CN112348896A - 一种vts系统中目标标签自适应布局的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法，包括步骤为：初始化栅格画布、搜索、交叉检测、深度搜索、填充栅格、更新缓存、显示、以及重复执行上述七个步骤，实现目标标签自适应布局。本发明在VTS的终端界面中实现目标标签的自适应分布显示，标签与标签之间自动分散防止重叠。在实现过程中，标签是否显示、以及显示的位置均由本发明动态计算得到，且计算的过程在保证足够流畅的操作体验前提下，还考虑到目标移动的方向与河岸的关系，尽可能使标签排列在岸边而非水面区域，防止干扰用户对船舶的监管过程。本发明还在实现目标标签自适应布局的同时，能够有效提升目标密集的情况下，目标标签在终端界面中显示的清晰度，提高船舶监管效率。

Description

一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法
技术领域
本发明涉及船舶交通导航领域，特别是一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法。
背景技术
VTS系统（船舶交通管理系统）中，目标数据的显示是一个基础功能，显示的效果能反映目标真实的状态，展现是否足够清晰，是体现终端界面设计精妙与否的重要指标。
每个目标通常包括两部分，一部分是目标图标、矢量线；另一部分是目标标签，包括船名、MMSI等。目标的位置是不断变化的，导致标签的位置也需要随之变化。在传统的VTS终端界面中，标签与目标通常保持固定的相对位置，例如，始终放置在目标的正下方、正上方或右上方，或者支持手动指定，当目标比较密集时标签与标签之间无法避免地出现重叠，影响值班监控过程。
业内已有类似的技术也可以确保标签与标签之间不重叠，通常的做法是让标签与目标之间的相对位置保持固定，比如固定为ΔX=20，ΔY=-20，如此显示在目标的右上角，当出现重叠时直接不显示标签，如此减少计算量，以便让用户交互过程不卡顿。
VTS系统的终端软件是全年无中断运行，且对交互的流畅度要求较高，对于目标标签则要求尽量显示出来，以便给用户展现足够多的信息用于决策，标签经常不显示的情况是不能容忍的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法，该VTS系统中目标标签自适应布局的方法采用深度搜索算法，在效率上加入了搜索深度的概念确保计算量不会无限增加，同时又确保能够尽量多地显示标签，达到了较好的显示效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法，包括如下步骤。
步骤1、初始化栅格画布，具体包括如下步骤。
步骤11、栅格画布初始化：根据整个界面视图的尺寸，建立相同分辨率的画布，画布是一块连续的内存区域，包含与视图相同像素点数的栅格。对画布中的每个栅格均进行初始化赋值。
步骤12、键值对缓存初始化：在栅格画布初始化的同时，对键值对缓存也进行初始化。其中，键值对缓存包含Key-Value的对照表，Key为目标的位置，Value为标签的相对位置（ΔX、ΔY）。ΔX为标签中心与目标中心的X向距离，ΔY为标签中心与目标中心的Y向距离。
步骤2、搜索：当某个目标的位置更新时，从步骤1的键值对缓存中，搜索出该目标所对应标签更新后的相对位置（ΔX1、ΔY1）。根据ΔX1值、ΔY1值以及输入的标签长度值，获得更新标签在画布中的更新标签矩形区域。根据更新后的目标位置以及设定的目标长度值，获得更新目标区域。
步骤3、交叉检测：根据步骤2中获得的更新标签矩形区域，判断该矩形区域内是否有已经填充的栅格。如有，则认为当前更新标签矩形区域与其他矩形区域存在重叠或交叉，执行步骤4。否则，获得不重叠的矩形区域，并跳转至步骤5。
步骤4、深度搜索，具体包括如下步骤。
步骤41、确定矩形框：根据更新目标所对应的标签范围，确定一个矩形框。
步骤42、变换矩形框的位置：在以目标位置为中心的搜索范围内，按照设定角度，变换一次矩形框的位置。
步骤43、交叉检测：对步骤42变换位置后的矩形框，按照步骤3的方法，进行交叉检测。当有重叠或交叉时，执行步骤44。否则，获取当前不重叠的矩形框。
步骤44、重复步骤42至步骤43，直到变换位置后的矩形框不与任何一个填充栅格重叠为止，从而获得不重叠的矩形框。
