CN108597013B

CN108597013B - 一种特定区域气象水文资料抽点填图方法

Info

Publication number: CN108597013B
Application number: CN201810255786.XA
Authority: CN
Inventors: 周漩; 邹伟; 张晋武; 张丕旭; 周卫平; 黄欢; 徐帅涛
Original assignee: Unit 91977 Of Pla
Current assignee: Unit 91977 Of Pla
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: CN108597013A

Abstract

本发明公开了一种特定区域气象水文资料抽点填图方法，预先对站点进行空间分层，根据每一层高度的显示粒度，确定无压站情况下该高度层能够清楚显示的站点集合；在实际显示时，根据所选高度和所选显示区域，从所选高度对应的站点集合中，选取落在所选显示区域内的站点进行气象水文数据的显示。并且，对于任意站点，只有在所选显示区域第一次出现此站点时，才对该站点的气象水文数据进行填图处理。使用该方法能够根据实际填图数量和底图的缩放系数实现合理密度填图。

Description

一种特定区域气象水文资料抽点填图方法

技术领域

本发明属于水文气象及计算机科学领域，具体涉及一种特定区域气象水文资料抽点填图方法。

背景技术

天气图是气象预报员进行天气预报的依据。从地面站点、高空站点、浮标站点、船舶站点等站点获取的气象水文资料需要填图到天气图中。预报员在天气图中选择所需显示的区域，系统会显示出该区域中所有站点的填图数据。

传统气象水文站点填图时，会预先将所有站点的填图信息解析到内存中。但实际上浏览气象站点的过程中并不是每一个站点的填图都需要被看到，因此这种不加区分的处理，将大大消耗计算机资源，且站点过多时会导致预处理的时间过长。

其次，传统的分层方法在对某层添加站点时，需遍历当前层级列表，确保新增的站点与当前列表中的所有的站点的经纬度差值都大于规定值，这种方法在站点个数过多时导致添加新站点的时间成本越来越高。

目前，由于地面站点、高空站点、浮标站点、船舶站点等站点数量的增加，以及气象水文资料的日趋丰富，在利用计算机对所有站点的气象资料进行填图时，如果采用传统方式不对填图显示的气象水文资料进行区分处理，会出现填图效率低、个别区域气象数据大面积压站的情况，导致气象预报员无法辨识、获取关键气象信息，影响气象预报的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种特定区域气象水文资料抽点填图方法，能够根据实际填图数量和底图的缩放系数实现合理密度填图。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种特定区域气象水文资料抽点填图方法，包括：

预先对站点进行空间分层，根据每一层高度的显示粒度，确定无压站情况下该高度层能够清楚显示的站点集合；在实际显示时，根据所选高度和所选显示区域，从所选高度对应的站点集合中，选取落在所选显示区域内的站点进行气象水文数据的显示。

优选地，对于任意站点，只有在显示区域第一次出现此站点时，才对该站点的气象水文数据进行填图处理。

优选地，所述确定无压站情况下该高度层能够清楚显示的站点集合为：

步骤1、对全球空间进行高度分层，层级从高到底分别为第0层～第K层；确定每一层高度的显示粒度；

步骤2、针对第0层，遍历全球气象水文站点；针对每一个站点，以当前站点为中心区域确定出一个当前层所对应显示粒度大小的空间范围，如果该空间范围内没有其他站点，则将当前站点加入到第0层的站点集合列表Stations(0)中；否则将此站点加入到待处理列表RemoveStations中；

步骤3、针对除第0层和最后一层外的第k层，k＝1,2，…,K-1，遍历RemoveStations列表中的每一站点，以当前站点为中心确定出一个当前层所对应显示粒度大小的空间范围，如果该空间范围内没有其他站点，则将当前站点A加入到Stations(k)中，并将此站点从RemoveStations中移除；

步骤4、针对第K层，直接将所有的全球气象水文站点加入到Stations(K)中，得到的Stations(0)～Stations(K)即为每一层能够清楚显示的站点集合。

