CN111179378A - 一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，针对新能源全球高分辨率资源图集的数据结构特征及输出方式进行优化，提高了运行效率，可以根据电力气象技术输出的结果，灵活定义输入数据结构，更适用于对单一国家，不同区域的结果进行整合，并一次性绘制适用于webGIS的图集。通过简单的操作，在完成所有的数据处理后，仅需简单的几步操作即可完成绘图程序的配置，并自动绘图，大大简化更新图集需要的操作，减少更新过程中人工的参与程度，减少了绘图所需的人力。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法。
背景技术
WebGIS的发展已经在日常给生活中有着十足的应用。但是在新能源方面，由于应用面较窄，一般只能采用专用的GIS软件对与GIS相关的问题进行处理。但是随着新能源开发的发展，以及新能源场站越来越向山区及深海发展，对GIS系统精确度与分辨率的要求是逐年上升。
在一般的新能源开发项目中，一般尺度的普查范围在100km-300km范围内，分辨率不超过1km。但是随着项目开发的逐步变大，对进度要求的逐步提高，对大基地规模的开发，全国性质，乃至全球性质的新能源规划项目也对数据量的大小，GIS信息的处理，普查结果在GIS信息系统上的应用提出了更高的要求。因此，通用的GIS软件，例如GlobalMapper等软件已经无法满足相关的要求。对于全球性质的高分辨率风、光资源的处理结果进行绘图、展示需要更便捷的处理方式。
此外，虽然一些GIS软件也具备导入数据并输出webGIS格式的图集，但是由于相当操作均需要人工进行，而且导出高分辨率图集的时间较长，载入，处理，导出等工作均需要相当人工。考虑到需要频繁、反复的更新，出相关的电力气象相关图集，需要一套适用于相关输入数据的方案。
读取并处理全球级别的风、光资源等相关的新能源图集，对处理设备的内存空间有非常大的要求。同时由于数据量巨大，输出高分辨率的webGIS图集需要生成大量的绘图结果。同时由于作为输入的新能源图集可能存在分国家进行处理，不同国家不同算法，以及各个国家坐标格点不同，不同图集之间的坐标格点也不同等诸多接口上的缺陷，需要通过绘图算法，对不同的格点进行统一，并输出一致的结果。
另外，由于新能源政策的变化，对资源普查计算的快速响应等要求，对绘制一套图集，更新图集的时间也有一定的要求，因此需要一套优化方案，提高绘制效率，减少绘制时间，并且，接口同一，便于部署和更新。此外，在实际运行和调试过程中，发现相关的硬件配置，参数设置，对性能和运行效率也有非常大的影响。
发明内容
本发明的目的是：提供一种绘制效率高、绘制时间少、接口同一、便于部署和更新的绘图方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设置程序运行参数并输入原始数据，所述原始数据为矩阵格点数据；
步骤2、根据输入的原始数据进行预处理，并整理绘图路径；
步骤3、通过多线程调用绘图程序，读取预处理后数据有效范围的边界，绘制有效范围内的有效数据图，所述有效数据图为临时碎片图；
步骤4、在步骤3完全结束后，进行碎片图集整合，将同一个目标区域的有效数据图进行整合，生成最后的完整图集。
优选地，所述步骤1包括：
步骤1.1、将完整的数据集，包含全球各个国家的电力气象的参数的数据，整理到绘图设备的路径下；
步骤1.2、设置最大绘图层级level、最大线程数、输入路径、输出数据路径、最大的缩放等级、图层交错格点数量、绘图线程数、单数据最大格点数和绘图路径。
优选地，所述步骤2包括：
步骤2.1、启动程序自动分析输入路径下的每一个数据文件以及和数据文件对应的有效范围边界文件；
步骤2.2、对超过单数据最大格点数的数据文件进行切割分片，形成切割后的矩阵格点数据文件；
步骤2.3将所有经过检测的输入数据和切割后的数据文件保存至专用的处理目录下；
步骤2.4创建存放临时碎片图集的目录和存放完整图集的目录。
