CN108364331A - 一种等值线生成方法、系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及互联网和多媒体技术领域。具体而言，涉及一种在线生成等值线的方法、装置及计算机可读存储介质。在一个等值线生成方法的实施方案中，包括：第一模块，用于根据获取的空间数据生成离散空间数据集；第二模块，用于对所述离散空间数据集进行数据插值，生成网格数据；第三模块，用于根据所述网格数据生成等值线。

Description

一种等值线生成方法、系统和存储介质

技术领域

本发明涉及一种等值线生成方法，具体而言，涉及一种在线生成等值线 的方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

本发明对背景技术的描述属于与本发明的相关技术，仅仅是用于说明和 便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为 是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。

等值线图是以一组相等数值的连线表示制图对象数量、特征的图。等值 线是制图对象某一数量指标值相等的各点连成的平滑曲线，由地图上标出的 表示制图对象数量的各点，采用内插法找出各整数点绘制而成的。等值线地 图的编制，则通常是在地理底图上标出制图对象的相对点位(测站)的数值， 然后把数值相等的点联成圆滑曲线，勾画出制图对象的空间结构特征。等值 线在地图应用非常广泛，如表现地势起伏和地貌结构的等高线图与等深线 图，以及等温线，等压线，等高线，等势线等。

现有等值线生成技术是基于后端系统生成渲染好的等值线图片应用端 进行显示，如ArcGIS，SuperMap，但是后端生成时效低，更新频率慢，且 一但生成不能够进行调整，用户不能交互式使用等值线。因此，需要设计开 发一种能够实时生成，甚至能与用户交互的等值线。

发明内容

为解决上述现有技术的缺陷，本发明实施例提供一种在线生成等值线的 方法、装置及计算机可读存储介质。

为此，本发明一个实施例的等值线生成装置，包括：第一模块，用于根 据获取的空间数据生成离散空间数据集；第二模块，用于对所述离散空间数 据集进行数据插值，生成网格数据；第三模块，用于根据所述网格数据生成 等值线。

本发明另一个实施例的等值线生成方法，包括：根据获取的空间数据生 成离散空间数据集；对所述离散空间数据集进行数据插值，生成网格数据； 根据所述网格数据生成等值线。

此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程 序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现上述等值线生成方法的步骤。

此外，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在 存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所 述程序时实现上述等值线生成方法的步骤。

采用上述技术方案，能够在浏览器中实时生成等值线，大幅提高更新效 率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍：

图1示出了本申请的一种等值线生成装置的示意图；

图2示出了本申请的一种等值线生成方法的示意图；

图3示出了本申请的又一种等值线生成装置的示意图；

图4示出了本申请的Webgl渲染管线图；

图5示出了本申请的又一种等值线生成方法的示意图；

图6示出了根据本发明实时生成的等值线的渲染效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实 施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解 为暗示其相对重要性。

下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合 并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能 组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、 D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能 的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

本发明采用上述技术方案，能够在浏览器中实时生成等值线，时效快， 更新效率得到大幅提高。

实施例一

图1示出了本申请涉及的一种等值线生成装置的示意图。如图1所示， 本实施例的等值线生成装置100，包括：第一模块1001，用于根据获取的空 间数据生成离散空间数据集；第二模块1002，用于对所述离散空间数据集进 行数据插值，生成网格数据；第三模块1003，用于根据所述网格数据生成等 值线。本实施例通过Web中对空间点数据构造空间索引，从而在线生成等 值线，解决了等值线绘制过程中效率问题，提高了等值线的绘制速度。通过 在空间数据插值过程中使用建立空间索引，加快插值的速度。

第一模块1001，根据获取的空间数据生成离散空间数据集。

具体地说，将获取的点、线、面空间数据处理成离散点数据。

空间数据属性值包括离散类型和连续类型，对于连续类型属性，可能取 得属性值数量非常多，甚至是无限的。在空间数据分析过程中，传统数据挖 掘和及其学习分类方法中很多情况下需要处理离散型数据，因此首先进行空 间数据的预处理，将连续数据离散。

