国家自然资源库项目的建设要求遵循高内聚、松耦合的原则，建立综合信息定制产品库统一技术支撑平台，提供综合信息定制产品库应用系统的开发环境和运行支撑环境，并完成6个一级定制产品库、至少29个二级定制产品库应用系统的开发与集成管理。自然资源综合信息定制产品库应用系统的建设，要求基于模型库和工作流程，提供方便的开发手段，实现快速的、便捷的构造各业务应用，从而有效地满足基于综合信息定制产品库的各行业的应用需求。
国家自然资源和地理空间信息数据种类繁多、格式复杂、组织形式多样。数据类型涵盖了影像、矢量、格网、表格、图片、文档等多种类型；空间范围覆盖了全球、全国、地区；时间以最新数据为主，也包括多种时相数据；同时，数据主题丰富，包含了自然资源专题和社会经济专题的各行业定制专题产品。其中，空间信息三维可视化技术自上世纪八十年代末以来成为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来，多样的三维地理信息系统(GIS)软件相继问世：首先是美国在2005年推出了Google Earth软件，它凭借强大的技术实力和经验，以操作简单和超群的用户体验优势，吸引了全球近十分之一的用户，同时也点燃了三维GIS 市场的战火，紧随其后，微软、NASA、ESRI、Skyline也相继推出了Virtual Earth、World Wind、 ArcGlobe、SkylineGlobe软件平台；近几年来，我国主流的GIS技术厂商也先后推出了类似的三维空间信息平台软件，比较有代表性的有：EV-Globe、GeoGlobe、AnGeo、SuperMap、 CityMaker、VRMap等；通过研究国内外通用三维平台在三维可视化表达方式的类型和特点，发现国内外三维空间信息平台在产品定位、技术架构存在一定的区别，但总体看来，各个平台的系统功能都基本类似，通用三维空间信息平台的三维可视化表达主要方式现状如下表所示：
采用通用的三维可视化方式对自然资源和地理空间信息数据进行三维可视化表达时，通用三维可视化方式在数据存储组织、数据快速更新以及面向数据特性的实时表达等方面的能力明显不足，无法满足高性能三维可视化环境下在线渲染展示的需要，现有的通用三维可视化方式主要存在以下主要问题：
1)尽管现有的通用三维可视化表达方式多种多样，但是，当前通用三维可视化表达方式只能按照传统数据类型的划分方式，对每一类数据采用多种不同的表达方式；并不能针对自然资源与地理空间信息数据中不同类型数据的数据特点和业务特性，在采用合适的三维表达方式及表达内容来体现各类数据的特点方面存在明显不足；
2)现有的数据存储组织方式中，各类数据和通用的三维可视化表达方式之间缺少快速有效的信息构建和传递通道，不能满足对数据直接进行高性能三维可视化表达的要求；
3)当数据量巨大和/或数据更新频率较高时，更加会给数据的三维可视化表达的实时性和表达性带来严峻的挑战。
发明内容
本发明针对现有的通用的三维可视化方式在数据存储组织、数据快速更新以及面向数据特性的实时表达等方面存在的问题，通过分析自然资源与地理空间信息数据的数据特点和业务特性，提出了一种自然资源数据在线三维可视化方法，先建立面向三维可视化表达的自然资源空间数据组织与索引，再通过针对自然资源数据特点的多种三维可视化方式，实现了在高性能三维可视化环境下，对各类自然资源与地理空间信息数据的实时在线三维渲染展示。
本发明的技术方案如下：
一种自然资源数据三维可视化方法，其特征在于，包括自然资源数据组织与存储步骤以及自然资源数据处理与三维可视化步骤：
所述自然资源数据组织与存储步骤，首先根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并将自然资源数据采用金字塔模型制作由若干瓦片形成的瓦片图片数据，然后对各瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引；
所述自然资源数据处理与三维可视化步骤包括站点站位三维可视化和自然环境对象动态三维可视化，
所述站点站位三维可视化，首先将各类型的综合数据的标识字段与站点站位数据的属性字段进行挂接关联，使综合数据与站点站位数据产生关联关系并具备空间属性，再将挂接后的综合数据进行动态组织与重构，将站点站位数据关联得到的综合数据进行类型划分后统一建立数据索引并按类型顺序排列，再基于站点站位空间位置信息对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染；
所述自然环境对象动态三维可视化，包括自然环境对象动态三维表达和多时相动态三维表达；所述自然环境对象动态三维表达，首先对自然环境对象数据进行运行轨迹和特征信息提取，然后在GIS服务器发布的WMS服务中通过模型动画和模型运行轨迹仿真的方式进行在线动态三维表达；所述多时相动态三维表达，首先采用数据的时间版本处理方式对不同时期的图像数据加以时间标识，通过不同数据的时间版本来区分不同时期的图像数据，然后在 GIS服务器发布的WMS服务中以时间轴的控制方式对于在时间序列上有连续变化的数据进行在线多时相动态三维表达。
所述自然资源数据处理与三维可视化步骤还包括矢量数据三维可视化和栅格图像三维可视化，
所述矢量数据三维可视化，首先加载矢量数据并获取地形瓦片二维投影的外包矩形范围，筛选出对应的矢量要素集合，再读取并实时渲染所述矢量要素集合，导出离屏纹理并叠加所述地形瓦片，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染；
所述栅格图像三维可视化，首先根据窗口显示范围要求利用所述四叉树空间索引调用采用所述金字塔模型制作的所述瓦片图片数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染。
所述自然资源数据处理与三维可视化步骤还包括专题地图三维可视化、数据场三维可视化和社会经济要素三维可视化，
所述专题地图三维可视化，首先制作专题地图文档且对专题地图文档通过动态标注的方式进行预处理，再将所述预处理后的专题地图进行动态配置，再通过GIS服务器将动态配置后的专题地图生成瓦片，然后发布为WMS服务并进行三维显示与在线渲染；
所述数据场三维可视化，首先将数据场数据进行预处理，再将预处理后的数据场数据进行可视化映射，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行数据场数据三维显示与在线渲染；
所述社会经济要素三维可视化，首先将社会经济要素数据的标识字段与空间数据的属性字段进行挂接关联，再将挂接后的社会经济要素数据进行动态抽取，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行社会经济要素数据关联信息三维表达。
在所述自然资源数据组织与存储步骤中，所述金字塔模型采用18度金字塔模型；所述瓦片编码采用14个字符编码，为各瓦片建立四叉树空间索引构成瓦片存储索引数组，各瓦片在瓦片存储索引数组中的位置偏移量为瓦片在金字塔模型中的编号；
在所述站点站位三维可视化中，所述各类型的综合数据包括统计表格数据和/或多媒体数据和/或专题地图数据和/或矢量数据和/或栅格图像数据；所述将挂接后的综合数据进行动态组织与重构，具体是将关联得到的综合数据按照类型划分为统计表格、文档、文本、图片、音频、视频、专题地图、矢量、栅格图像，并且统一建立各类型数据索引且按类型顺序排列。