优选地，所述切割分片后的数据文件不超过设定的单数据最大格点数，切割分片后的数据文件相互之间有一定的重叠边界。
优选地，所述步骤3包括：
步骤3.1、在创建的碎片图集目录下对每一对数据文件和对应的有效范围边界文件进行循环绘图；
步骤3.2、直至所有的数据文件完成绘图。
优选地，所述绘图方法包括：
步骤3.1.1、读取数据文件在经纬度投影系下的坐标点x和y、该点的标量值z和边界点列表，并对不同的level进行循环；
步骤3.1.2、根据墨卡托投影与经纬度投影关系式
和当前的level值将x和y转换为xm，ym；
步骤3.1.3、根据为xm，ym，z进行绘图，绘图过程仅对有数据范围的内容进行着色，或对在边界范围外的使用透明色；
步骤3.1.4、根据边界点列表对步骤3.1.3的图进行裁剪；
步骤3.1.5、根据x和y计算该数据在该level下的数据涉及到的小图的范围，并获得小图的编号列表xn，yn；
步骤3.1.6、根据小图的编号列表号xn，yn进行循环，对步骤3.1.3中绘图对该小图覆盖的范围内的图进行拍摄，并根据webGIS系统对小图的要求对小图进行输出和保存，保存的均为碎片小图；
在原有的文件结构下，额外根据小图的编号新增一个目录，用于存放所有构成最后同一个完整小图的碎片小图；
步骤3.1.7、直至所有的level绘制完成。
优选地，所述步骤4包括：
步骤4.1、读取同一个小图编号目录下的所有图片，将多个图片叠加绘制到同一个画布上；
步骤4.2、将绘制完成的小图根据编号和路径规则保存至完整图集的目录下。
优选地，所述重叠边界元素的数量为3到5个。
优选地，所述数据文件的有效数据范围大于等于有效范围边界文件定义的范围
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明技术方案针对新能源全球高分辨率资源图集的数据结构特征及输出方式进行优化，提高了运行效率，可以根据电力气象技术输出的结果，灵活定义输入数据结构，更适用于对单一国家，不同区域的结果进行整合，并一次性绘制适用于webGIS的图集。
本发明可以通过简单的操作，在完成所有的数据处理后，仅需简单的几步操作即可完成绘图程序的配置，并自动绘图，大大简化更新图集需要的操作，减少更新过程中人工的参与程度，减少了绘图所需的人力。同时，由于本方案可以适用于多线程，故可以大大提高高分辨率下图集的绘制时间，减少数据更新的周转时间，考虑到未来部分国家、区域、甚至大范围的内容因为数据的更新等等原因需要快速更新，该方法也适合对于需要频繁更新的电力气象数据对图集进行快速的更新迭代。
附图说明
图1为本发明切割数据步骤示意图；
图2为整合小图的步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法体步骤如下：
步骤1、设置程序运行的一些参数，例如最大的缩放等级、图层交错格点数量、绘图线程数、单数据最大格点数、绘图路径等。
步骤2、根据输入原始数据进行预处理，一般作为输入的原始数据为矩阵格点数据，可能根据国家分割成多个区域，或者为单一的大区域的数据。对于单个区域数据量超过最大格点数的数据进行切割分片，并整理绘图路径。
步骤3、通过多线程调用绘图程序，针对单个数据，读取其有效范围的边界，绘制范围内的有效数据图。绘制的图谱为临时的碎片图集。
步骤4、在步骤3完全结束后，进行碎片图集整合，将同一个目标区域的图进行整合，生成最后的完整图集。
下面以完整一次图集绘制过程为例进行说明：
步骤1.1、将完整的一套数据集，包含全球各个国家的电力气象的某个参数的数据，整理到绘图设备的路径下。输入数据一般为矩阵格点，单独一个数据文件包含x,y,z数据，x，y为经纬度投影系下的坐标点，z为该点的标量值。如果需要单独更新某个固定区域，例如某个国家，考虑到国界线存在不规则凹凸折线，需要通过定义边界线文件限定绘图区域，边界线文件以点的序列构成封闭曲线。多个不相交的边界可以以多个封闭的点序列构成。但是必须对应其矩阵格点内容，也就是对于一对数据文件和边界文件，矩阵格点有有效数据的范围必须大于等于边界文件定义的范围。