然后，根据离散点数据得到离散空间数据集。

有许多算法用于直接处理连续类型数据，这样空间数据经离散化后，通 过将属性值域划分为区间得到空间数据集，减少给定连续属性值的个数，区 间标号可以替代实际的数据值，从而提高相应的算法执行效率，并提高分类 决策的精度。

如果使用基于决策树或者规则生成的分类挖掘方法，通过离散化可以减 少属性值的数量，这是极为有效的数据预处理方法。离散化得到空间数据集 的方法，也就是将属性值域划分为区间得到空间数据集的方式，可以通过如 何快速而准确地找到与查询点属性相同的点，即查询点的近邻的方式来解 决。现在提出了很多高维空间索引结构和近似查询的算法，例如，分箱方法， 通过考察周围值来平滑存储数据的值；直方图方法，一个属性A的直方图就 是根据属性A的数据分布将其划分为若干不相交的子集，这些子集沿着水平轴显示，其高度或面积与该箱所代表的数值平均频率成正比；K均值聚类方 法，以K为参数，随机选择K个对昂，每个对象初始地代表一个簇的平均 值或中心，剩余每个对象，根据其与各个簇中心的距离，将它赋给最近的簇， 然后重新计算每个簇的平均值，不断重复这个过程直至函数收敛；效应平方 和算法，循环K此计算相邻两个区域改变后的效应平方和。

除以上几种方法之外，我们重点介绍K-D树方法。

KD-树(k-dimensional树的简称)，是一种分割K维数据空间的数据结 构，主要应用于多维空间关键数据的搜索(如：范围搜索和最近邻搜索)。 以下重点介绍KD-树方法。KD-树的特性适合进行多维空间点状索引，通过 超平面将一个空间递归划分为两个字空间来实现搜索，用平行于坐标轴的纵 横分界线将包含离散点的平面进行划分。当KD-树索引建立之后，带插格网 点周围参考点的搜索可以在KD-树中进行，搜索的过程就是KD-树最近邻查 找过程。因此，KD-树多应用于二进制空间分割数的情况，具有构建索引速 度快，数据查找速度快的特点。

第二模块1002，用于对所述离散空间数据集进行数据插值，生成网格数 据。

通过该离散点的空间数据集，进行数据插值，生成网格数据。

插值方法可以是，整体内插、分块内插和逐点内插。整体内插若采样点 较少，则无法准确描述，且采样点过多容易造成震荡；分块内插，较常使用， 能够很好保存细节，通过块间重叠范围保持内插曲线的连续性，然而分块大 小本身是难以确定的问题；逐点内插，以带插格网点为中心，确定一个邻域 范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插网点的高程值。

以下，以逐点内插方式为例进行介绍。逐点内插方式包括，距离加权法、 移动曲面拟合法、有限元内插法、锥构建法等。无论哪种方式，均存在对全 部范围内离散点搜索效率相对较低的问题。因此，对周围采样点的搜索是各 内插法改进的方式之一。改进方式可以是，例如Voromoi图的内插方法、网 格分块方法、普通克里金(OK)插值法、三次样条函数(TS)插值法、和 反距离加权(IDW)插值法、样条法、三角剖分法、等等。每种方式各有优 缺点，针对均匀或者不均匀的离散点来说，申请人在实践发现，克里金(OK) 插值法在稀疏不均匀分布的离散点插值上有明显优越性，插值精度高，然而 插值平面不够光滑和插值构造函数选取方面也会影响其插值精度；反距离加 权(IDW)插值法计算开销相对较小，普适性强，不需要根据数据特点对插 值方法做调整，插值精度的一个取决因素是插值点的密度选取是否适当，当 样当数据密度足够大时，采用几何方法可以达到比较满意的精度，因此，反距离加权(IDW)插值法适用于整体样本点密度大，且样本点分布比较均匀 的数据。