在所述站点站位三维可视化中，所述对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染包括符号化表达、注记表达和空间关联表达；所述符号化表达为基于站点站位空间位置属性信息，在三维场景中以符号和文字表示站点站位数据，即对站点站位数据使用同一个符号进行纹理绘制或根据站点站位数据中的属性字段使用不同的符号进行分级渲染绘制；所述注记表达为对站点站位数据的文字注记进行纹理绘制；所述空间关联表达为将站点站位数据与各类型综合数据进行动态关联后，通过查询或拾取空间数据的方式，用单独的窗体为载体表达站点站位数据相关联的综合信息。
在所述数据场三维可视化中，所述将数据场数据进行预处理，具体表述为：首先对数据场数据的原始数据进行去除冗余数据处理；然后将适用于标量场表达的数据处理为网格数据；将适用于矢量场表达的数据处理为采用六面体体元或四面体体元的数据组织形式；所述将预处理后的数据场数据进行可视化映射，具体表述为：将预处理后的数据场数据转化为可通过图形或图像予以显示的几何数据，在映射的过程中，所述数据场数据被转换为图形元素、几何元素、颜色信息或纹理信息。
所述方法还包括建立实时联动更新机制，具体表述为：首先建立定制实时数据更新检测服务并建立更新参数数据库，当检测到数据更新状态时记录数据更新参数并写入更新参数数据库，读取更新源数据和更新参数入数据库处理生成更新的瓦片数据集，并且获取更新数据列表及发布更新数据服务。
一种自然资源数据三维可视化系统，其特征在于，包括依次连接的自然资源数据组织与存储模块以及自然资源数据处理与三维可视化模块，所述自然资源数据处理与三维可视化模块包括并联连接的站点站位三维可视化模块和自然环境对象动态三维可视化模块，所述站点站位三维可视化模块和自然环境对象动态三维可视化模块均与自然资源数据组织与存储模块相连；其中，
所述自然资源数据组织与存储模块根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并将自然资源数据采用金字塔模型制作由若干瓦片形成的瓦片图片数据，对各瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引；
所述站点站位三维可视化模块包括依次连接的站点站位数据关联模块、综合数据组织重构模块和第一三维表达模块，所述站点站位数据关联模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将各类型的综合数据的标识字段与站点站位数据的属性字段进行挂接关联使综合数据与站点站位数据产生关联关系并具备空间属性，所述综合数据组织重构模块将挂接后的综合数据进行动态组织与重构再将站点站位数据关联得到的综合数据进行类型划分后统一建立数据索引并按类型顺序排列，所述第一三维表达模块基于站点站位空间位置信息对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染；
所述自然环境对象动态三维可视化模块包括并联且均和自然资源数据组织与存储模块连接的自然环境对象动态三维表达模块和多时相动态三维表达模块；所述自然环境对象动态三维表达模块包括依次连接的数据提取模块和第二三维表达模块，所述数据提取模块连接自然资源数据组织与存储模块用于对自然环境对象数据进行运行轨迹和特征信息提取，所述第二三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中通过模型动画和模型运行轨迹仿真的方式进行在线动态三维表达；所述多时相动态三维表达模块包括依次连接的时间标识模块和第三三维表达模块，所述时间标识模块连接自然资源数据组织与存储模块用于采用数据的时间版本处理方式对不同时期的图像数据加以时间标识，通过不同数据的时间版本来区分不同时期的图像数据，所述第三三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中以时间轴的控制方式对于在时间序列上有连续变化的数据进行在线多时相动态三维表达。
所述自然资源数据处理与三维可视化模块还包括并联连接的专题地图三维可视化模块、数据场三维可视化模块和社会经济要素三维可视化模块，所述专题地图三维可视化模块、数据场三维可视化模块和社会经济要素三维可视化模块均与自然资源数据组织与存储模块相连，
所述专题地图三维可视化模块包括依次连接的专题地图预处理模块、生成瓦片模块和三维显示与渲染模块，所述专题地图预处理模块连接自然资源数据组织与存储模块用于制作专题地图文档且对专题地图文档通过动态标注的方式进行预处理，所述生成瓦片模块将所述预处理后的专题地图矢量数据生成瓦片，所述三维显示与渲染模块通过GIS服务器发布为WMS 服务并进行在线三维显示与渲染；
所述数据场三维可视化模块包括依次连接的数据场数据预处理模块、可视化映射模块和第四三维表达模块，所述数据场数据预处理模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将数据场数据进行预处理，所述可视化映射模块将预处理后的数据场数据进行可视化映射，所述第四三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中进行数据场数据三维显示与在线渲染；
所述社会经济要素三维可视化模块包括依次连接的社会经济要素数据关联模块、动态抽取模块和第五三维表达模块，所述社会经济要素数据关联模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将社会经济要素数据的标识字段与空间数据的属性字段进行挂接关联，所述动态抽取模块将挂接后的社会经济要素数据进行动态抽取，所述第五三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中进行社会经济要素数据关联信息三维显示与在线渲染。
所述自然资源数据处理与三维可视化模块还包括并联连接的矢量数据三维可视化模块和栅格图像三维可视化模块，所述矢量数据三维可视化模块和栅格图像三维可视化模块均与自然资源数据组织与存储模块相连，
所述矢量数据三维可视化模块，用于加载矢量数据并获取地形瓦片二维投影的外包矩形范围，筛选出对应的矢量要素集合，再读取并实时渲染所述矢量要素集合，导出离屏纹理并叠加所述地形瓦片，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染；
所述栅格图像三维可视化模块，用于根据窗口显示范围要求利用所述四叉树空间索引调用采用所述金字塔模型制作的所述瓦片图片数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行在线三维显示与在线渲染。
本发明的技术效果如下：
本发明涉及一种自然资源数据三维可视化方法，主要包括自然资源数据组织与存储步骤以及自然资源数据处理与三维可视化步骤，通过自然资源数据组织与存储步骤分析自然资源与地理空间信息数据的数据特点和业务特性，建立了面向三维可视化表达的高效自然资源空间数据组织与索引，并在此基础上通过自然资源数据处理与三维可视化步骤分别构建了面向自然环境对象动态三维可视化和面向站点站位三维可视化方式，实现了在高性能三维可视化环境下，对各类自然资源与地理空间信息数据的实时在线三维渲染展示。
