CN114119816A - 态势自动标绘原型系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及态势标绘领域,公开了一种态势自动标绘原型系统及方法,系统包括:数据管理模块,获取轨迹数据,根据所述轨迹数据对所述轨迹数据进行数据转换、数据预处理以及轨迹的自适应聚类并将处理结果发送至所述态势标绘模块;态势标绘模块,接收到所述数据管理模块发送处理结果之后,调用对应的动态符号生成算法,基于向心参数化Catmull‑Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号自动标绘;可视化模块,包括动态态势演播子模块和静态可视化子模块,接收所述态势绘制模块发送的信号以进行动画显示;GIS服务模块,接收所述态势标绘模块发送的信号以提供基础地名地址空间查询功能和态势图的打印输出功能,实现了提高标绘的准确性和标绘效率。
Description
技术领域
本申请涉及态势标绘技术领域,特别是涉及一种态势自动标绘原型系统及方法。
背景技术
态势标绘广泛应用于应急领域,其主要功能是将目标区域的车辆人员等各种实体对象、各部门物资供应情况与当前运作的动态形势标绘在地图上,以便更好地展示该地区态势情形,辅助指挥者进行决策部署,协调各单位进行调度合作。目前传统的基于C/S(Client/Server) 架构的态势标绘系统,其桌面应用程序安装和操作较复杂,对使用人员专业性和硬件环境要求较高,且可扩展性较差,不具备应急态势标绘所需的机动性和跨平台特性。
因此,如何提高标绘准确性和标绘效率成为了一个亟待解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案,并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种态势自动标绘原型系统及方法,旨在解决提高标绘准确性和标绘效率的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种态势自动标绘原型的系统,所述系统包括:数据管理模块、态势标绘模块、可视化模块以及GIS服务模块;
所述数据管理模块,用于获取轨迹数据,通过对所述轨迹数据进行数据转换、数据预处理以及轨迹的自适应聚类并将处理结果发送至所述态势标绘模块;
所述态势标绘模块,用于在接收到所述数据管理模块发送的处理结果之后,调用对应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号自动标绘;
所述可视化模块,包括动态态势演播子模块和静态可视化子模块,用于接收所述态势绘制模块发送的信号以进行动画显示;
所述GIS服务模块,用于接收所述态势标绘模块发送的信号以提供基础地名地址空间查询功能和态势图的打印输出功能。
可选地,所述数据管理模块还包括数据组织与管理子模块,用于负责地图和底图数据的加载与渲染,符号的存储与管理以及态势图样本数据集的访问与上载。
可选地,所述数据管理模块还包括轨迹数据格式和预处理模块,用于在数据转换阶段,对轨迹数据的格式和坐标进行转换;
在数据预处理阶段删除多余字段,仅保留数据坐标经纬度和时间戳数据,以减少存储的数据量,并对轨迹进行异常检测删除冗余数据和噪声;
在轨迹聚类阶段,根据预设参数进行自适应聚类并输出簇类代表轨迹坐标点。
可选地,所述态势标绘模块包括:动态符号自动标绘模块、常规符号标绘模块、标绘符号的属性编辑模块和标绘图层管理模块,所述动态符号自动标绘模块,用于监测当窗口聚类数据更新时,调用动态符号自动标绘算法,依据代表轨迹坐标数据、窗口轨迹点数据和关联度数据,判断动态符号类型,并调用相应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号的自动标绘。
可选地,所述常规符号标绘模块,用于根据用户选择的常规符号类别和输入的坐标从常规符号库调用相应的符号模型进行绘制;
所述标绘符号的属性编辑模块,用于对符号的空间属性进行编辑,对符号的非空间属性进行编辑;
所述标绘图层管理模块,用于对标绘图层进行添加、删除、显示以及隐藏操作。