优选地，步骤2和步骤3中，所述以当前站点为中心确定出一个当前层所对应显示粒度大小的空间范围，并判断该空间范围是否有其他站点的方式为：

步骤a、预先建立虚拟网格空间：按照经纬度分布，将全球划分成360×180个网格空间VG(i,j)；

步骤b、根据全球气象站点的经纬度分布，分别建立各网格空间的站点索引列表indexs(i,j)，每个indexs(i,j)中记录该网格空间中所有站点的站点号；

步骤c、三维场景分层：根据相机高度，将三维场景进行分层，每一层都有相机高度H、当前层级C、1/2经度跨度JDKD、1/2纬度跨度WDKD、经度间隔JDJG、纬度间隔WDJG 6个属性；其中，经度间隔JDJG、纬度间隔WDJG表示在当前层级C上，一个显示粒度网格经度和纬度方向所涵盖的网格空间VG(i,j)的个数；1/2经度跨度JDKD、1/2纬度跨度WDKD分别表示当前显示窗口显示的经度和纬度跨度的一半；

步骤d、针对当前站点，以当前站点所在网格空间VG(i,j)为中心，在经度方向上分别向东、向西扩散“JDJG”个网格空间，在纬度方向上分别向南、向北扩散“WDJG”个网格空间，得到所述显示粒度大小的空间范围；在扩散后的虚拟网格空间范围内，若每个网格空间内的indexs都为空，则判定为所述空间范围没有其他站点。

优选地，所述将三维场景进行分层获得的11层属性LevelParams：{H，C，(JDKD，WDKD)，(JDJG，WDJG)}具体为：

{11000000,0,(80,50),(13,9)},

{9000000,1,(53,32),(9,7)},

{7000000,2,(42,25),(7,6)},

{5000000,3,(35,20),(6,4)},

{3000000,4,(21,11),(4,3)},

{2000000,5,(15,8),(3,2.5)},

{1000000,6,(7,5),(2.5,2)},

{700000,7,(7,5),(2,1.5)},

{500000,8,(4,3),(1,0.8)},

{300000,9,(3,2),(0.8,0.3)},

{0,10,(1.5,1),(0.3,0)}。

优选地，所述根据所选高度和所选显示区域，从所选高度对应的站点集合中，选取落在所选显示区域内的站点进行气象水文数据的显示的具体步骤包括：

获取相机高度，当前显示屏幕中心位置的经纬度；

根据相机高度判定相机高度落于第i层；

获取到当前帧位于i层后，通过遍历Stations(k),k＝0～i，判断站点是否位于显示区域中心点±1/2经纬度跨度(JDKD，WDKD)范围内，若满足条件，则判断站点的气象水文数据是否已经进行填图处理，若没有完成填图，则根据标准对该站点的气象水文数据进行填图并显示；若之前已完成填图，则直接从内存提取该站点的填图并显示。

本发明与现有技术相比，其具有以下优势：

本发明取消了传统填图时需对所有填图进行预处理的步骤；根据每一层高度的显示粒度确定能够清楚显示的站点集合，能够保证每一层显示的站点信息均是清楚的，无压站情况；另外，在显示时不需遍历当前层的所有站点，只需考虑局部区域内的站点数据，提高了气象水文资料抽点填图效率。

附图说明

图1为本发明方法基本流程图。

图2为填图效果。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

一种能够对预报员视点范围内的气象水文资料抽点填图的方法，该方法能够根据实际填图数量和底图的缩放系数实现合理密度填图。其特点有两个：

特点一是：预先对站点进行空间分层，根据每一层高度的显示粒度，确定无压站情况下该高度层能够清楚显示的站点集合；在实际显示时，根据所选高度和所选显示区域，从所选高度对应的站点集合中，选取落在所选显示区域内的站点进行气象水文数据的显示。该方法首先根据每一层高度的显示粒度确定能够清楚显示的站点集合，能够保证每一层显示的站点信息均是清楚的，无压站情况；另外，在显示时不需遍历当前层的所有站点，只需考虑局部区域内的站点数据，提高了气象水文资料抽点填图效率。

特点二是：对于任意站点，只有在所选显示区域第一次出现此站点时，才对该站点的气象水文数据进行填图处理。可见，本发明取消了传统填图时需对所有填图进行预处理的步骤，避免站点过多时会导致的预处理时间过长的问题。