本发明涉及的自然资源数据三维可视化方法，通过分析自然资源和地理空间数据的数据格式、组织形式、编码方式、关联关系和业务特性等数据特点，将其划分为基础地理数据(是作为统一的空间定位框架和空间分析基础的地理信息；通常包括地形数据、地名数据、数字高程模型数据、数字栅格地图、数字正射影像数据、土地覆盖数据、航天航空影像数据等；按照该类数据传统的划分方式，可划分为影像、地形、矢量、地名、三维模型等类型)和行业专题数据(是面向行业应用的、具有行业特点、由各行业定制的专题数据及产品；覆盖自然资源和社会经济两大专题，包括土地、地质、矿产、森林、海洋、气候、气象、水利等各行业信息；依据该类数据自身特点和业务特性，可划分为专题矢量、专题栅格图像、专题地图、统计表格、多媒体、站点站位、数据场、自然环境对象等类型)两大类数据，解决了通用三维可视化方法依据传统数据类型划分方式进行三维可视化表达时无法表达数据的业务特性的问题。本发明优选采用全球18度金字塔模型和瓦片编码规则，并使用基于嵌入式数据库技术对瓦片数据进行存储，以此构建三维数据集组织模型；同时，采用了分类、分层与分区(块)组织的策略构建场景金字塔，建立了基于全球范围的空间数据等经纬度格网四叉树空间索引，以此构建空间数据实时可视化组织模型；同时，该数据组织模型又能满足实时快速联动更新的需要。通过建立面向高性能三维可视化的空间数据组织模型，解决了空间数据的高性能实时调度和实时联动更新的问题，不但实现了对全球范围内多尺度空间数据的无缝集成，而且显著提升了空间数据索引和调度的效率。
本发明针对自然资源要素数据的特点，构建了自然资源要素的高性能三维可视化方法，优选从矢量、栅格影像、专题地图、站点站位、数据场和自然环境对象等各类自然要素数据中，动态抽取参与三维表达的数据，进行快速整合重构，构建数据之间的业务联系和三维表达通道，并通过实时绘制、仿真动画、多时相表达等方式，实现了自然资源要素数据的高性能三维可视化表达，解决了传统的通用三维可视化方法对自然资源要素数据的三维可视化表达能力不足的问题；本发明还针对社会经济要素数据的特点，构建了社会经济要素的高性能三维可视化方法，从统计表格、多媒体数据等各类社会经济要素数据中，动态抽取参与三维表达的数据，进行快速整合重构，构建数据之间的业务联系和三维表达通道，通过空间关联、广告牌、三维分级专题图、三维统计专题图等方式，实现了社会经济要素数据的高性能三维可视化表达，解决了传统的通用三维可视化技术对社会经济要素数据的三维可视化表达能力不足的问题。
本发明涉及的自然资源数据三维可视化系统，设置自然资源数据组织与存储模块和自然资源数据处理与三维可视化模块，自然资源数据组织与存储模块根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分，并将自然资源数据采用金字塔模型制作由若干瓦片形成的瓦片图片数据，对各瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引，建立面向高性能三维可视化的空间数据组织模型，解决了通用三维可视化技术依据传统数据类型划分方式进行三维可视化表达时无法表达数据的业务特性的问题，还实现了对全球范围多尺度空间数据的无缝集成，而且显著提升了空间数据索引和调度的效率。自然资源数据处理与三维可视化模块设置并联连接的站点站位三维可视化模块和自然环境对象动态三维可视化模块，构建了自然资源要素的高性能三维可视化技术，解决了传统的通用三维可视化技术对自然资源要素数据的三维可视化表达能力不足的问题，实现了在高性能三维可视化环境下，对各类自然资源与地理空间信息数据的实时在线三维渲染展示。
附图说明
图1为本发明的自然资源数据三维可视化方法的流程图。
图2为本发明的自然资源数据三维可视化方法的优选流程图。
图3为本发明的自然资源数据三维可视化方法的另一个优选流程图。
图4a为本发明涉及的专题地图三维可视化结果-全国常年平均降水量例图；图4b为本发明涉及的专题地图三维可视化结果-全国太阳能年总辐射量例图。
图5a为本发明涉及的站点站位三维可视化结果-全国森林异常热源点监测数据例图；图 5b为本发明涉及的站点站位三维可视化结果-中国海域1:100万表层海流站位数据例图。
图6a为本发明涉及的数据场三维可视化结果-中国海域海面气温例图；图6b为本发明涉及的数据场三维可视化结果-中国海域1:100万表层海流例图。
图7为本发明涉及的自然环境对象动态三维可视化结果-西北太平洋台风截图。
图8a为本发明涉及的社会经济要素三维可视化结果-“多媒体”例图；图8b为本发明涉及的社会经济要素三维可视化结果-中国“四大区域”产业分布例图。
图9为本发明涉及的矢量数据三维可视化结果-全国石油天然气盆地分布例图。
图10为本发明涉及的栅格图像三维可视化结果-全国土地利用分类例图。
图11为本发明的自然资源数据三维可视化系统的优选框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
本发明涉及一种自然资源数据三维可视化方法，其流程图如图1所示，具体包括自然资源数据组织与存储步骤以及自然资源数据处理与三维可视化步骤：
自然资源数据组织与存储步骤，首先根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并将自然资源数据采用金字塔模型制作瓦片图片数据，该瓦片图片数据由若干瓦片(或者说是若干瓦片数据)形成，然后对瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术如Berkeley DB 建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引；
自然资源数据处理与三维可视化步骤包括站点站位三维可视化和自然环境对象动态三维可视化；
站点站位三维可视化，首先将各类型的综合数据的标识字段与站点站位数据的属性字段进行挂接关联，使综合数据与站点站位数据产生关联关系并具备空间属性，再将挂接后的综合数据进行动态组织与重构，将站点站位数据关联得到的综合数据进行类型划分后统一建立数据索引并按类型顺序排列，再基于站点站位空间位置信息对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染，可以在GIS服务器发布的WMS服务中进行站点站位数据关联信息在线三维表达；
自然环境对象动态三维可视化，包括自然环境对象动态三维表达和多时相动态三维表达；自然环境对象动态三维表达，首先对自然环境对象数据进行运行轨迹和特征信息提取，然后在GIS服务器发布的WMS服务中通过模型动画和模型运行轨迹仿真的方式进行在线动态三维表达；多时相动态三维表达，首先采用数据的时间版本处理方式对不同时期的图像数据加以时间标识，通过不同数据的时间版本来区分不同时期的图像数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中以时间轴的控制方式对于在时间序列上有连续变化的数据进行在线多时相动态三维表达。
本发明涉及的一种自然资源数据三维可视化方法，优选地，自然资源数据处理与三维可视化步骤根据需求还包括并行的矢量数据三维可视化和栅格数据三维可视化，更进一步优选地，自然资源数据处理与三维可视化步骤根据需求还包括并行的专题地图三维可视化、数据场三维可视化和社会经济要素三维可视化，其优选流程如图2所示，其中，自然资源数据组织与存储步骤、站点站位三维可视化和自然环境对象动态三维可视化与上述的图1中各步骤的说明一致，此外对图2中其它步骤说明如下：
矢量数据三维可视化，首先加载矢量数据并获取地形瓦片二维投影的外包矩形范围，筛选出对应的矢量要素集合，再读取并实时渲染所述矢量要素集合，导出离屏纹理并叠加所述地形瓦片，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染；
