CN111667567A - 电离层三维展示方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电离层观测的相关技术领域，尤其涉及一种电离层三维展示方法和装置。其中，电离层三维展示方法包括：获取检测到的电离层数据；对所述电离层数据进行拆分；基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置；确定所述插值点的电子密度数据：基于所述插值点的位置和电子密度数据，在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像。
Description
技术领域
本申请涉及电离层观测的相关技术领域，尤其涉及一种电离层三维展示方法和装置。
背景技术
作为日地空间环境的重要组成部分，电离层是卫星导航、通信和雷达等许多无线电信息系统的重要的测量误差来源之一。为满足高精度电离层误差修正的需要，获取电离层特征参量至关重要。在电离层众多的特征参量中，电子密度分布是表征电离层状态变化的关键特征参量之一。电离层电子密度的可视化研究不仅可以让用户以直观的方式分析数据，而且有助于发现数据中所隐藏的复杂规律。
传统的电离层数据可视化主要有面绘制、定制kml文件等方法，但这些方法只表达出数据的部分信息特征，无法反映出原始数据场的全貌和细节。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种电离层三维展示方法和装置。
基于本申请的第一方面，提供一种电离层三维展示方法，包括:
获取检测到的电离层数据；
对所述电离层数据进行拆分；
基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置；
确定所述插值点的电子密度数据：
基于所述插值点的位置和电子密度数据，在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像。
可选的，所述对所述电离层数据进行拆分，包括：
基于电离层数据的切片数据确定各电离层数据对应的空间坐标；所述空间坐标为由经纬高组成的大地坐标，或者笛卡尔坐标。
可选的，所述基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置，包括：
确定待展示区域的空间坐标集；
基于所述待展示区域的空间坐标集和用户设置的步长，确定要插值点的空间坐标。
可选的，所述确定所述插值点的电子密度数据，包括：
确定以插值点的空间坐标为中心的预设范围；
所述电离层数据中，落入所述预设范围内的原始点电离层数据；其中，所述原始点的电离层数据包括原始点的位置和原始点的电子密度数据；
基于预设范围内的原始点电离层数据确定所述插值点的电子密度数据。
可选的，所述预设范围为：以所述插值点的空间坐标为中心点，具有预设长宽高的长方体空间范围。
可选的，所述基于所述原始点电离层数据确定所述插值点的电子密度数据，包括：
确定各个原始点与插值点之间的长度；
计算原始点的电子密度数据与原始点与插值点之间的长度的比值；
计算各比值之和；
计算各个原始点与插值点之间长度的倒数之和；
所述插值点的电子密度数据为：所述比值之和所述倒数之和的比值。
可选的，执行所述在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像的步骤的程序采用CS架构，利用Unity实现的三维可视化效果。
可选的，所述点云渲染为：一种数据格式兼实现方式；
所述点云渲染包括：
通过计算得出，点云数据几何位置、以及各点的数值信息；
通过读取取色棒或五色温方法获取到各数据点的颜色信息；
将对应位置的像素的颜色信息赋予点云中对应的点；
利用GPU渲染，将百万级数据量的点云模型绘制出来；
通过多面体或者分层的形式进行展示。
可选的，还包括：
获取用户对数据进行切割的请求；所述请求为在高度、维度或经度方向对电离层三维展示图像进行切割。
基于本申请的第二方面，提供一种电离层三维展示装置，包括：
获取模块，用于获取检测到的电离层数据；
拆分模块，用于对所述电离层数据进行拆分；
插值模块，用于基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置；确定所述插值点的电子密度数据：
渲染模块，用于基于所述插值点的位置和电子密度数据，在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像。
本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：