该实施例考虑到计算量和计算效率以及获得图像的准确性，该实施例采 用反距离加权算法计算数据插值，提升插值算法的速度，并用实例加以实现 验证。反距离加权法(也称为距离反比法)，认为被估单元块的属性与其周 围一定距离内已知点的属性有关，并且认为这种关系与已知点到被估单元块 中心点的距离的n次幂成反比。生成的标准网格数据Z₀的计算公式，优选 是：

式中，(x，y)是插值点坐标，(xi，yi)是离散点坐标，n为离散点的 总数。Z₀是生成的标准网格数据，表示表示插值点属性的估计值，如降水量， 高度等属性；Z_i为第i(i＝1，2，3…，n)个离散点样本的属性值；D_i为离 散点到差值点的距离；p为离散点到插值点的距离的幂，取值范围是正实数。

p显著影响内插的结果，它的选择标准是最小平均绝对误差，p越高， 内插结果越平滑，优选p＝2。

第三模块1003，用于根据所述网格数据生成等值线。

通常使用曲线跟踪算法生成等值曲线。曲线跟踪算法例如是，步进方格(Marching squares)算法。使用曲线跟踪算法，以不断迭代下一个等值点， 从而从一个二维数组表示的地图，生成等值线轮廓。

该实施例中，优选采用WebWorker进行数据插值和等值线生成的计算。 浏览器中的JAVACRIPT是单线程执行的，在遇到重量级的计算任务时，一 般会需要运行很长时间，这样的就会造成UI任务的阻塞来不及响应，带来 不好的用户体验。等值线生成属于计算密集型任务，如果占用JavaScript主 线程，会使整个应用卡顿。引入HTML5多线程计算，WebWorker API将计 算密集任务在主线程之外运行。

尤其需要说明的是，在一些实例中，在采用反距离加权算法计算插值后， 进行WebGL优化渲染，能够大幅提升网络环境下的矢量数据的渲染速度， 提供快速、高品质的等值线生成技术，并且便于与HTML5技术兼容，提供 3D WebGIS具体应用。本发明提供的在线生成等值线的方法特别适用于 HTML5的运行环境，当使用Webworker渲染技术进行数据插值和等值线生 成的计算密集任务时，HTML5显著减少卡顿现象，避免UI任务的阻塞来不 及响应，用户体验佳。

在一些实例中，针对所生成的等值线三维可视化，优选将等值线数据转 换成地理数据，如Geojson、Shpefile、Topjson格式，并进一步进行渲染。 渲染例如可以使用WebGL。考虑到渲染速度和渲染效果，并便于与整体等 值线生成平台无缝集成，优选采用WebGL渲染技术，在水平和竖直方向均 可进行数据渲染优化，并进一步对渲染方法和渲染效果进一步验证。本发明 提供的在线生成等值线的方法，使用WebGL渲染技术对等值线数据转换成GeoJSON格式的地理数据进行渲染，得到非常好的等值线效果图。

本申请另一个实施例涉及一种等值线生成方法，如图2所示，包括：根 据获取的空间数据生成离散空间数据集；对所述离散空间数据集进行数据插 值，生成网格数据；根据所述网格数据生成等值线。

实施例二

本发明提供的在线生成等值线的方法，在实施例一的基础上，通过增加 等值线数据动态渲染技术，实现用户可交互的等值线生成。

图3示出了本申请涉及的又一种等值线生成装置的示意图。如图3所示， 本实施例的等值线生成装置200，包括：第一模块2001，用于根据获取的空 间数据生成离散空间数据集；第二模块2002，用于对所述离散空间数据集进 行数据插值，生成网格数据；第三模块2003，用于根据所述网格数据生成等 值线；第四模块2004，用于对生成的所述等值线进行渲染。

图4示出了该实施例中所使用的WebGL渲染管线图。WebGL渲染例如， 等值线数据转换成的GEOjson地理数据。从而实现了HTML5中Web页面 的高品质、快速三维渲染功能。

本申请另一个实施例涉及一种等值线生成方法，如图5所示，包括：根 据获取的空间数据生成离散空间数据集；对所述离散空间数据集进行数据插 值，生成网格数据；根据所述网格数据生成等值线；用于对生成的所述等值 线进行渲染。