栅格图像三维可视化，首先根据窗口显示范围要求利用所述四叉树空间索引调用采用所述金字塔模型制作的所述瓦片图片数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染；
专题地图三维可视化，首先制作专题地图文档且对专题地图文档通过动态标注的方式进行预处理，再将所述预处理后的专题地图进行动态配置，再通过GIS服务器将动态配置后的专题地图生成瓦片，然后发布为WMS服务并进行三维显示与在线渲染；
数据场三维可视化，首先将数据场数据进行预处理，再将预处理后的数据场数据进行可视化映射，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行数据场数据三维显示与在线渲染；
社会经济要素三维可视化，首先将社会经济要素数据的标识字段与空间数据的属性字段进行挂接关联，再将挂接后的社会经济要素数据进行动态抽取，然后在GIS服务器发布的 WMS服务中进行社会经济要素数据关联信息三维表达。
优选地，本发明涉及的上述自然资源数据三维可视化方法还可以建立实时联动更新机制，如图3所示，实时联动更新是通过在服务端定制一个实时执行数据源更新检测服务的方式实现的。在GIS服务器发布的WMS服务中进行在线三维显示时，建立定制实时数据更新检测服务并建立更新参数数据库，更新参数数据库用于存放数据更新参数信息，具体包括：更新数据所在的位置、更新的数据名称、更新数据区域范围、更新时间、是否已更新完成等信息。当检测到基础地理源数据的数据更新状态时记录数据更新参数并写入更新参数数据库，读取更新源数据和更新参数入数据库处理生成更新的瓦片数据集，并且获取更新数据列表，然后在GIS服务器发布更新数据服务。结合自然资源数据组织与存储步骤建立面向高性能三维可视化的空间数据组织模型，解决了空间数据的高性能实时调度和实时联动更新的问题。不但实现了对全球范围多尺度空间数据的无缝集成，而且显著提升了空间数据索引和调度的效率。
下面对本发明的一种自然资源数据三维可视化方法的具体方法及步骤进行详细说明。
1、自然资源数据组织与存储步骤
1)自然资源数据建模并生成瓦片
为了实现自然资源基础地理数据的高性能可视化表达，根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并可以采用金字塔模型将数据制作成瓦片图片(或者说是瓦片图片数据)，所采用的金字塔模型顶级(通常被标记为第0层)每个瓦片的跨度优选为18度，即优选地，金字塔顶级由10*20个瓦片构成，瓦片大小为256*256像素，瓦片格式为png或jpg 格式。
2)建立瓦片数据集
首先对瓦片进行编码，编号顺序规定为从第0层开始，按从左至右、从下到上依次进行，优选采用14字符的KEY作为编码依据的瓦片编码组织方式如下：
a)第1-2字符为Level编码，对应从0-FF级别的图层；
b)第3-8字符为X轴(列号)编码，对应从0-FFFFFF行，共6个字符，不足补0；
c)第9-14字符为Y轴(行号)编码，对应从0-FFFFFF列，共6个字符，不足补0；
d)行号和列号结合构成瓦片的名称。
然后基于Berkeley DB非关系型文件数据库建立瓦片数据集，并存储入数据库，这是一种牺牲存储空间来换取浏览效率的做法，在很大程度上能够减轻服务器(例如GIS服务器) 负担，大幅度提高浏览效率和速度，提升用户体验。
3)建立四叉树空间索引
将预生成的瓦片图片存储于数据库中的同时在存储过程中分别为每张瓦片图片建立索引，为各瓦片建立四叉树空间索引构成瓦片存储索引数组。基于金字塔模型中的瓦片编号索引瓦片，同时规定瓦片存储索引在瓦片存储索引数组中的位置偏移量为瓦片在金字塔模型中的编号；并且瓦片为按照缩放级别进行组织存储，因此计算某个地理位置的瓦片索引号时要结合显示级别进行计算。
基于全球范围的空间数据四叉树空间索引针对影像、矢量、模型、地名注记等空间数据的特征，将全球空间数据以四叉树进行组织，四叉树每个结点表示空间数据范围，同时存储指向该范围的空间数据集的指针；建立四叉树时，对东西半球分别建立两个四叉树，四叉树四个结点分别代表四个方向的空间范围，首先确定东西两个半球四叉树空间索引的第一层的经纬度间距和四叉树索引的原点经纬度，则第二层四叉树经纬度间距为第一层的一半，依次类推，这样全球四叉树一旦建立，四叉树与经纬度坐标范围的关系就确定下来，加入新的瓦片数据集只会对四叉树的结点进行更新而无需另建四叉树。对此规定：全球地理坐标的经度范围为[-180°,+180°]，纬度范围为[-90°，+90°]，此范围以外的坐标值均为无效值；在任意层内，横向和纵向格网块的数目之比为2:1，格网块的编码顺序由左到右，由下到上；第0层的分块数为2*1，第k层格网的分辨率为第k+l层格网的2倍；易知，第k层的分块数＝2(k+1)*2k。具体来说，已知经度λ和纬度φ，在第k层中，其所属网格的行列号计算公式如下：
RowNo＝└(2k*(φ+90))/90┘mod 2k
ColNo＝└(2k*(λ+180))/180┘mod 2(k+1)
式中，└┘是向下取整运算符，mod是取模运算符，λ是经度值，从-180°至+180°，φ是纬度值，从-90°至+90°，k是层号，从0开始。
反之，已知一个网格的层号是k，行号是y，列号是x，则该网格的经纬度范围计算公式如下：
west＝((x mod 2(k+1))*2k/180)–180
east＝west+180/2k
south＝((y mod 2k)*2k/90)–90
north＝south+90/2k
举例来说，例如，全球四层等经纬度格网，第0层瓦片的分辨率是180°(1行2列)、第1层瓦片的分辨率是90°(2行4列)、第2层瓦片的分辨率是45°(4行8列)、第3层瓦片的分辨率是22.5°(8行16列)；依据上述公式，可以算出北京(经度约116.5°，纬度约 40.0°)落在第3层中的行号为5，列号为13的网格内，该格网的经度范围是：112.5°～135.0°，纬度范围是：22.5°～45.0°。
更进一步，假设一个网格的层号是k，列号是x，行号是y，则在四叉树中：
该网格的左邻网格为：(k,(x–1+2(k+1))mod 2(k+1),y)
该网格的右邻网格为：(k,(x+1+2(k+1))mod 2(k+1),y)
该网格的上邻网格为：(k,x,(y+1+2k)mod 2k)
该网格的下邻网格为：(k,x,(y-1+2k)mod 2k)
该网格的上层网格为：(k-1,└x/2┘,└y/2┘)，其中，k>0
该网格的子网格分别为：(k+1,2*x,2*y)、(k+1,2*x+1,2*y)、(k+1,2*x,2*y+1) 和(k+1,2*x+1,2*y+1)。
2、自然资源数据处理与三维可视化(或者说自然资源数据多方式在线三维可视化)
1)专题地图三维可视化
首先制作专题地图文档，并对专题地图文档进行预处理，专题地图在通过GIS服务器(例如ArcGIS Sever、GeoServer)发布时，默认发布所有图层(无论是否开启可见)，无法选择性地发布个别图层，因此需要预先删除专题地图文档中不需要进行三维表达的图层，或者在业务表中配置需要参与三维表达的图层；由于专题要素(例如降水量等值面、等值线)的注记，以及辅助要素(例如行政区划)的注记，都不是作为一个独立的注记层存储，而是在转注记时存储在地图文档中，当通过GIS服务器发布且以WMS方式调用和加载时，无法加载这一类的注记对象，因此需通过以下方法提供注记数据：每个要表达的专题要素和辅助要素，采用动态标注注记，设置合理的注记符号化参数、位置及避让、抽稀规则，在加载WMS时，标注与要素作为一个整体表达。