本发明的具体实现过程如下：

步骤一、进行高度分层，确定显示粒度。

本步骤中，具体包括如下子步骤：

1.1建立虚拟网格空间

按照经纬度分布，将全球划分成360×180个网格空间VG(i,j)；

针对每一个网格空间，根据全球气象站点的经纬度分布，分别建立各网格空间的站点索引列表indexs(i,j)，每个indexs(i,j)中记录该网格空间中所有站点的站点号。

1.2三维场景分层

根据三维GIS平台相机高度，将三维场景进行高度分层，每一层都有相机高度(H)、当前层级(C)、1/2经度跨度(JDKD)、1/2纬度跨度(WDKD)、经度间隔(JDJG)、纬度间隔(WDJG)6个属性。其中，经度间隔JDJG、纬度间隔WDJG表示在当前层级C上，一个显示粒度网格经度和纬度方向所涵盖的网格空间VG(i,j)的个数；1/2经度跨度JDKD、1/2纬度跨度WDKD分别表示当前窗口显示的经度和纬度跨度的一半。

三维场景分层规则LevelParams，可以用下式表示：

LevelParams：{H，C，(JDKD，WDKD)，(JDJG，WDJG)}

本发明中，将三维场景分为11层，每一层的属性表示如下：

{11000000,0,(80,50),(13,9)},

{9000000,1,(53,32),(9,7)},

{7000000,2,(42,25),(7,6)},

{5000000,3,(35,20),(6,4)},

{3000000,4,(21,11),(4,3)},

{2000000,5,(15,8),(3,2.5)},

{1000000,6,(7,5),(2.5,2)},

{700000,7,(7,5),(2,1.5)},

{500000,8,(4,3),(1,0.8)},

{300000,9,(3,2),(0.8,0.3)},

{0,10,(1.5,1),(0.3,0)}；

上述属性的单位为{米,层,(个,个),(个,个)}，或者{米,层,(度,度),(度,度)}，一个网格的跨度为1度。

步骤二：确定不压站情况下，每一层能够清楚显示的站点集合

2.1在第0层，遍历全球气象水文站点，对任意站点，以当前站点为中心确定出一个所述显示粒度大小的空间范围，如果该空间范围内没有其他站点，则将当前站点加入到第0层的站点集合列表Stations(0)中；否则将此站点加入到待处理列表RemoveStations中。具体来说：

针对每一个站点，以其对应的网格空间VG(i,j)为中心,在经度方向上分别向东、向西扩散“JDJG”个网格空间，在纬度方向上分别向南、向北扩散“WDJG”个网格空间，得到符合当前层显示粒度大小的虚拟网格空间范围。在该扩散的虚拟网格空间范围内，若每个网格空间内的indexs都为空，则判定为所述空间范围没有其他站点，继而将此站点的索引加入到第0层的Stations(0)列表中；否则将此站点加入到RemoveStations列表中。

2.2针对除第0层和最后一层外的第k层，k＝1,2，…,K-1，遍历RemoveStations列表中的每一站点，以当前站点为中心确定出一个所述显示粒度大小的空间范围，如果该空间范围内没有其他站点，则将当前站点A加入到Stations(k)中，并将此站点从RemoveStations中移除。

具体的操作与步骤2.1类似，不同的是遍历的站点从RemoveStations中取得，如果某一站点的站点号加入Stations(k)，则该站点的站点号从RemoveStations中移除。

2.3针对第K层，直接将所有的全球气象水文站点加入到Stations(K)中，即最后一层显示屏幕范围内的全部数据。至此，得到的Stations(0)～Stations(K)即为每一层能够清楚显示的站点集合。

步骤三：抽点填图

根据计算机屏幕上显示的地图信息选取对应层级的填图信息进行显示，包括如下步骤：

3.1在帧渲染时，获取三维GIS当前帧的相机属性，包括相机高度，当前屏幕中心位置的经纬度等；

3.2相机高度层判断。若相机高度H<＝C[i].H且CH>C[i+1].H，则认为相机高度落于第i层；

3.3获取到当前帧位于i层后，通过遍历Stations(k),k＝0～i，判断站点是否位于屏幕中心点±1/2经纬度跨度(JDKD，WDKD)范围内，若满足条件则判断站点的气象水文数据是否已经进行填图处理，也就是说遍历到的站点是否已经完成了解析到缓存的过程；若没有完成填图，则根据标准对该站点进行填图(即解析到内存)并显示；若之前已完成填图，则直接从内存提取该站点的填图并显示。这里遍历第0-i层，是为了防止在高层看到的低层看不到。