本发明提供的三维电离层展示方法中，不同于当前电离层主要以数字和文本的展现形式，而是在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像，便于使用者从多维的角度来观察电离层电子密度的数据分布。由于一般测站获取的数据都是数据点，无法画出整个面的三维电离层电子密度分布图。本申请提供的方案通过插值法，将插值点周围采样点值的信息，来计算插值点的值。将原本稀疏的点用插值的方式使其密度变密，之后进行绘制，可以直观全面的展示三维电离层数据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种电离层三维展示方法的流程图。
图2是本申请一个实施例提供的一种电离层三维展示图像。
图3是本申请一个实施例提供的另一种电离层三维展示图像。
图4是本申请一个实施例提供的一种电离层三维展示装置的结构示意图。
图5是本申请一个实施例提供的另一种电离层三维展示方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
实施例
参见图1，图1是本申请一个实施例提供的一种电离层三维展示方法的流程图。
如图1所示，本实施例提供的一种电离层三维展示方法至少包括如下步骤：
步骤11，获取检测到的电离层数据；
此处获取检测到的电离层数据，指的是获取各种电离层监测装置获取的原始数据。一般情况下这些原始数据为切片数据。例如：电离层数据可以为:begbtection,高度方向切片,共六个,大小为51*41,高度分别为300，400,500,600,800,1000(单位:km)高度；lonSection,经度方向切片,共5个,大小51*32,经度分别为100,105,110,115,120；latSection,纬度方位切片,共6个,大小为41*32,纬度分别为10,15,20,25,30,35。
步骤12，对所述电离层数据进行拆分；
基于上述示例中电离层数据，可见数据在高度方向的切片是6个，可以认为数据体的高度变化范围是295-1005；数据间隔是31个，数据点是32个，数据在高度方向的步长是不均匀的，高度方向的向量步长295-505的步长是10km，505-1005的步长是50km。
数据经度方向的切片是5个，可以认为经度的变化范围是100-120，每个切片中，数据的间隔是50，数据点是51个，数据的间隔是均匀的，步长是0.5度。每个切片的数据是51*32，也就是纬度方向的间隔是0.5度。
数据纬度方向的切片是6个，可以认为纬度的变化范围是10-35，每个切片当中，数据的间隔是40，数据点是41个，数据间隔是均匀的，步长是0.5度，每个切片的数据是41*32，也就是经度方向的间隔是0.5度。
原始数据的数据格式并没有将空间的位置和电子密度数据结合起来，所以我们需要自己去分割数据，上面介绍了给的空间切片数据的分布规律，根据这个规律去读取相关的电子密度数据，然后经行相关的插值运算。
具体的，所述对所述电离层数据进行拆分，包括：
基于电离层数据的切片数据确定各电离层数据对应的空间坐标；所述空间坐标为由经纬高组成的大地坐标，或者笛卡尔坐标。
根据提供的数据，可知提供了相应已知目标点的经纬高数据和电子密度数据，经纬高数据是无法计算目标点之间的距离的，所以我们需要将大地坐标，转换为地固坐标系，也就是直角坐标系。其转换算法如下
公式中.N为椭球面卵西圈的曲率半径。e为椭球的第一偏心率。a、b为椭球的长短半径。f为椭球扁率。W为第一辅助系数。
其中，长半轴：a＝6378.160米、短半轴：b＝6356.775米、地球偏心率：e＝1/298.256；L为经度其单位：度；B为纬度其单位：度；H为高度其单位：km。
N为标准球的地球半径大概是6371.48km。
步骤13，基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置；
具体的，步骤13包括：
确定待展示区域的空间坐标集；
基于所述待展示区域的空间坐标集和用户设置的步长，确定要插值点的空间坐标。
如此，确定插值点的位置。以便于后期对于插值点的计算。
步骤14，确定所述插值点的电子密度数据：
需要说明的是：所述确定所述插值点的电子密度数据，包括：
确定以插值点的空间坐标为中心的预设范围；
确定所述电离层数据中，落入所述预设范围内的原始点电离层数据；其中，所述原始点的电离层数据包括原始点的位置和原始点的电子密度数据；
基于预设范围内的原始点电离层数据确定所述插值点的电子密度数据。
其中，所述预设范围为：以所述插值点的空间坐标为中心点，具有预设长宽高的长方体空间范围。
具体的，一个待插点的数据，和周围的数据有关(周围的数据：指当前待插点，其经度0.5纬度0.5高上下各10km内的数据)其中，周围的数据为预设范围内的数据。
如何快速获取这个周围数据呢，有以下两个方法：
(1)无规律拆分(将所有的数据全遍历一遍，遍历慢，但是逻辑简单)
不管数据的排列，对全部数据进行经纬度和高度的判定，这个比较的参数按照给的数据取。比如现在的数据间隔为0.5度，高度为10km。比较的值可以取0.5和10，来在全部数据中筛选参与计算的数据。