再将预处理后的专题地图生成瓦片，对于已经具备制图表达效果的地图格式数据(例如mxd、pmf格式地图文档)，可以通过GIS服务器发布为WMS服务并进行在线三维显示与渲染。基于WMS的方式实时接入并渲染GIS服务器发布的专题地图数据可以是地图文档、也可以是已经渲染好的栅格地图；当渲染专题地图时，可以基于专题地图数据的空间位置信息直接渲染绘制；专题地图数据可以依地形显示，并且可以设置地图透明度显示，还可以设置背景无效值透明显示。图4a和图4b为本发明涉及的专题地图三维可视化结果例图，其中，图4a为全国常年平均降水量例图；图4b为全国太阳能年总辐射量例图。
优选地，在对专题地图文档进行预处理后，对专题地图进行动态配置，即对于不具备制图表达效果的原始矢量数据，可以采用配图模板或预先生成的样式文件，先对专题地图数据进行符号化配置，再将专题地图生成瓦片，然后通过GIS服务器发布为WMS服务并进行在线三维显示与渲染。
优选地，在对专题地图文档进行预处理后，可以通过GIS服务器将专题地图生成瓦片缓存，然后发布为WMS服务并进行在线三维显示与渲染。
优选地，在对专题地图文档进行预处理后，对专题地图进行动态配置，即对于不具备制图表达效果的原始矢量数据，可以采用配图模板或预先生成的样式文件，先对专题地图数据进行符号化配置，再通过GIS服务器将专题地图生成瓦片缓存，然后发布为WMS服务并进行在线三维显示与渲染。
2)站点站位三维可视化
站点站位数据自身包含了丰富的专题业务属性信息，对于此类属性信息，可以进行动态抽取。对于站点站位数据相关联的各类型综合数据(例如包括：统计表格、多媒体、专题地图、矢量、栅格图像等其他类型数据)，可以通过将各类型的综合数据的标识字段与站点站位的属性字段信息进行挂接，使综合数据与站点站位数据产生关联关系并具备空间属性。
对于已经动态挂接后的综合数据，还需要对该综合数据进行动态组织与重构，即将站点站位数据关联得到的综合数据按照类型划分为统计表格、文档、文本、图片、音频、视频、专题地图、矢量、栅格图像等，统一建立综合数据索引并且按类型顺序排列，利用该综合数据索引和排序，在三维表达时可快速地读取综合数据并选取适合地方式调用打开，在GIS服务器发布的WMS服务中进行站点站位数据及其关联信息在线三维表达(或者说是进行纹理绘制和在线渲染)。
站点站位数据及其关联信息在线三维表达可以包括符号化表达、注记表达和空间关联表达；符号化表达为基于站点站位空间位置信息，在三维场景中以丰富的符号和文字样式表示站点站位数据(可以包括站点站位自身类型、及其包含的自然要素或社会经济统计特性)；可以对站点站位数据使用同一个图片符号进行纹理绘制；还可以根据站点站位数据中的属性字段，用不同的符号进行分级渲染绘制；注记表达为对站点站位数据的文字注记进行纹理绘制，注记绘制时遵循注记样式、注记显示模式、注记自动避让、注记动态放置、注记去除重复等规则；空间关联表达为将站点站位数据与各类型综合数据进行动态关联后，通过查询或拾取空间数据的方式，用单独的窗体为载体表达站点站位数据相关联的综合信息。图5a和图5b 为本发明涉及的站点站位三维可视化结果例图，其中，图5a为全国森林异常热源点监测数据例图；图5b为中国海域1:100万表层海流站位数据例图，如图5b所示，基于中国海域1:100 万表层海流站点站位的矢量点数据的属性字段[AVESPEED](平均流速)，分级符号表示(符号的由浅至深表示平均流速的由小至大)中国海域1:100万表层海流站位的平均流速。
3)数据场三维可视化
首先对数据场数据进行预处理，由于数据场数据的原始数据(例如矢量数据和统计表格) 为数据点的组织形式，数据点的分布是不规则的并且数据点之间是离散的、散乱分布的；数据场数据的原始数据是海量数据的集合，存储量巨大，对于这样的原始数据必须对数据进行精炼压缩的预处理，去除冗余数据，以减少计算的时间复杂度。对于适合用于标量场表达的数据，可将数据处理为正规型网格数据；对于适合用于矢量场表达的数据，由于矢量场数据通常具有拓扑结构复杂和数据量庞大的特点，可以采用六面体体元或四面体体元的数据组织形式，前者适用于规则的和结构化的不规则矢量数据，后者则适用于拓扑结构任意复杂的数据场。
然后将数据场数据进行可视化映射，映射是整个数据场三维空间构建的核心所在，其目的是将预处理后的数据场矢量数据转化为可通过图形或图像 予以显示的几何数据，在映射的过程中，数据场数据被转换为图形元素、几何元素、颜色信息或纹理信息。可视化映射包括可视化方案和可视化区域的选择和设计，即决定在最后的图像中应该看到什么，如何用形状、光亮度、颜色以及其他属性表示出原始数据中人们感兴趣的性质和特点，优选地，利用等值面将数据映射为几何元素，体绘制将数据映射为颜色和不透明度，基于纹理的合成将数据映射为纹理信息等。
然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行数据场数据在线三维表达，在数据场实时三维空间可视化表达时，可以将数据场数据的属性字段与统计数据的属性字段进行挂接，使统计数据与数据场数据产生关联关系并具备空间属性；对于只带有数据大小特征的标量数据场，可以通过填色图、等值线、等值面、体绘制等实时绘制方式表达；对于既有大小也有方向特征的矢量数据场，可以通过箭头、曲线、质点等实时绘制方式表达。图6a和图6b为本发明涉及的数据场三维可视化结果例图，其中，图6a为中国海域海面气温例图；图6b为中国海域1:100万表层海流例图，如图6b所示，基于中国海域1:100万表层海流站点站位的矢量数据的方向属性字段，箭头符号表示中国海域1:100万表层海流流向。
4)自然环境对象动态三维可视化
a)自然环境对象动态三维可视化
首先对自然环境对象数据进行运行轨迹和特征信息提取，从自然环境对象数据中，按照自然环境对象实体的标识名称，分别提取运行轨迹路径数据，并以空间特征点方式保存，作为运行轨迹模拟仿真的运行轨迹路径；按照自然环境对象实体的标识名称，分别提取出如起始时间、速度、强度等特征信息，并以属性表的方式保存，作为运行轨迹模拟仿真的运行状态信息。
在GIS服务器发布的WMS服务中通过模型动画和模型运行轨迹仿真进行在线动态三维表达，对于具备时空运动特性的自然环境实体，如台风、热带气旋、沙尘暴等，基于其时间、空间、状态、运行轨迹等特性，在三维环境中通过模型动画和模型运行轨迹仿真的表达方式，对自然实体的真实运行状态进行模拟表达，可以使用自动播放或手动播放模式播放动画。图 7为本发明涉及的自然环境对象(西北太平洋台风的运行轨迹)动态三维可视化结果的动画播放的某一时刻截图。
b)多时相动态三维可视化
首先采用数据的时间版本处理方式，对不同时期的图像数据加以时间标识，通过不同数据的时间版本来区分不同时期的图像数据，不同时期的图像数据在物理上和逻辑上是分开的，在实际应用时，只需要选择不同时期的图像数据在逻辑上进行集成和应用即可，然后在GIS 服务器发布的WMS服务中进行在线动态三维表达，在进行在线动态三维表达时，可以以时间轴的控制方式，对于在时间序列上有连续变化的数据，实现自动和手动多时相动态演示。
5)社会经济要素三维可视化
首先将社会经济要素数据的标识字段与空间数据的属性字段进行挂接关联，由于社会经济要素数据本身不具备空间位置信息，无法在正确的空间位置上表达，因此，可以通过将社会经济要素数据的标识字段与空间数据(例如矢量数据、站点站位数据)的属性信息进行挂接，使社会经济要素数据具备其关联的空间位置的统计信息。