步骤5、填充栅格：将步骤2获得的不重叠的矩形区域或步骤4获得的不重叠的矩形框、以及步骤2获得的更新目标区域，所对应的画布栅格，均进行填充。
步骤6、更新缓存：将栅格填充后的不重叠矩形区域或矩形框的相对位置，对键值对缓存中的Value进行更新。将栅格填充后的更新目标区域的位置，对键值对缓存中的Key进行更新。
步骤7、显示：将缓存更新完成的标签，显示在画布中。
步骤11中，每个栅格均为1字节，值为0或1，初始化值均为0，代表画布是空的。步骤5中，栅格填充后，栅格赋值为1，代表画布栅格已填充。
步骤42中的搜索范围，从距离和角度两个维度扩大搜索范围；在距离上，每次的扩大量为标签的长度；在角度上，则根据目标的行驶状态进行划分；当目标为运动状态时，运动目标的标签搜索范围被限定在以航向为基准的0-180°范围内；当目标为静止状态时，静止目标的标签搜索范围则是以目标位置为中心的整个360°的范围内。
步骤42中的设定角度为30°。
步骤4中，深度搜索的搜索深度限制为2。
步骤11中，画布为二维画布。步骤3的交叉检测时，首先根据更新标签矩形区域的Y坐标，定位到二维画布的索引位置。然后根据更新标签矩形区域的X坐标，决定索引位置的偏移量，以此快速定位需要查询的栅格位置，并及时判断其是否已经被赋值。如果是，则认为当前更新标签矩形区域与已有标签存在重叠或交叉。
步骤2中，设定的目标长度值为32*32的矩形范围。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用深度搜索算法，在效率上加入了搜索深度的概念确保计算量不会无限增加，同时又确保能够尽量多地显示标签，达到了较好的显示效果。
2、本发明实现了目标与标签、标签与标签之间自适应布局无重叠显示，在不影响原系统操作流畅度的情况下提高了界面中目标数据显示的清晰度，降低用户值班过程中的视觉疲劳，提高用户值班监控效率。
3、本发明可以在VTS的终端界面中实现目标标签的自适应分布显示，标签与标签之间自动分散防止重叠。在实现过程中，标签是否显示、以及显示的位置均由该方法动态计算得到，同时计算的过程在保证足够流畅的操作体验前提下，还考虑到目标移动的方向与河岸的关系，尽可能使标签排列在岸边而非水面区域，防止干扰用户对船舶的监管过程。
4、本发明在实现目标标签自适应布局的同时，能够有效提升目标密集的情况下，目标标签在终端界面中显示的清晰度，提高船舶监管效率。
附图说明
图1显示了本发明一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法的流程图。
图2显示了栅格画布初始化的示意图。
图3显示了栅格画布初始化中标签中心与目标中心的相对位置示意图。
图4显示了交叉检测的过程示意图。
图5显示了深度搜索的过程示意图。
图6显示了栅格填充的实例图。
图7显示了本发明的目标标签显示效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法，包括如下步骤。
步骤1、初始化栅格画布，具体包括如下步骤。
步骤11、栅格画布初始化：根据整个界面视图的尺寸，建立相同分辨率的画布，画布是一块连续的内存区域，包含与视图相同像素点数的栅格。对画布中的每个栅格均进行初始化赋值。
如图2所示，为了使重叠检测的效率尽量高，画布被设计为二维画布，具有X、Y两个维度，且栅格数据以二维数组形式存储。每个栅格均优选为1字节，值为0或1，初始化值均优选为0，代表画布是空的。
步骤12、键值对缓存初始化：在栅格画布初始化同时，对键值对缓存也进行初始化。
键值对缓存包含Key-Value的对照表，Key为目标的位置，Value为标签的相对位置（ΔX、ΔY）。如图3所示，ΔX为标签中心与目标中心的X向距离，ΔY为标签中心与目标中心的Y向距离。
本发明中，键值对缓存的作用除了可以加快搜索速度，还起到稳定标签的作用，防止标签每帧都重新搜索导致位置变化，终端界面上标签不会跳来跳去。
步骤2、搜索：当某个目标的位置更新时，从步骤1的键值对缓存中，搜索出该目标所对应标签更新后的相对位置（ΔX1、ΔY1）。根据ΔX1值、ΔY1值以及输入的标签长度值，获得更新标签在画布中的更新标签矩形区域。根据更新后的目标位置以及设定的目标长度值，获得更新目标区域。
