CN110599891B - 一种电网设备地图渲染方法 - Google Patents

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Abstract

本方法公开了一种电网设备地图渲染方法，用户访问设备从服务端加载地图瓦片进行渲染；所述地图瓦片包括地理背景瓦片，还包括用于表示电网设备信息的电网瓦片；所述电网瓦片为电网栅格瓦片，或者电网矢量瓦片，或者电网栅格瓦片与电网矢量瓦片的组合。本方法提供了瓦片的生成和更新方法，还提供了栅格瓦片与矢量瓦片平滑切换的方法。本方法相对于采用SVG技术渲染，采用地图瓦片技术生成电网瓦片效率更高，能够处理的设备数量更多，同时还能够适应更广泛的应用场景，提高响应速度，提升用户体验。

Description

一种电网设备地图渲染方法
技术领域
本方法涉及一种利用瓦片技术实现电网设备地图渲染的方法。
背景技术
配电设备种类繁多、数量庞杂、地域性强，在空间上呈现出典型的点、线、面分布，相互之间存在着地理上和逻辑上的密切关系，因此地理信息系统（GIS）成为配电设备管理的重要支撑技术，为停电管理系统（OMS）及其它相关应用系统提供电网设备的相关信息。
目前对于电网设备的渲染大多采用SVG文件加载的方式进行，在设备数量多的情况会出现性能瓶颈，表现为加载速度慢，同时还有无法处理的情况出现。
另一方面，电网设备地图的应用场景十分广泛。访问方式方面，包括通过高性能PC端以web方式访问以及通过低性能的平板等移动终端访问，由于性能不同，渲染的速度也有很大的区别。访问需求方面，包括快速渲染较多数量设备的需要和渲染少量设备进行分析的需要等。目前的渲染方法不能良好地适配，导致操作人员无法快速获取到需要的信息。
方法内容
本方法提出了一种电网设备地图渲染方法，其目的是：（1）提高渲染效率和所能处理的设备数量；（2）适应更广泛的应用场景，提高响应速度，提升用户体验。
本方法技术方案如下：
一种电网设备地图渲染方法，其特征在于：用户访问设备从服务端加载地图瓦片进行渲染；
所述地图瓦片包括地理背景瓦片，还包括用于表示电网设备信息的电网瓦片；
所述电网瓦片为电网栅格瓦片，或者电网矢量瓦片，或者电网栅格瓦片与电网矢量瓦片的组合。
作为本装置的进一步改进：服务端包括瓦片服务器、数据库服务器、地图服务器和应用服务器；
所述应用服务器用于为用户的访问设备提供网络访问服务，访问设备通过应用服务器与地图服务器实现通讯；
所述地图服务器提供状态更新服务接口，电网的配电管理系统通过状态更新服务接口将电网设备的状态信息通过地图服务器传递到数据库服务器；
所述数据库服务器用于存放电网设备的信息，该信息包括电网设备的坐标信息和状态信息；所述数据库服务器还用于存放地理背景瓦片的坐标信息；地理背景瓦片的坐标信息与电网设备的坐标信息相对应；
所述瓦片服务器用于存放所述地图瓦片和电网瓦片。
作为本装置的进一步改进：用户通过访问设备的WEB浏览器访问地图时，向应用服务器发送需要渲染的坐标范围和缩放层级信息，然后应用服务器将这些信息封装成网络访问请求后访问地图服务器；地图服务器通过应用服务器向访问设备返回的数据包括需要加载渲染的瓦片的标记信息，访问设备根据标记信息从瓦片服务器获取相应的瓦片在本地进行渲染。
作为本装置的进一步改进：电网栅格瓦片和电网矢量瓦片中对线条样式和图元样式的定义是一致的；访问设备进行渲染时，按以下方式在电网栅格瓦片和电网矢量瓦片之间进行切换：
方式一：在访问设备中指定中间缩放层级，如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级小于或等于该中间缩放层级，则加载电网栅格瓦片，否则请求加载电网矢量瓦片；