步骤1.2、设置最大绘图层级level，一般根据数据集的最高分辨率换算；设置最大线程数，根据设备的性能设置；设置输入路径、输出数据路径等相关的参数。
步骤2.1、启动程序，程序会自动分析输入路径下的每一个文件和文件对应的有效范围边界。
步骤2.2、如果文件数据的矩阵过大，超过设定的上限，则会将单个文件拆分成数个文件。如图1所示，切割方法如下：
以设置的最大上限为5000为例，如果输入的矩阵为12000*16000，则根据5000为界限，拆分成最大5000*5000的多个矩阵。但是考虑到在绘图过程中，严格按照5000为边界拆分会导致在最高分辨率下，拆分的边界产生细小的白边，故需要在拆分时将拆分后的矩阵相互之间有一定的重叠。一般设置3到5个元素的重叠边界即可。如果实际绘制的最大层级level远超过实际的分辨率，则适当扩大重叠边界。因此，实际拆分结果为X方向上，0-5003,4997-10003,9997-12000；
Y方向上，0-5003,4997-10003,9997-15003,14997-16000。
步骤2.3、将所有经过检测的输入数据，和拆分后的数据保存至专用的处理目录下。
步骤2.4、创建一个存放临时碎片图集的目录和存放完整图集的目录。
步骤3.1、针对每一对数据文件和边界文件，进行循环，在创建的碎片图集目录下，对每一对数据文件和边界文件进行绘图，绘制方法如下：
步骤3.1.1、读取数据文件为x,y,z和边界点列表boundary，并对不同的level进行循环。
步骤3.1.2、根据墨卡托投影与经纬度投影关系式
和当前的level值将x和y转换为xm，ym；
步骤3.1.3、根据为xm，ym，z进行绘图；注意该步骤绘图不对绘图区域，画布大小等进行定义，也不输出绘图结果。但是，绘图过程中，只对有数据范围的内容进着色，或者在边界范围外的，必须使用透明色。
步骤3.1.4、如果有边界点列表boundary，则根据boundary对步骤3.1.3的图进行裁剪。
步骤3.1.5、根据x,y计算该数据在该level下数据涉及到的小图的范围，并获得编号列表xn，yn。由于预报数据是连续的矩阵数据，编号列表本身也是连续数值。
步骤3.1.6、根据小图的编号列表，进行循环，对步骤3.1.3中绘图进行“拍照”。“拍照”过程中，仅将绘图中，对该小图覆盖的范围内的图进行拍摄，并根据webGIS系统对小图的格式、大小、文件名命名关系，存储路径等信息，对小图进行输出和保存，保存需要保留透明信息，保存的均为碎片小图。由于同一个完整的小图可能由多个不同的碎片小图整合构成，故在原有的文件结构下，额外根据图片的编号新增一个目录。所有构成最后同一个完整小图的碎片小图，均在同一个目录下。可以方便后期进行整合小图时，对文件的检索效率。
步骤3.1.7、直至所有的level绘制完成；
步骤3.2、直至所有的数据完成绘图。
步骤4.1、如图2所示，由于需要整合的绘图均在单独目录，故所有level下的每个小图，都可以同步进行碎片小图整合的操作。因此本步骤下所有的操作可以多线程进行。唯一的瓶颈在于，并发的IO读写，文件查找的开销非常大。因此建议进行图谱整合的运算设备最好使用多块SSD组成阵列的磁盘或更高读写速度的NVME盘等进行加速。如果使用HDD硬盘，步骤4下的方法会明显慢于高读写速度的硬盘。读取同一个小图编号目录下的所有图片。将多个图片叠加绘制到同一个画布上。
步骤4.2、将绘制完成的小图，根据编号和路径规则，保存至完整图集的目录下。
以更新区域图谱为例，仅描述有区别的步骤：
步骤1.1仅需导入需要更新的部分数据和边界数据。
步骤2.4需要创建一个存放临时碎片图集的目录，和存放完整图集的目录，以及需要被修改的图集的目录。
步骤4.1由于仅对需要更新数据进行绘图，仅需要对需要更新的小图进行重新绘制，无需修改的图仅需要进行复制即可。需要优先去读被修改的图集的目录的图，绘制后，在叠加更新后的小图数据。因为没有被更新的区域是透明覆盖，故不会修改原图的内容。
Claims (9)