再将挂接后的社会经济要素数据进行动态抽取，对于统计表格类的社会经济要素数据，可以将不同的统计指标放在一起进行对比分析表达，则需要在多个相关联的统计表格数据中，分别动态抽取各自相应的统计指标数据并汇集在一张表中，在主表挂接的空间位置上进行表达；对于多媒体类的社会经济要素数据，已经进行空间挂接的多媒体数据，还需要对多媒体数据进行动态组织与重构，才能用正确的展现方式对多媒体数据实时表达，并且可以将空间挂接关联得到的多媒体数据划分为文档、文本、图片、音频、视频几大类型，统一建立数据索引并且按类型顺序排列，利用该索引和排序，在三维表达时可快速地读取多媒体数据并选取适合地方式调用打开，在GIS服务器发布的WMS服务中进行社会经济要素数据关联信息在线三维表达。在三维表达时，可以将统计表格、多媒体数据与地名、矢量或站点站位等空间数据挂接，通过查询或拾取空间数据的方式，用单独的窗体为载体表达空间数据相关联的多媒体数据；可以采用广告牌、地表投影、全景视图的方式，直接在三维场景中表达与空间数据关联的图片和视频多媒体数据；还可以将社会经济数据按照一定规则划分为不同等级，并在地图上用渐变色或渐变符号表示出来，对地图中图层的颜色、符号等进行分级设置；还可以使用属性表中对应字段作为统计字段，采用饼状图、柱状图、堆叠柱状图等三维统计图形式进行三维表达。图8a和图8b为本发明涉及的社会经济要素三维可视化结果例图，其中，图8a为“多媒体”广告牌例图；图8b为中国“四大区域”产业分布例图，分别在四大区域显示第一产业、第二产业和第三产业的增加值。
6)矢量数据三维可视化
采用基于纹理的矢量绘制方法，首先加载矢量数据并获取地形瓦片二维投影的外包矩形范围，然后通过筛选器依据外包矩形，从二维的矢量数据中筛选出对应的矢量要素集合，再通过二维绘图模块Render读取并实时渲染筛选的所述矢量要素集合，导出离屏纹理并叠加所述地形瓦片(经透明化处理，形成带有坐标属性的离屏纹理)，然后在GIS服务器发布的WMS 服务中进行三维显示与在线渲染，具体是利用纹理映射技术，在每个地形瓦片渲染时，将离屏纹理中相应区域绑定到该瓦片中，同时建立每个渲染瓦片与包含矢量要素的映射表，便于后续矢量点选和查询。图9为本发明涉及的矢量数据(全国石油天然气盆地分布)三维可视化结果例图。
当加载矢量数据时，抽取矢量的若干静态层次，然后将各个矢量图层分块，并将矢量的分层、分块信息保存在外存文件中，快速生成不同分辨率的矢量图层。当视点距离地面很远时，可以一次性调入分辨率较低的矢量图层；当视点距离地面较近时，调入分辨率较高的矢量图层。由于场景细节过多，可能超出了计算机的实时处理能力，因此可通过构建动态多分辨率矢量数据模型进行场景裁减。根据视点的位置和视线方向，选择静态矢量图层并确定矢量图层的显示范围和显示精度，并由此确定需要绘制的矢量分块集合，实时简化生成满足精度要求的动态矢量图层。
7)栅格图像三维可视化
首先根据窗口显示范围要求利用所述四叉树空间索引调用采用所述金字塔模型生成的所述瓦片图片数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染，基于栅格图像的空间位置信息可以直接渲染，对于像素值具备分级信息的栅格图像，可以采用分段设色绘制；同时，栅格图像数据可以依地形显示，并且可以设置地图透明度显示，设置背景无效值透明显示。图10为本发明涉及的栅格图像(全国土地利用分类)三维可视化结果例图。
对于单幅栅格图像，为了提高图像的实时显示速度，快速获取不同分辨率的图像信息，对影像分层并生成图像金字塔模型，根据不同的显示要求调用不同分辨率图像；同时，对数据进行分块，显示时只访问可见区域的数据，为了达到实时的显示速度且避免在影像显示过程中再进行数据的处理，可将分层、分块后的数据按照一定的格式存储到文件中，在显示时直接从文件中调用所需的数据；同时，根据当前窗口显示范围，计算出当前显示的倍数，找到与倍数最相近的栅格图像层数据，在影像放大、缩小、漫游的过程中，根据当前窗口显示范围的变化实时更改调用的数据；并且，为了节省内存空间，需要实时监测调入的数据块情况，将不在显示范围内的数据块从内存中清除，并调入新的数据块。
对于多幅栅格图像，即分辨率、尺寸大小并不统一，分布也没有一定的规则的多幅栅格图像，根据栅格图像的空间分布将空间区域划分为若干矩形块，并基于行、列对子块进行索引，如果为同一批栅格图像，则具有相同的分辨率、相同的尺寸，栅格图像之间的关系较为简单，可直接建立规则格网空间索引，格网大小可以选取影像本身的大小，方法如同单幅栅格图像空间索引的建立。
本发明还涉及一种自然资源数据三维可视化系统，该系统与上述自然资源数据三维可视化方法相对应，也可以理解为是实现上述方法的系统。该系统包括依次连接的自然资源数据组织与存储模块以及自然资源数据处理与三维可视化模块，其中，自然资源数据处理与三维可视化模块包括并联连接的站点站位三维可视化模块和自然环境对象动态三维可视化模块，站点站位三维可视化模块和自然环境对象动态三维可视化模块均与自然资源数据组织与存储模块相连。该系统的优选结构如图11所示，其自然资源数据处理与三维可视化模块进一步优选包括并联且均与自然资源数据组织与存储模块连接的专题地图三维可视化模块、数据场三维可视化模块、社会经济要素三维可视化模块、矢量数据三维可视化模块和栅格图像三维可视化模块。
其中，自然资源数据组织与存储模块根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并将自然资源数据采用金字塔模型制作由若干瓦片形成的瓦片图片数据，对各瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术如Berkeley DB建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引。将自然资源和地理空间数据中各类数据依据其数据特点和业务特性进行数据类型的划分，解决了通用三维可视化技术依据传统数据类型划分方式进行三维可视化表达时无法表达数据的业务特性的问题。自然资源数据组织与存储模块可建立面向高性能三维可视化的空间数据组织模型，解决了空间数据的高性能实时调度和实时联动更新的问题。不但实现了对全球范围多尺度空间数据的无缝集成，而且显著提升了空间数据索引和调度的效率。
专题地图三维可视化模块包括依次连接的专题地图预处理模块、生成瓦片模块和三维显示与渲染模块，专题地图预处理模块连接自然资源数据组织与存储模块用于制作专题地图文档且对专题地图文档进行预处理，生成瓦片模块将所述预处理后的专题地图矢量数据生成瓦片，三维显示与渲染模块通过GIS服务器发布为WMS服务并进行三维显示与在线渲染。
站点站位三维可视化模块包括依次连接的站点站位数据关联模块、综合数据组织重构模块和第一三维表达模块，站点站位数据关联模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将各类型的综合数据的标识字段与站点站位数据的属性字段进行挂接关联，使综合数据与站点站位数据产生关联关系并具备空间属性，综合数据组织重构模块将挂接后的综合数据进行动态组织与重构再将站点站位数据关联得到的综合数据进行类型划分后统一建立数据索引并按类型顺序排列，第一三维表达模块基于站点站位空间位置信息对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染，可以在GIS服务器发布的WMS服务中进行站点站位数据关联信息在线三维表达。