或者，方式二：在访问设备中指定中间缩放层级和访问模式，所述访问模式包括浏览模式和分析模式；如果访问设备当前为浏览模式，则请求电网栅格瓦片；如果访问设备当前为分析模式，则进一步判断：如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级小于或等于所述中间缩放层级，则加载电网栅格瓦片，同时加载局部矢量瓦片叠加到电网栅格瓦片上，所述局部矢量瓦片是指电网矢量瓦片中去除对应的电网栅格瓦片中已包含的信息后得到的矢量瓦片；如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级大于所述中间缩放层级，则加载电网矢量瓦片。
作为本装置的进一步改进：所述电网栅格瓦片基于分层网格切分方式生成和更新：设置若干缩放层级，层级越高，地图放大倍数越大；生成电网栅格瓦片时，在每个层级中，根据电网设备的坐标信息确定电网设备的位置，再根据电网设备的状态信息进行渲染，将渲染结果按缩放层级进行网格切分得到图片格式的栅格瓦片；更新电网栅格瓦片时，根据最新的电网设备状态信息重新生成电网栅格瓦片。
作为本装置的进一步改进：电网栅格瓦片的更新分为全量更新与局部更新两种方式；全量更新时，重新生成所有电网栅格瓦片；局部更新时，先对相邻时间节点内发生的电网设备状态变化进行合并处理，比较合并后与更新前的电网设备状态信息，找出发生变化的信息所涉及的电网栅格瓦片，然后依据合并处理后的电网设备状态信息重新生成这些电网栅格瓦片。
作为本装置的进一步改进：所述电网矢量瓦片是通过JSON格式保存在服务端；生成电网矢量瓦片时，将电网设备的状态信息、坐标信息以及渲染样式信息保存在JSON文本中；更新电网矢量瓦片时，根据电网设备状态信息的变化，重新生成变化所涉及的JSON文本。
作为本装置的进一步改进：在生成瓦片的过程中，先通过判断瓦片地图范围与当前区域行政边界多边形的相交、包含关系及本瓦片范围内是否包含电网设备图元，来确定是否生成本瓦片，以限度压缩瓦片数量。
作为本装置的进一步改进：在电网设备模型变更后，服务端重新加载电网设备的信息，然后重新生成电网瓦片。
作为本装置的进一步改进：所述数据库服务器中的数据库为实时数据库。
相对于现有技术，本方法具有以下积极效果：（1）相对于采用SVG技术渲染，采用地图瓦片技术生成电网瓦片效率更高，能够处理的设备数量更多；（2）采用电网栅格瓦片和电网矢量瓦片可以适应更广泛的应用场景，不仅可以应用于PC客户端的Web网页展示，还可以应用于移动平板等其它低性能场景；（3）采用电网栅格瓦片可以在满足准实时应用的基础上，大幅提高应用程序响应速度，提升用户体验；（4）电网栅格瓦片和电网矢量瓦片中对线条样式和图元样式定义的一致性，为两种瓦片类型的平滑切换奠定了基础；（5）本发明还提供了两种电网栅格瓦片和电网矢量瓦片切换的方案，一种是基于中间缩放层级的切换，其在缩放层级较低时，采用电网栅格瓦片快速渲染，在缩放层级较高时，采用电网矢量瓦片提高渲染效果，另一种是中间缩放层级和应用场景相结合的切换方式，在浏览模式下只适用电网栅格瓦片进行渲染，在分析模式下再根据缩放层级选择渲染瓦片，尤其在缩放层级较低时，适用局部矢量瓦片与栅格瓦片相结合，在满足渲染效率的同时尽可能地提供更多的信息。
附图说明
图1为渲染的架构流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本方法的技术方案：
一种电网设备地图渲染方法，与传统的SVG技术不同，用户访问设备从服务端加载地图瓦片进行渲染。
所述地图瓦片包括地理背景瓦片，还包括用于表示电网设备信息的电网瓦片。
1、关于瓦片技术
地图瓦片是指采用预生成的方法将地图以图片或其它方式存放在服务端，然后根据用户提交的不同请求，把相应的地图瓦片发送给访问设备客户端的过程。它是一种多分辨率层次模型，从瓦片金字塔底层到顶层，分辨率越来越低，但表示的地理范围不变。
采用地图瓦片可以高效应对高并发访问。对于配网线路及设备可以采用地图瓦片的方式将图形预先切好并做好实时动态更新，可以满足准实时的应用场景需求。
地图瓦片按照瓦片的保存格式分成矢量瓦片和栅格瓦片。