3.4在三维场景显示范围更改或相机高度发生改变时需重复(3.1)至(3.3)的过程。

下面给出采用C#实现本发明所提出方法的过程。

实施例：

本实例借助EV-Globe3.2作为显示平台，步骤如下：

第一步，采集全球气象站点数据，并将其保存至文件中；

第二步，通过C#读取第一步的文件，并将其数据读入至数据结构列表；

第三步，实例化一个二维数组VG，VG是一个360*180的二维数组，内部填充的数据结构为int列表“indexs”，代表此网格中存在的站点列表的索引列表；

第四步，将分层规则保存至数据结构列表“LevelParams”中；

第五步，对气象站点数据进行分层处理，步骤如下：

(5.1)在第0层，遍历全球气象水文站点数据，对任意站点，在VG中对应的格子向周围扩散“经纬度间隔”个格子范围，若每个格子内的indexs都为空，或者每个格子内的所有站点的经纬度与当前站点的经纬度的差值都大于当前层的经纬度间隔，则将此站点的索引加入到VG中，且将此站点加入到第0层的Stations列表中；否则将此站点加入到一个RemoveStations列表中；

(5.2)除第0层和最后一层外，其他层只需遍历RemoveStations，使用(5.1)中的方法判断站点是否应加入VG和该层的Stations中，与(5.1)不同的是若一个站点应该加入到VG，那么此站点应从RemoveStations中移除而不是再加入至RemoveStations中；

(5.3)最后一层(本例中为第10层)直接将全部站点作为该层的Staions，即若在最后一层，则显示屏幕范围内的全部数据。

第六步，初始化一个EV-Globe3.2平台，在渲染当前帧时可获取到当前帧的相机高度和屏幕中心点地理坐标，根据这两个信息可判断其相机高度位于哪一层，获取到当前帧位于哪一层之后，通过遍历该层的Stations，判断站点是否位于屏幕中心点±1/2经纬度跨度内，若满足条件则判断填图是否已完成，若没有完成填图，则根据标准对该站点进行填图并显示，若之前已完成填图，则直接显示该站点的填图，填图效果见图2；

第七步，因为三维是针对帧渲染的，完成第六步后在拖动或缩放三维地球时会自动更新显示的气象水文填图，不需要再做额外提醒。

通过以上实例可知，本发明可以高效的将全球气象站点根据相机高度自动调整站点间距并正确显示填图效果；总之，本发明为气象上绘制天气图时提供了一种更加高效的气象水文填图显示，使其更便于分析利用，有十分实用的现实意义。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种特定区域气象水文资料抽点填图方法，其特征在于，包括：

预先对站点进行空间分层，根据每一层高度的显示粒度，确定无压站情况下该高度层能够清楚显示的站点集合；在实际显示时，根据所选高度和所选显示区域，从所选高度对应的站点集合中，选取落在所选显示区域内的站点进行气象水文数据的显示；

所述确定无压站情况下该高度层能够清楚显示的站点集合为：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于任意站点，只有在显示区域第一次出现此站点时，才对该站点的气象水文数据进行填图处理。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2和步骤3中，所述以当前站点为中心确定出一个当前层所对应显示粒度大小的空间范围，并判断该空间范围是否有其他站点的方式为：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将三维场景进行分层获得的11层属性LevelParams：{H，C，(JDKD，WDKD)，(JDJG，WDJG)}具体为：

{11000000,0,(80,50),(13,9)},

{9000000,1,(53,32),(9,7)},

{7000000,2,(42,25),(7,6)},

{5000000,3,(35,20),(6,4)},

{3000000,4,(21,11),(4,3)},

{2000000,5,(15,8),(3,2.5)},

{1000000,6,(7,5),(2.5,2)},

{700000,7,(7,5),(2,1.5)},

{500000,8,(4,3),(1,0.8)},

{300000,9,(3,2),(0.8,0.3)},

{0,10,(1.5,1),(0.3,0)}。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所选高度和所选显示区域，从所选高度对应的站点集合中，选取落在所选显示区域内的站点进行气象水文数据的显示的具体步骤包括：

获取相机高度，当前显示屏幕中心位置的经纬度；

根据相机高度判定相机高度落于第i层；