数据场三维可视化模块包括依次连接的数据场数据预处理模块、可视化映射模块和第四三维表达模块，数据场数据预处理模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将数据场数据进行预处理，可视化映射模块将预处理后的数据场数据进行可视化映射，第四三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中进行数据场数据在线三维表达。
自然环境对象动态三维可视化模块包括并联且均和自然资源数据组织与存储模块连接的自然环境对象动态三维表达模块和多时相动态三维表达模块；自然环境对象动态三维表达模块包括依次连接的数据提取模块和第二三维表达模块，数据提取模块连接自然资源数据组织与存储模块用于对自然环境对象数据进行运行轨迹和特征信息提取，第二三维表达模块在 GIS服务器发布的WMS服务中通过模型动画和模型运行轨迹仿真进行在线动态三维表达；多时相动态三维表达模块包括依次连接的时间标识模块和第三三维表达模块，时间标识模块连接自然资源数据组织与存储模块用于采用数据的时间版本处理方式对不同时期的图像数据加以时间标识，通过不同数据的时间版本来区分不同时期的图像数据，第三三维表达模块在 GIS服务器发布的WMS服务中以时间轴的控制方式对于在时间序列上有连续变化的数据进行在线多时相动态三维表达。
社会经济要素三维可视化模块包括依次连接的社会经济要素数据关联模块、动态抽取模块和第五三维表达模块，社会经济要素数据关联模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将社会经济要素数据的标识字段与空间数据的属性字段进行挂接关联，动态抽取模块将挂接后的社会经济要素数据进行动态抽取，第五三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中进行社会经济要素数据关联信息三维显示与在线渲染。社会经济要素三维可视化模块构建了社会经济要素的高性能三维可视化技术解解决了传统的通用三维可视化技术对社会经济要素数据的三维可视化表达能力不足的问题。
矢量数据三维可视化模块，用于加载矢量数据并获取地形瓦片二维投影的外包矩形范围，筛选出对应的矢量要素集合，再读取并实时渲染所述矢量要素集合，导出离屏纹理并叠加所述地形瓦片，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染。
栅格图像三维可视化模块，用于根据窗口显示范围要求利用所述四叉树空间索引调用采用所述金字塔模型制作的所述瓦片图片数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行在线三维显示与在线渲染。
优选地，上述第一、第二、第三、第四和第五三维表达模块可以为基于各上层模块的通用模块，即不同的上层模块均使用同一三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务实现在线三维表达。
本发明的自然资源数据在线三维可视化方法和系统，主要基于国家自然资源和地理空间基础数据信息库、空间信息组织管理以及三维可视化等技术原理来辅助实现GIS服务器发布的WMS服务，通过多种不同方式实现在线实时或动态三维可视化，基于专题图、站点站位、数据场以及自然资源和社会经济要素等不同类型数据实现三维显示与渲染。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (10)
1.一种自然资源数据三维可视化方法，其特征在于，包括自然资源数据组织与存储步骤以及自然资源数据处理与三维可视化步骤：
所述自然资源数据组织与存储步骤，首先根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并将自然资源数据采用金字塔模型制作由若干瓦片形成的瓦片图片数据，然后对各瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引；
所述自然资源数据处理与三维可视化步骤包括站点站位三维可视化和自然环境对象动态三维可视化，
所述站点站位三维可视化，首先将各类型的综合数据的标识字段与站点站位数据的属性字段进行挂接关联，使综合数据与站点站位数据产生关联关系并具备空间属性，再将挂接后的综合数据进行动态组织与重构，将站点站位数据关联得到的综合数据进行类型划分后统一建立数据索引并按类型顺序排列，再基于站点站位空间位置信息对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染；
所述自然环境对象动态三维可视化，包括自然环境对象动态三维表达和多时相动态三维表达；所述自然环境对象动态三维表达，首先对自然环境对象数据进行运行轨迹和特征信息提取，然后在GIS服务器发布的WMS服务中通过模型动画和模型运行轨迹仿真的方式进行在线动态三维表达；所述多时相动态三维表达，首先采用数据的时间版本处理方式对不同时期的自然资源数据加以时间标识，通过不同数据的时间版本来区分不同时期的自然资源数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中以时间轴的控制方式对于在时间序列上有连续变化的数据进行在线多时相动态三维表达。
2.根据权利要求1所述的三维可视化方法，其特征在于，所述自然资源数据处理与三维可视化步骤还包括矢量数据三维可视化和栅格图像三维可视化，
所述矢量数据三维可视化，首先加载矢量数据并获取地形瓦片二维投影的外包矩形范围，筛选出对应的矢量要素集合，再读取并实时渲染所述矢量要素集合，导出离屏纹理并叠加所述地形瓦片，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染；
所述栅格图像三维可视化，首先根据窗口显示范围要求利用所述四叉树空间索引调用采用所述金字塔模型制作的所述瓦片图片数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染。
3.根据权利要求1所述的三维可视化方法，其特征在于，所述自然资源数据处理与三维可视化步骤还包括专题地图三维可视化、数据场三维可视化和社会经济要素三维可视化，
所述专题地图三维可视化，首先制作专题地图文档且对专题地图文档通过动态标注的方式进行预处理，再将所述预处理后的专题地图进行动态配置，再通过GIS服务器将动态配置后的专题地图生成瓦片，然后发布为WMS服务并进行三维显示与在线渲染；
所述数据场三维可视化，首先将数据场数据进行预处理，再将预处理后的数据场数据进行可视化映射，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行数据场数据三维显示与在线渲染；
所述社会经济要素三维可视化，首先将社会经济要素数据的标识字段与空间数据的属性字段进行挂接关联，再将挂接后的社会经济要素数据进行动态抽取，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行社会经济要素数据关联信息三维表达。
4.根据权利要求1至3之一所述的三维可视化方法，其特征在于，在所述自然资源数据组织与存储步骤中，所述金字塔模型采用18度金字塔模型；所述瓦片编码采用14个字符编码，为各瓦片建立四叉树空间索引构成瓦片存储索引数组，各瓦片在瓦片存储索引数组中的位置偏移量为瓦片在金字塔模型中的编号；