矢量瓦片是一种利用协议缓冲（Protocol Buffers）技术的紧凑的二进制格式用来传递信息。当渲染地图时矢量瓦片使用一系列存储的内部数据进行制图。被组织到矢量瓦片的图层比如（水、道路、区域等背景图层及变电站、架空线段、电缆分段、开关、刀闸、变压器等电力设备图层），每一层都有包含几何图形和可变属性的独立要素。通俗地讲，就是将矢量数据以建立金字塔的方式，像栅格瓦片那样分割成一个个描述性文件，以GeoJson格式或其它自定义格式组织，然后在前端根据显示需要按需请求不同的矢量瓦片数据进行Web绘图或地图控件地图渲染。常见的格式有GeoJson、KML等，本发明中采用的格式为GeoJson格式。本实施例中，电网矢量瓦片是指将电网设备按照设备类型进行分层，并将电网设备的准实时带电状态信息、坐标信息、线条样式、图元样式等保存为便于传输和解析的JSON格式，矢量瓦片地图范围大小由通过配置文件获取网格行数和列数及本地区地理坐标范围决定，瓦片的更新依赖于其它实时系统对每个电网设备带电状态的更新。
栅格瓦片是将地图背景或设备以图片方式将地图进行预生成，供服务器端调用渲染。栅格瓦片大小多为256*256像素大小，也有512*512的，但是不常见。图片的格式多为JPEG和PNG格式，对于背景地图，多采用JPEG格式，这种格式可以在保证图片质量的同时尽可能减少图片大小，减少服务器硬盘占用。对于设备及线路图层，可以采用透明背景的PNG格式。本实施例中，电网栅格瓦片是指将电网设备在地理坐标系下，将电网设备的准实时带电状态用不同的线条样式、设备图元样式渲染出来，并保存为半透明的栅格PNG格式，每个栅格瓦片绘制的地图范围大小由本瓦片所属缩放层级决定，瓦片的更新依赖于配电管理系统（DMS）对每个电网设备带电状态的更新。
本实施例中，所述电网瓦片为电网栅格瓦片，或者电网矢量瓦片，或者电网栅格瓦片与电网矢量瓦片的组合。在设备前端可以根据当前应用场景灵活选择不同的渲染方式：地理背景栅格瓦片叠加电网矢量瓦片自主渲染，地理背景栅格瓦片叠加电网栅格瓦片，纯电网矢量瓦片自主渲染，或者纯电网栅格瓦片等，有多种方案可进行选择。
2、本实施例的实施架构如下：
如图1，服务端包括瓦片服务器、数据库服务器、地图服务器和应用服务器。
所述应用服务器用于为用户的访问设备提供网络访问服务，访问设备通过应用服务器与地图服务器实现通讯。
地图服务器提供地理信息服务接口，为其它应用系统访问地理信息提供地图数据获取、查询等接口，还提供电网设备实时状态获取和设置接口，为数据更新等提供支持。其中包括状态更新服务接口，电网的配电管理系统通过状态更新服务接口将电网设备的状态信息通过地图服务器传递到数据库服务器。本实施例中，电网设备更新数据是基于SOA，通过WebService方式，由配电管理系统（DMS）调用服务接口，并将电网设备带电状态、开断类设备的分合状态等信息传递到数据库服务器，数据库服务器将变化信息写入实时数据库，由栅格瓦片和矢量瓦片生成程序访问并更新变化的瓦片。
所述数据库服务器用于存放电网设备的信息，该信息包括电网设备的坐标信息和状态信息；所述数据库服务器还用于存放地理背景瓦片的坐标信息；地理背景瓦片的坐标信息与电网设备的坐标信息相对应；所述数据库服务器中的数据库为实时数据库。
所述瓦片服务器用于存放所述地图瓦片和电网瓦片。
3、电网栅格瓦片的生成与更新
所述电网栅格瓦片基于分层网格切分方式生成和更新。
设置若干缩放层级，层级越高，地图放大倍数越大；生成电网栅格瓦片时，在每个层级中，根据电网设备的坐标信息确定电网设备的位置，再根据电网设备的状态信息进行渲染，将渲染结果按缩放层级进行网格切分得到图片格式的栅格瓦片。
栅格瓦片生成程序的具体运作方式为：首先需要将地理背景和电网设备数据从数据库服务器中加载到系统中，然后以地理背景范围作为划分瓦片地理范围的基础，为了保证每个瓦片地图范围宽的度和高度保持一致，需要按照地理背景范围的宽度和高度进行适当调整，取宽度值和高度值的最大值，并加上部分冗余得到。然后将调整处理得到的地图范围划分成2*2的第一层级瓦片。第二层级的瓦片由第一层级单张瓦片进行2*2分割得到，以此类推划分其它各层级瓦片，直到单张瓦片地图范围宽度小于最小视野宽度中的数值，则瓦片层级划分完毕。