图6示出了根据本发明实时生成的等值线的渲染效果示意图。

以上提供了本发明的多个实施例，本领域技术人员可以理解，不同实施 例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/ 或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C， 另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D 的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下 内容中有明确的文字记载。

本说明书中的“模块”和“单元”是指能够独立完成或与其他部件配合 完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是FPGA(Field－ Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、IC(Integrated Circuit，集成 电路)等。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该 程序被处理器执行时实现上述用于授权管理控制请求的方法的步骤。其中， 计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、 DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、 DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储 器IC)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。

本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器 上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行程序时实现 用于授权管理控制请求的方法的步骤。在本发明实施例中，处理器为计算机 系统的控制中心，可以是实体机的处理器，也可以是虚拟机的处理器。

以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并非对本发明作任何实质和形 式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发 明，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案范围内，可以利 用上述揭示的技术内容作出各种更改和变化的等效实施例。但凡未脱离本发 明的精神和原则，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种等值线生成装置，其特征在于，包括：

第一模块，用于根据获取的空间数据生成离散空间数据集；

第二模块，用于对所述离散空间数据集进行数据插值，生成网格数据；

第三模块，用于根据所述网格数据生成等值线。

2.如权利要求1所述的等值线生成装置，还包括：

第四模块，用于对生成的所述等值线进行渲染。

3.如权利要求2所述的等值线生成装置，其中，所述第四模块：

利用WebGL进行渲染。

4.如权利要求1所述的等值线生成装置，其中，所述第一模块：

将获取的所述空间数据预处理为离散的点数据，使用K-D树对离散的点数据建立空间索引，生成所述离散空间数据集。

5.如权利要求4所述的等值线生成装置，其中，所述第二模块：

使用反距离加权法进行所述数据插值，计算公式如下：

其中，(x,y)表示插值点坐标，(x_i,y_i)表示离散点坐标，n表示离散点的总数；Z₀表示插值点属性的估计值；Z_i表示第i个离散点样本(i＝1，2，3……，n)的属性值；p表示离散点到插值点的距离的幂，取值范围是正实数；D_i表示离散点到差值点的距离。

6.如权利要求1所述的等值线生成装置，其中所述第二模块和所述第三模块：

利用HTML5中的Web Worker进行数据插值和等值线生成的密集型任务进行计算。

7.一种等值线生成方法，其特征在于，包括：

根据获取的空间数据生成离散空间数据集；

对所述离散空间数据集进行数据插值，生成网格数据；

根据所述网格数据生成等值线。

8.如权利要求7所述的等值线生成方法，还包括：

对生成的所述等值线进行渲染。

9.如权利要求8所述的等值线生成方法，其中对生成的所述等值线进行渲染的步骤：

是利用WebGL进行渲染。

10.如权利要求7所述的等值线生成方法，其中所述根据获取的空间数据生成离散空间数据集的步骤为：

将获取的空间数据预处理为离散的点数据，使用K-D树对离散的点数据建立空间索引，生成离散空间数据集。

11.如权利要求10所述的等值线生成方法，其中所述对离散空间数据集进行数据插值，生成网格数据的步骤为：

使用反距离加权法进行所述数据插值，计算公式如下：

其中，(x,y)表示插值点坐标，(x_i,y_i)表示离散点坐标，n表示离散点的总数；Z₀表示插值点属性的估计值；Z_i表示第i个离散点样本(i＝1，2，3……，n)的属性值；p表示离散点到插值点的距离的幂，取值范围是正实数；D_i表示离散点到差值点的距离。

12.如权利要求7所述的等值线生成方法，其中，所述对离散空间数据集进行数据插值，生成网格数据的步骤以及所述根据网格数据生成等值线的步骤：

利用HTML5中的Web Worker进行所述数据插值和所述等值线生成任务进行计算。

13.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现所述权利要求7-12中任一项所述的方法的步骤。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如所述权利要求7-12中任一项所述的方法的步骤。