在所述站点站位三维可视化中，所述各类型的综合数据包括统计表格数据和/或多媒体数据和/或专题地图数据和/或矢量数据和/或栅格图像数据；所述将挂接后的综合数据进行动态组织与重构，具体是将关联得到的综合数据按照类型划分为统计表格、文档、文本、图片、音频、视频、专题地图、矢量、栅格图像，并且统一建立各类型数据索引且按类型顺序排列。
5.根据权利要求4所述的三维可视化方法，其特征在于，在所述站点站位三维可视化中，所述对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染包括符号化表达、注记表达和空间关联表达；所述符号化表达为基于站点站位空间位置属性信息，在三维场景中以符号和文字表示站点站位数据，即对站点站位数据使用同一个符号进行纹理绘制或根据站点站位数据中的属性字段使用不同的符号进行分级渲染绘制；所述注记表达为对站点站位数据的文字注记进行纹理绘制；所述空间关联表达为将站点站位数据与各类型综合数据进行动态关联后，通过查询或拾取空间数据的方式，用单独的窗体为载体表达站点站位数据相关联的综合信息。
6.根据权利要求3所述的三维可视化方法，其特征在于，在所述数据场三维可视化中，所述将数据场数据进行预处理，具体表述为：首先对数据场数据的原始数据进行去除冗余数据处理；然后将适用于标量场表达的数据处理为网格数据；将适用于矢量场表达的数据处理为采用六面体体元或四面体体元的数据组织形式；所述将预处理后的数据场数据进行可视化映射，具体表述为：将预处理后的数据场数据转化为可通过图形或图像予以显示的几何数据，在映射的过程中，所述数据场数据被转换为图形元素、几何元素、颜色信息或纹理信息。
7.根据权利要求1至3之一所述的三维可视化方法，其特征在于，所述方法还包括建立实时联动更新机制，具体表述为：首先建立定制实时数据更新检测服务并建立更新参数数据库，当检测到数据更新状态时记录数据更新参数并写入更新参数数据库，读取更新源数据和更新参数入数据库处理生成更新的瓦片数据集，并且获取更新数据列表及发布更新数据服务。
8.一种自然资源数据三维可视化系统，其特征在于，包括依次连接的自然资源数据组织与存储模块以及自然资源数据处理与三维可视化模块，所述自然资源数据处理与三维可视化模块包括并联连接的站点站位三维可视化模块和自然环境对象动态三维可视化模块，所述站点站位三维可视化模块和自然环境对象动态三维可视化模块均与自然资源数据组织与存储模块相连；其中，
所述自然资源数据组织与存储模块根据自然资源数据特点和业务特性进行数据类型的划分并将自然资源数据采用金字塔模型制作由若干瓦片形成的瓦片图片数据，对各瓦片进行编码且基于嵌入式数据库技术建立瓦片数据集存储入数据库，并且在存储过程中分别为各瓦片建立四叉树空间索引；
所述站点站位三维可视化模块包括依次连接的站点站位数据关联模块、综合数据组织重构模块和第一三维表达模块，所述站点站位数据关联模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将各类型的综合数据的标识字段与站点站位数据的属性字段进行挂接关联使综合数据与站点站位数据产生关联关系并具备空间属性，所述综合数据组织重构模块将挂接后的综合数据进行动态组织与重构再将站点站位数据关联得到的综合数据进行类型划分后统一建立数据索引并按类型顺序排列，所述第一三维表达模块基于站点站位空间位置信息对站点站位数据及其关联信息进行纹理绘制和在线渲染；
所述自然环境对象动态三维可视化模块包括并联且均和自然资源数据组织与存储模块连接的自然环境对象动态三维表达模块和多时相动态三维表达模块；所述自然环境对象动态三维表达模块包括依次连接的数据提取模块和第二三维表达模块，所述数据提取模块连接自然资源数据组织与存储模块用于对自然环境对象数据进行运行轨迹和特征信息提取，所述第二三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中通过模型动画和模型运行轨迹仿真的方式进行在线动态三维表达；所述多时相动态三维表达模块包括依次连接的时间标识模块和第三三维表达模块，所述时间标识模块连接自然资源数据组织与存储模块用于采用数据的时间版本处理方式对不同时期的自然资源数据加以时间标识，通过不同数据的时间版本来区分不同时期的自然资源数据，所述第三三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中以时间轴的控制方式对于在时间序列上有连续变化的数据进行在线多时相动态三维表达。
9.根据权利要求8所述的三维可视化系统，其特征在于，所述自然资源数据处理与三维可视化模块还包括并联连接的专题地图三维可视化模块、数据场三维可视化模块和社会经济要素三维可视化模块，所述专题地图三维可视化模块、数据场三维可视化模块和社会经济要素三维可视化模块均与自然资源数据组织与存储模块相连，
所述专题地图三维可视化模块包括依次连接的专题地图预处理模块、生成瓦片模块和三维显示与渲染模块，所述专题地图预处理模块连接自然资源数据组织与存储模块用于制作专题地图文档且对专题地图文档通过动态标注的方式进行预处理，所述生成瓦片模块将所述预处理后的专题地图矢量数据生成瓦片，所述三维显示与渲染模块通过GIS服务器发布为WMS服务并进行在线三维显示与渲染；
所述数据场三维可视化模块包括依次连接的数据场数据预处理模块、可视化映射模块和第四三维表达模块，所述数据场数据预处理模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将数据场数据进行预处理，所述可视化映射模块将预处理后的数据场数据进行可视化映射，所述第四三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中进行数据场数据三维显示与在线渲染；
所述社会经济要素三维可视化模块包括依次连接的社会经济要素数据关联模块、动态抽取模块和第五三维表达模块，所述社会经济要素数据关联模块连接自然资源数据组织与存储模块用于将社会经济要素数据的标识字段与空间数据的属性字段进行挂接关联，所述动态抽取模块将挂接后的社会经济要素数据进行动态抽取，所述第五三维表达模块在GIS服务器发布的WMS服务中进行社会经济要素数据关联信息三维显示与在线渲染。
10.根据权利要求8或9所述的三维可视化系统，其特征在于，所述自然资源数据处理与三维可视化模块还包括并联连接的矢量数据三维可视化模块和栅格图像三维可视化模块，所述矢量数据三维可视化模块和栅格图像三维可视化模块均与自然资源数据组织与存储模块相连，
所述矢量数据三维可视化模块，用于加载矢量数据并获取地形瓦片二维投影的外包矩形范围，筛选出对应的矢量要素集合，再读取并实时渲染所述矢量要素集合，导出离屏纹理并叠加所述地形瓦片，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行三维显示与在线渲染；
所述栅格图像三维可视化模块，用于根据窗口显示范围要求利用所述四叉树空间索引调用采用所述金字塔模型制作的所述瓦片图片数据，然后在GIS服务器发布的WMS服务中进行在线三维显示与在线渲染。
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Non-Patent Citations (2)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105069020A (zh) | 2015-11-18 |
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