电网设备栅格瓦片层级可以小于地理背景瓦片的层级数，从实际运行经验验证，设备栅格瓦片最大层级数设定为9级比较合理，瓦片宽256像素、高256像素。
设置好各项瓦片生成参数后，开始截图，即可将不同缩放层级下，电网设备的准实时带电状态用不同的线条样式、设备图元样式渲染出来，并按照设定的文件路径保存为半透明的栅格PNG格式文件。在生成设备瓦片过程中，需要检测每个网格中有无电网设备，对于无设备的网格不生成图片，以便节约硬盘资源，并可以提高切图速度。
更新电网栅格瓦片时，根据最新的电网设备状态信息重新生成电网栅格瓦片。栅格瓦片的更新依赖于配电管理系统（DMS）对每个电网设备带电状态的更新，每次更新仅针对发生状态变化的设备进行。
进一步的，电网栅格瓦片的更新分为全量更新与局部更新两种方式。全量更新时，重新生成所有电网栅格瓦片；局部更新时，先对相邻时间节点内发生的电网设备状态变化进行合并处理，比较合并后与更新前的电网设备状态信息，找出发生变化的信息所涉及的电网栅格瓦片，然后依据合并处理后的电网设备状态信息重新生成这些电网栅格瓦片。采用此局部更新方式，可以避免对短时间内变化并恢复的设备进行瓦片生成，最大限度压缩动态更新的瓦片数量，提高效率。
4、电网矢量瓦片的生成与更新：
所述电网矢量瓦片是通过JSON格式保存在服务端；生成电网矢量瓦片时，将电网设备的状态信息、坐标信息以及渲染样式信息保存在JSON文本中；更新电网矢量瓦片时，根据电网设备状态信息的变化，重新生成变化所涉及的JSON文本。
矢量瓦片生成程序的具体运作方式为：将电网设备按照设备类型进行分层加载，并将电网设备的准实时带电状态信息、坐标信息、线条样式、图元样式等存为便于传输和解析的JSON格式。矢量瓦片地图范围大小由本地区地理坐标范围及通过配置文件获取网格行数和列数决定。
生成电网瓦片的过程中，先通过判断瓦片地图范围与当前区域行政边界多边形的相交、包含关系及本瓦片范围内是否包含电网设备图元，来确定是否生成本瓦片，以限度压缩瓦片数量。
在电网设备模型变更后，服务端重新加载电网设备的信息，然后重新生成电网瓦片。
5、渲染过程
用户通过访问设备的WEB浏览器访问地图时，向应用服务器发送需要渲染的坐标范围和缩放层级信息，然后应用服务器将这些信息封装成网络访问请求后访问地图服务器；地图服务器通过应用服务器向访问设备返回的数据包括需要加载渲染的瓦片的标记信息，访问设备根据标记信息从瓦片服务器获取相应的瓦片在本地进行渲染。
进一步的，不同类型的瓦片数据的应用场景也不同，栅格瓦片主要用于在需要渲染的电网设备数量多，速度响应要求较高的低缩放层级的浏览模式场景下；而矢量瓦片则主要用于高缩放层级并需要对设备进行其它渲染的分析模式场景下。本实施例中，电网栅格瓦片和电网矢量瓦片中对线条样式和图元样式的定义是一致的；访问设备进行渲染时，按以下方式在电网栅格瓦片和电网矢量瓦片之间进行平滑切换：
方式一：在访问设备中指定中间缩放层级，如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级小于或等于该中间缩放层级，则加载电网栅格瓦片，否则请求加载电网矢量瓦片；
或者，方式二：在访问设备中指定中间缩放层级和访问模式，所述访问模式包括浏览模式和分析模式；如果访问设备当前为浏览模式，则请求电网栅格瓦片；如果访问设备当前为分析模式，则进一步判断：如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级小于或等于所述中间缩放层级，则加载电网栅格瓦片，同时加载局部矢量瓦片叠加到电网栅格瓦片上，所述局部矢量瓦片是指电网矢量瓦片中去除对应的电网栅格瓦片中已包含的信息后得到的矢量瓦片；如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级大于所述中间缩放层级，则加载电网矢量瓦片。

Claims (6)

1.一种电网设备地图渲染方法，其特征在于：用户访问设备从服务端加载地图瓦片进行渲染；