步骤3、交叉检测：如图4所示，根据步骤2中获得的更新标签矩形区域，判断该矩形区域内是否有已经填充的栅格。如有，则认为当前更新标签矩形区域与其他矩形区域存在重叠或交叉，执行步骤4。否则，获得不重叠的矩形区域，并跳转至步骤5。
本步骤3的交叉检测时，首先根据更新标签矩形区域的Y坐标，定位到二维画布的索引位置。然后根据更新标签矩形区域的X坐标，决定索引位置的偏移量，以此快速定位需要查询的栅格位置，并及时判断其是否已经被赋值。如果是，则认为当前更新标签矩形区域与已有标签存在重叠或交叉。
执行重叠检测时，首先根据矩形区域的Y坐标定位到二维数组的索引位置，然后根据矩形区域的X坐标决定索引位置的偏移量，以此快速定位需要查询的栅格位置，并及时判断其是否已经被赋值，如果是，则认为当前矩形区域与已有标签存在重叠。
本实施例中，设定的目标长度值优选为32*32的矩形范围。
步骤4、深度搜索，具体包括如下步骤。
步骤41、确定矩形框：根据更新目标所对应的标签范围，确定一个矩形框。
步骤42、变换矩形框的位置：在以目标位置为中心的搜索范围内，按照设定角度，变换一次矩形框的位置。
搜索过程中，分别从距离和角度两个维度扩大搜索范围。在距离上，一般每次扩大的量是当前标签矩形框所占据矩形的横向长度，即标签的长度。
在角度上，上述搜索范围，根据目标的行驶状态进行划分。
当目标为运动状态时，运动目标的标签搜索范围被限定在以航向为基准的0-180°范围内，如顺时针遍历0-180度范围。
当目标为静止状态时，静止目标的标签搜索范围则是以目标位置为中心的整个360°的范围内，如以航向开始顺时针遍历0-360范围。
如此可以实现运动目标的标签始终显示在右舷，而静止目标由于无法区分运动方向，只能是360度全方位搜索。
进一步，上述设定角度优选为30°。
由于目标的位置时刻都在变化，标签位置因为也在变化，界面上的每一帧刷新都会触发一次全部标签的重新定位，因此深度搜索必须确保较高的运算性能。
在实际应用过程中，搜索范围首先依据运动目标、静止目标两个大维度进行划分。在船舶航行规则上，江河水域通常划分为上、下行两条航道，上行船舶在上行航道形式，反之在下行航道行驶；海港水域通常划定专用的航道，有单向也有双向，都要求船舶按照既定的航道行驶。
对于运动中的目标，将标签排放在右舷使水域整体保持清爽，有利于值班监控，因此运动目标的标签搜索范围被限定在以航向为基准的0-180范围内。
对于静止目标，根据船舶的航行规律，静止的船舶通常簇拥在一起，处在岸边或锚地区域，这类目标无法区分具体的航向，因此搜索范围可以是整个360度。
依据不同的搜索深度划分为不同的粒度。在方位上，固定30度为一个跨度，这个值太小了计算量太大，太大了搜索成功率太低导致很多标签不显示，经过实际验证取30度是比较均衡的值。
步骤43、交叉检测：对步骤42变换位置后的矩形框，按照步骤3的方法，进行交叉检测。当有重叠或交叉时，执行步骤44。否则，获取当前不重叠的矩形框。
步骤44、如图5所示，重复步骤42至步骤43，直到变换位置后的矩形框不与任何一个填充栅格重叠为止，从而获得不重叠的矩形框。
深度搜索，深度搜索比较耗时，仅在以下两种情况下才执行：
1、缓存中未找到目标的最新标签位置。
2、缓存中存在目标的最新标签位置，但与已有标签重叠了。
在实际应用中，搜索深度被限制为2，即最多搜索2圈。如果第一圈搜索失败，则向外扩展一定的距离（也即扩展一个标签长度），重新开始第二圈搜索，此时搜索深度增加。由于仍然使用30度的跨度，因此搜索深度越大，搜索粒度越低（越往外搜索，每次跨越的像素距离就越大），如此实现计算量的退避。
此处如果仍未找到不重叠的位置，则当前目标的标签不显示。如果深度搜索的矩形框超出屏幕边界，则该标签不显示。
步骤5、填充栅格：如图6所示，将步骤2获得的不重叠的矩形区域或步骤4获得的不重叠的矩形框、以及步骤2获得的更新目标区域，所对应的画布栅格，均进行填充。
填充栅格过程中，需要对矩形框是否超出画布边界进行判断，超出的部分不填充，仅填充处于画布内的部分。同时，目标的图标本身占用32*32的矩形范围，该范围也需要被填充，从而防止标签与目标的图标重叠。
本步骤5中，栅格填充后，栅格赋值优选为1，代表画布栅格已填充。
步骤6、更新缓存：将栅格填充后的不重叠矩形区域或矩形框的相对位置，对键值对缓存中的Value进行更新。将栅格填充后的更新目标区域的位置，对键值对缓存中的Key进行更新。