(2)有规律拆分(只遍历临近的两个切片的数据，遍历快，逻辑较复杂)
数据是按照经度横向、纬度纵向、涉及到高度时，高度在纵向的方式给与插值的时候，可以读取相邻的两个纵向和横向的切片上的数据。
进一步的，“基于预设范围内的原始点电离层数据确定所述插值点的电子密度数据，”包括：
确定各个原始点与插值点之间的长度；
计算原始点的电子密度数据与原始点与插值点之间的长度的预设次数的幂次方的比值；
计算各比值之和；
计算各个原始点与插值点之间长度的预设次数的幂次方的倒数之和；
所述插值点的电子密度数据为：所述比值之和所述倒数之和的比值。
其中，“确定各个原始点与插值点之间的长度；”具体包括：
确定原始点和插值点的坐标，将坐标代入下式计算得到空间距离。
上式中x1、y1、z1为已知原始点的坐标，x2、y2、z2为待插值点的坐标，d为计算的距离结果。
所述插值点的电子密度数据为：
需要说明的是，本申请提供的方案中：z为当前需要计算目标点的电子密度数据，zi对应周围n个点的相应点的电子密度数据。di为待插目标点与其邻域内第i个点之间的距离。k为幂次方取值范围为0-2，一般取值为2或者1。一般取方差2，如果计算速度慢，可以选择1。
如此，本申请提供的方案中对于插值点的电子密度数据进行了计算和确认。通过周围点的电子密度数据确定插值点的电子密度数据。
步骤15，基于所述插值点的位置和电子密度数据，在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像。
具体的，执行所述在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像的步骤的程序是采用CS架构，利用Unity实现的三维可视化效果。
进一步的，所述点云渲染为一种数据格式兼实现方式；
所述点云渲染包括：
通过计算得出，点云数据几何位置、以及各点的数值信息；需要说明的是，通过本申请的上述相关步骤可以确定点云数据几何位置和各个点的数值信息。
通过读取取色棒或五色温方法获取到各数据点的颜色信息；
将对应位置的像素的颜色信息赋予点云中对应的点；
利用GPU渲染，将百万级数据量的点云模型绘制出来；
通过多面体或者分层的形式进行展示。
具体的，展示的具体形式可以参照图2和图3。
图2是通过多面体的形式进行展示的效果；图3为通过分层的形式进行展示的效果。
进一步的，为了使得用户可以更加自由的查看电离层电子密度，本申请提供的方案中还包括：
获取用户对数据进行切割的请求；所述请求为在高度、维度或经度方向对电离层三维展示图像进行切割；
展示切割后的电离层三维展示图像。
需要说明的是，本申请中的待展示区域便是基于用户对数据切割的请求确定的。用户切割后剩下的区域便是待展示区域，
基于本申请的第二方面，本申请还提供一种电离层三维展示装置，图4是本申请提供的电离层三维展示装置的结构示意图。参照图4，本申请提供的电离层三维展示装置包括：
获取模块41，用于获取检测到的电离层数据；
拆分模块42，用于对所述电离层数据进行拆分；
插值模块43，用于基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置；确定所述插值点的电子密度数据：
渲染模块44，用于基于所述插值点的位置和电子密度数据，在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像。
本申请实施例提供的电离层三维展示装置的具体实施方案可以参考以上任意实施例所述的电离层三维展示方法的实施方式，此处不再赘述。
为了更好的对本申请提供的方案进行说明：结合上述各个实施例和图5对本申请提供的方案进行进一步的说明。
步骤501：获取用户请求；所述请求为在高度、维度或经度方向确定待展示的三维展示图像。
需要说明的是，用户请求可以是如步骤501中优先获取，之后执行下述各个步骤；也可以是，直接各个步骤，在执行各个步骤的过程中，将原始电离层数据的范围当做待展示三维展示图像。
步骤502：基于用户请求，确定待展示区域。
步骤503：基于待展示区域、电离层数据和预设步长等数据，确定插值点的位置；
步骤504：对原始电离层数据进行处理；
步骤505；确定各个插值点的预设范围内的各个原始数据点的信息；
具体的，一个待插点的数据，和周围的数据有关(周围的数据：指当前待插点，其经度0.5纬度0.5高上下各10km内的数据)
如何快速获取这个周围数据呢，有以下两个方法
(1)无规律拆分(将所有的数据全遍历一遍，遍历慢，但是逻辑简单)
不管数据的排列，对全部数据进行经纬度和高度的判定，这个比较的参数按照给的数据取。比如现在的数据间隔为0.5度，高度为10km。比较的值可以取0.5和10，来在全部数据中筛选参与计算的数据。
(2)有规律拆分(只遍历临近的两个切片的数据，遍历快，逻辑较复杂)