所述地图瓦片包括地理背景瓦片，还包括用于表示电网设备信息的电网瓦片；
所述电网瓦片为电网栅格瓦片，或者电网矢量瓦片，或者电网栅格瓦片与电网矢量瓦片的组合；
所述电网栅格瓦片基于分层网格切分方式生成和更新：设置若干缩放层级，层级越高，地图放大倍数越大；生成电网栅格瓦片时，在每个层级中，根据电网设备的坐标信息确定电网设备的位置，再根据电网设备的状态信息进行渲染，将渲染结果按缩放层级进行网格切分得到图片格式的栅格瓦片；更新电网栅格瓦片时，根据最新的电网设备状态信息重新生成电网栅格瓦片；
电网栅格瓦片的更新分为全量更新与局部更新两种方式；全量更新时，重新生成所有电网栅格瓦片；局部更新时，先对相邻时间节点内发生的电网设备状态变化进行合并处理，比较合并后与更新前的电网设备状态信息，找出发生变化的信息所涉及的电网栅格瓦片，然后依据合并处理后的电网设备状态信息重新生成这些电网栅格瓦片；
所述电网矢量瓦片是通过JSON格式保存在服务端；生成电网矢量瓦片时，将电网设备的状态信息、坐标信息以及渲染样式信息保存在JSON文本中；更新电网矢量瓦片时，根据电网设备状态信息的变化，重新生成变化所涉及的JSON文本；
在生成矢量瓦片的过程中，先通过判断瓦片地图范围与当前区域行政边界多边形的相交、包含关系及本瓦片范围内是否包含电网设备图元，来确定是否生成本瓦片，以限度压缩瓦片数量。
2.如权利要求1所述的电网设备地图渲染方法，其特征在于：服务端包括瓦片服务器、数据库服务器、地图服务器和应用服务器；
所述应用服务器用于为用户的访问设备提供网络访问服务，访问设备通过应用服务器与地图服务器实现通讯；
所述地图服务器提供状态更新服务接口，电网的配电管理系统通过状态更新服务接口将电网设备的状态信息通过地图服务器传递到数据库服务器；
所述数据库服务器用于存放电网设备的信息，该信息包括电网设备的坐标信息和状态信息；所述数据库服务器还用于存放地理背景瓦片的坐标信息；地理背景瓦片的坐标信息与电网设备的坐标信息相对应；
所述瓦片服务器用于存放所述地图瓦片和电网瓦片。
3.如权利要求2所述的电网设备地图渲染方法，其特征在于：用户通过访问设备的WEB浏览器访问地图时，向应用服务器发送需要渲染的坐标范围和缩放层级信息，然后应用服务器将这些信息封装成网络访问请求后访问地图服务器；地图服务器通过应用服务器向访问设备返回的数据包括需要加载渲染的瓦片的标记信息，访问设备根据标记信息从瓦片服务器获取相应的瓦片在本地进行渲染。
4.如权利要求1所述的电网设备地图渲染方法，其特征在于：电网栅格瓦片和电网矢量瓦片中对线条样式和图元样式的定义是一致的；访问设备进行渲染时，按以下方式在电网栅格瓦片和电网矢量瓦片之间进行切换：
方式一：在访问设备中指定中间缩放层级，如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级小于或等于该中间缩放层级，则加载电网栅格瓦片，否则请求加载电网矢量瓦片；
或者，方式二：在访问设备中指定中间缩放层级和访问模式，所述访问模式包括浏览模式和分析模式；如果访问设备当前为浏览模式，则请求电网栅格瓦片；如果访问设备当前为分析模式，则进一步判断：如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级小于或等于所述中间缩放层级，则加载电网栅格瓦片，同时加载局部矢量瓦片叠加到电网栅格瓦片上，所述局部矢量瓦片是指电网矢量瓦片中去除对应的电网栅格瓦片中已包含的信息后得到的矢量瓦片；如果访问设备的WEB浏览器中的缩放层级大于所述中间缩放层级，则加载电网矢量瓦片。
5.如权利要求1至4任一所述的电网设备地图渲染方法，其特征在于：在电网设备模型变更后，服务端重新加载电网设备的信息，然后重新生成电网瓦片。
6.如权利要求2或3所述的电网设备地图渲染方法，其特征在于：所述数据库服务器中的数据库为实时数据库。
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