可选地,所述静态可视化子模块还用于根据符号类型和控制点数据采用 SVG技术对符号进行绘制,生成静态态势图。
可选地,所述动态态势演播子系统还用于对动态符号采用帧动画的方法使用window.requestAnimationFrame()接口实现动态符号的生长动画效果,所述window.requestAnimationFrame()接口是HTML5提供的一个专门用于实现动画的API,能适应客户端不同屏幕的刷新率,不会因为刷新间隔时间的变化。
可选地,所述GIS服务模块包括地名地址空间查询功能模块和态势图的打印输出功能模块,所述地名地址空间查询功能模块用于对空间目标定位或者查找具体目标,所述态势图的打印输出功能模块用于对态势图进行打印与输出以保存完成标绘的态势图到本地,按照需求进行打印输出。
可选地,系统基于轻量级Web地图可视化开源框架Leaflet,并结合可缩放矢量图形(Scalable Vector Graphics,SVG)技术进行设计,以实现所述态势自动标绘原型系统基于B/S(Browser/Server)架构正常运行。
为实现上述目的,本发明提出一种用于态势自动标绘原型方法,所述方法采用如上述所述的态势自动标绘原型系统进行态势的绘制。
本发明提供态势自动标绘原型系统主要包括:数据管理模块、态势标绘模块、可视化模块以及GIS服务模块;所述数据管理模块,用于获取轨迹数据,通过对所述轨迹数据进行数据转换、数据预处理以及轨迹的自适应聚类并将处理结果发送至所述态势标绘模块;所述态势标绘模块,用于在接收到所述数据管理模块发送的处理结果之后,调用对应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号自动标绘;所述可视化模块,包括动态态势演播子模块和静态可视化子模块,用于接收所述态势绘制模块发送的信号以进行动画显示;所述GIS服务模块,用于接收所述态势标绘模块发送的信号以提供基础地名地址空间查询功能和态势图的打印输出功能,可实现提高标绘的准确性和标绘效率。
附图说明
图1是本发明态势自动标绘原型系统第一实施结构示意图;
图2是本发明态势自动标绘原型系统第一实施具体符号概念层类图;
图3本发明态势自动标绘原型系统第一实施标绘符号应用扩展图;
图4本发明态势自动标绘原型系统第一实施动态态势演播中单箭头帧动画生成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种态势自动标绘原型系统,如图1所示,包括数据管理模块、态势标绘模块、可视化模块以及GIS服务模块。
需要说明的是,标绘符号包含的基本元素有:符号颜色、填充颜色、填充透明度,纹理样式、线条样式、线宽、字体、字体颜色、字号、字体粗细、图片、缩放、控制点、中心点等,具体符号概念层类图如图2所示。
可以理解的是,基类BaseObject中定义了标绘符号体系的公有接口,符号扩展接口getPath()方法使用SVG描述语言实现具体态势符号的绘制,当用户需要添加新的符号类型时可重载实现该接口进行扩展,并在相应的子类中进行属性设定,为保证数据安全和集中管理,符号的存取使用单独的方法实现。其中, Save()方法将符号进行保存,Load()方法对符号进行加载,还有部分鼠标操作方法。BaseObject下有两个子类:RegularObject和IrregularObject,分别表示规则的符号和不规则的符号类型,即静态符号与动态符号。规则符号主要包括:矢量符号、栅格符号和文字符号,这些符号的特点是形状固定,只有位置、大小、颜色等可以变化。在规则符号类,公共属性CenterLatlngs用于定位符号的中心点,子类VectorObject、GridObject和TextObject继承自RegularObject, VectorObject是矢量类型的标绘符号,定义了矢量样式设定,如颜色、缩放、旋转等方法,GridObject是栅格类型的标绘符号,定义了栅格图片资源、设置宽高方法,TextObject是标绘中需要用到的文字标记,针对文字符号定义了文字段落样式设定、外框样式设定等方法,同时该类还被IrregularObject继承使得非规则符号能够获得文字注记,IrregularObject类是指由用户自由绘制的不规则标绘符号类,设置了ControlLatlngs属性和ElevationLatlngs属性,其中ElevationLatlngs 属性可以在三维模型中读取,从而可以扩展实现三维标绘符号的高程值,同时还定义了线型、线宽、填充颜色、填充透明度、纹理样式等属性。