数据是按照经度横向、纬度纵向、涉及到高度时，高度在纵向的方式给与插值的时候，可以读取相邻的两个纵向和横向的切片上的数据。
步骤506：基于原始数据点的信息确定插值点的电子密度；
步骤507:通过虚拟地球和各个插值点的信息对待展示区域进行点云渲染。
步骤508：基于用户对数据进行切割的请求展示渲染后的虚拟地球。
步骤509：获取用户对数据进行切割的请求；所述请求为在高度、维度或经度方向对电离层三维展示图像进行切割。
步骤510：基于用户对数据进行切割的请求对电离层三维展示图像进行切割并展示切割后的电离层三维展示图像。
需要说明的是，电离层三维展示图像在进行展示的过程中：可以采用多面体展示形式或者切片分层展现形式。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种电离层三维展示方法，其特征在于，包括:
获取检测到的电离层数据；
对所述电离层数据进行拆分；
基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置；
确定所述插值点的电子密度数据：
基于所述插值点的位置和电子密度数据，在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像。
2.根据权利要求1所述的电离层三维展示方法，其特征在于，所述对所述电离层数据进行拆分，包括：
基于电离层数据的切片数据确定各电离层数据对应的空间坐标；所述空间坐标为由经纬高组成的大地坐标，或者笛卡尔坐标。
3.根据权利要求1所述的电离层三维展示方法，其特征在于，所述基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置，包括：
确定待展示区域的空间坐标集；
基于所述待展示区域的空间坐标集和用户设置的步长，确定要插值点的空间坐标。
4.根据权利要求1所述的电离层三维展示方法，其特征在于，所述确定所述插值点的电子密度数据，包括：
确定以插值点的空间坐标为中心的预设范围；
确定所述电离层数据中，落入所述预设范围内的原始点电离层数据；其中，所述原始点的电离层数据包括原始点的位置和原始点的电子密度数据；
基于预设范围内的原始点电离层数据确定所述插值点的电子密度数据。
5.根据权利要求4所述的电离层三维展示方法，其特征在于，所述预设范围为：以所述插值点的空间坐标为中心点，具有预设长宽高的长方体空间范围。
6.根据权利要求5所述的电离层三维展示方法，其特征在于，所述基于所述原始点电离层数据确定所述插值点的电子密度数据，包括：
确定各个原始点与插值点之间的长度；
计算原始点的电子密度数据与原始点与插值点之间的长度的预设次数的幂次方的比值；
计算各比值之和；
计算各个原始点与插值点之间长度的预设次数的幂次方的倒数之和；
所述插值点的电子密度数据为：所述比值之和所述倒数之和的比值。
7.根据权利要求1所述的电离层三维展示方法，其特征在于，执行所述在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像的步骤的程序采用CS架构，利用Unity实现的三维可视化效果。
8.根据权利要求1所述的电离层三维展示方法，其特征在于，所述点云渲染为一种数据格式兼实现方式；
所述点云渲染包括：
通过计算得出，点云数据几何位置、以及各点的数值信息；
通过读取取色棒或五色温方法获取到各数据点的颜色信息；
将对应位置的像素的颜色信息赋予点云中对应的点；
利用GPU渲染，绘制百万级数据量的点云模型；
通过多面体或者分层的形式进行展示。
9.根据权利要求1所述的电离层三维展示方法，其特征在于，还包括：
获取用户对数据进行切割的请求；所述请求为在高度、维度或经度方向对电离层三维展示图像进行切割；
展示电离层三维展示图像。
10.一种电离层三维展示装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取检测到的电离层数据；
拆分模块，用于对所述电离层数据进行拆分；
插值模块，用于基于所述拆分的电离层数据和待展示区域，确定插值点的位置；确定所述插值点的电子密度数据：
渲染模块，用于基于所述插值点的位置和电子密度数据，在虚拟地球的表面进行点云渲染，得到电离层三维展示图像。
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- 2020-05-27 CN CN202010462763.3A patent/CN111667567B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN111667567B (zh) | 2023-11-24 |
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