1.一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设置程序运行参数并输入原始数据，所述原始数据为矩阵格点数据；
步骤2、根据输入的原始数据进行预处理，并整理绘图路径；
步骤3、通过多线程调用绘图程序，读取预处理后数据有效范围的边界，绘制有效范围内的有效数据图，所述有效数据图为临时碎片图；
步骤4、在步骤3完全结束后，进行碎片图集整合，将同一个目标区域的有效数据图进行整合，生成最后的完整图集。
2.如权利要求1所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤1.1、将完整的数据集，包含全球各个国家的电力气象的参数的数据，整理到绘图设备的路径下；
步骤1.2、设置最大绘图层级level、最大线程数、输入路径、输出数据路径、最大的缩放等级、图层交错格点数量、绘图线程数、单数据最大格点数和绘图路径。
3.如权利要求1所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1、启动程序自动分析输入路径下的每一个数据文件以及和数据文件对应的有效范围边界文件；
步骤2.2、对超过单数据最大格点数的数据文件进行切割分片，形成切割后的矩阵格点数据文件；
步骤2.3将所有经过检测的输入数据和切割后的数据文件保存至专用的处理目录下；
步骤2.4创建存放临时碎片图集的目录和存放完整图集的目录。
4.如权利要求3所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于：所述切割分片后的数据文件不超过设定的单数据最大格点数，切割分片后的数据文件相互之间有一定的重叠边界。
5.如权利要求3所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于,所述步骤3包括：
步骤3.1、在创建的碎片图集目录下对每一对数据文件和对应的有效范围边界文件进行循环绘图；
步骤3.2、直至所有的数据文件完成绘图。
6.如权利要求5所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于，所述绘图方法包括：
步骤3.1.1、读取数据文件在经纬度投影系下的坐标点x和y、该点的标量值z和边界点列表，并对不同的level进行循环；
步骤3.1.2、根据墨卡托投影与经纬度投影关系式
和当前的level值将x和y转换为xm，ym；
步骤3.1.3、根据为xm，ym，z进行绘图，绘图过程仅对有数据范围的内容进行着色，或对在边界范围外的使用透明色；
步骤3.1.4、根据边界点列表对步骤3.1.3的图进行裁剪；
步骤3.1.5、根据x和y计算该数据在该level下的数据涉及到的小图的范围，并获得小图的编号列表xn，yn；
步骤3.1.6、根据小图的编号列表号xn，yn进行循环，对步骤3.1.3中绘图对该小图覆盖的范围内的图进行拍摄，并根据webGIS系统对小图的要求对小图进行输出和保存，保存的均为碎片小图；
在原有的文件结构下，额外根据小图的编号新增一个目录，用于存放所有构成最后同一个完整小图的碎片小图；
步骤3.1.7、直至所有的level绘制完成。
7.如权利要求6所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤4.1、读取同一个小图编号目录下的所有图片，将多个图片叠加绘制到同一个画布上；
步骤4.2、将绘制完成的小图根据编号和路径规则保存至完整图集的目录下。
8.如权利要求4所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于：所述重叠边界元素的数量为3到5个。
9.如权利要求5所述的一种可用于webGIS的全球电力气象图集绘图方法，其特征在于：所述数据文件的有效数据范围大于等于有效范围边界文件定义的范围。
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