目标位置的更新伴随着标签位置的重新计算，新的标签位置必须保存到缓存中，以便下次目标更新时直接拿过来用，此时只需执行一次重叠检测，由于重叠检测的耗时远低于深度搜索，因此该机制可提高系统的处理效率；另外，缓存还起到稳定标签位置的作用，防止标签位置经常变化而产生视觉疲劳，进而而影响船舶监控。
步骤7、显示：将缓存更新完成的标签，显示在画布中，具体显示效果，如图7所示。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种VTS系统中目标标签自适应布局的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、初始化栅格画布，具体包括如下步骤：
步骤11、栅格画布初始化：根据整个界面视图的尺寸，建立相同分辨率的画布，画布是一块连续的内存区域，包含与视图相同像素点数的栅格；对画布中的每个栅格均进行初始化赋值；
步骤12、键值对缓存初始化：在栅格画布初始化的同时，对键值对缓存也进行初始化；其中，键值对缓存包含Key-Value的对照表，Key为目标的位置，Value为标签的相对位置（ΔX、ΔY）；ΔX为标签中心与目标中心的X向距离，ΔY为标签中心与目标中心的Y向距离；
步骤2、搜索：当某个目标的位置更新时，从步骤1的键值对缓存中，搜索出该目标所对应标签更新后的相对位置（ΔX1、ΔY1）；根据ΔX1值、ΔY1值以及输入的标签长度值，获得更新标签在画布中的更新标签矩形区域；根据更新后的目标位置以及设定的目标长度值，获得更新目标区域；
步骤3、交叉检测：根据步骤2中获得的更新标签矩形区域，判断该矩形区域内是否有已经填充的栅格；如有，则认为当前更新标签矩形区域与其他矩形区域存在重叠或交叉，执行步骤4；否则，获得不重叠的矩形区域，并跳转至步骤5；
步骤4、深度搜索，具体包括如下步骤：
步骤41、确定矩形框：根据更新目标所对应的标签范围，确定一个矩形框；
步骤42、变换矩形框的位置：在以目标位置为中心的搜索范围内，按照设定角度，变换一次矩形框的位置；
步骤43、交叉检测：对步骤42变换位置后的矩形框，按照步骤3的方法，进行交叉检测；当有重叠或交叉时，执行步骤44；否则，获取当前不重叠的矩形框；
步骤44、重复步骤42至步骤43，直到变换位置后的矩形框不与任何一个填充栅格重叠为止，从而获得不重叠的矩形框；
步骤5、填充栅格：将步骤2获得的不重叠的矩形区域或步骤4获得的不重叠的矩形框、以及步骤2获得的更新目标区域，所对应的画布栅格，均进行填充；
步骤6、更新缓存：将栅格填充后的不重叠矩形区域或矩形框的相对位置，对键值对缓存中的Value进行更新；将栅格填充后的更新目标区域的位置，对键值对缓存中的Key进行更新；
步骤7、显示：将缓存更新完成的标签，显示在画布中。
2.根据权利要求1所述的VTS系统中目标标签自适应布局的方法，其特征在于：步骤11中，每个栅格均为1字节，值为0或1，初始化值均为0，代表画布是空的；步骤5中，栅格填充后，栅格赋值为1，代表画布栅格已填充。
3.根据权利要求1所述的VTS系统中目标标签自适应布局的方法，其特征在于：步骤42中的搜索范围，从距离和角度两个维度扩大搜索范围；在距离上，每次的扩大量为标签的长度；在角度上，则根据目标的行驶状态进行划分；当目标为运动状态时，运动目标的标签搜索范围被限定在以航向为基准的0-180°范围内；当目标为静止状态时，静止目标的标签搜索范围则是以目标位置为中心的整个360°的范围内。
4.根据权利要求3所述的VTS系统中目标标签自适应布局的方法，其特征在于：步骤42中的设定角度为30°。
5.根据权利要求4所述的VTS系统中目标标签自适应布局的方法，其特征在于：步骤4中，深度搜索的搜索深度限制为2。
6.根据权利要求1所述的VTS系统中目标标签自适应布局的方法，其特征在于：步骤11中，画布为二维画布；步骤3的交叉检测时，首先根据更新标签矩形区域的Y坐标，定位到二维画布的索引位置；然后根据更新标签矩形区域的X坐标，决定索引位置的偏移量，以此快速定位需要查询的栅格位置，并及时判断其是否已经被赋值；如果是，则认为当前更新标签矩形区域与已有标签存在重叠或交叉。
7.根据权利要求1所述的VTS系统中目标标签自适应布局的方法，其特征在于：步骤2中，设定的目标长度值为32*32的矩形范围。
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