在具体实施中,如图3所示,本系统符号结构良好的可扩展性,可以根据需求将标绘符号拓展至应急救援、物流统筹、通信规划等领域。
在具体实施中,本实施例采用轻量级开源框架Leaflet进行构建,使用SVG 技术绘制态势标绘符号,Leaflet是一个支持HTML5的用于开发交互式在线地图 WebGIS应用的轻量级开源Javascript类库,Leaflet具有轻量级、高性能和可用性好的优势,能高效运行在主要的桌面和移动平台,同时能够利用现代浏览器的HTML5和CSS3优势,支持插件扩展,其整体的体系结构与开源软件 OpenLayers类似,核心框架是Map类,该类实现了主要的地图管理功能,包括:支持地图放大、缩小、平移等功能的地图控件、图层管理、标注管理、符号管理、绑定事件等功能。可缩放矢量图形(SVG)是基于可扩展标记语言(XML),用于描述二维矢量图形和矢量点阵混合图形的标记语言,SVG图像在放大或改变尺寸的情况下其图形质量不会有所损失,并可以用任何文本编辑器创建或编辑, SVG内置了对JavaScript的支持,非常适合实现基于Web的地图的交互操作,提高GIS用户的互操作速度。
所述数据管理模块,用于获取轨迹数据,通过对所述轨迹数据进行数据转换、数据预处理以及轨迹的自适应聚类并将处理结果发送至所述态势标绘模块。
在具体实施中,数据管理部分主要分为两个部分。第一部分是数据的组织与管理模块,负责地图底图数据的加载与渲染,符号的存储与管理,以及态势图样本数据集的访问与上载,第二部分负责轨迹数据格式转换和预处理,以及轨迹的自适应聚类。在数据转换阶段,对轨迹数据的格式和坐标进行转换,在数据预处理阶段删除多余字段,仅保留数据坐标经纬度和时间戳数据,以减少存储的数据量,并对轨迹进行异常检测,删除冗余数据和噪声,在轨迹聚类阶段,根据预设参数进行自适应聚类并输出簇类代表轨迹坐标点和关联度表。
进一步地,所述数据管理模块还包括数据组织与管理子模块,用于负责地图和底图数据的加载与渲染,符号的存储与管理以及态势图样本数据集的访问与上载。
进一步地,所述数据管理模块还包括轨迹数据格式和预处理模块,用于在数据转换阶段,对轨迹数据的格式和坐标进行转换;在数据预处理阶段删除多余字段,仅保留数据坐标经纬度和时间戳数据,以减少存储的数据量,并对轨迹进行异常检测删除冗余数据和噪声;在轨迹聚类阶段,根据预设参数进行自适应聚类并输出簇类代表轨迹坐标点。
所述态势标绘模块,用于在接收到所述数据管理模块发送的处理结果之后,调用对应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号自动标绘。
在具体实施中,态势标绘模块运行于客户端浏览器中,主要分为四个子模块,分别是动态符号自动标绘模块、常规符号标绘模块、标绘符号的属性编辑模块和标绘图层管理模块。
在动态符号自动标绘模块,前端通过Ajax技术创建异步对象,向服务器发送POST数据请求,并使用onreadystatechange事件进行监听,当窗口聚类数据更新时,调用动态符号自动标绘算法,依据代表轨迹坐标数据、窗口轨迹点数据和关联度数据,判断动态符号类型,并调用相应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号的自动标绘。在常规符号标绘模块,系统根据用户选择的常规符号类别和输入的坐标从常规符号库调用相应的符号模型进行绘制。标绘符号的属性编辑模块包括两类:一类是对符号的空间属性编辑,如:选定、旋转、移动、缩放等,一类是对符号的非空间属性进行编辑,如:符号的线型、线宽、颜色、填充方式、透明度设置等,当符号处于选定状态时,用户可以对选定符号在样式编辑栏中进行直接进行修改。在标绘图层管理模块,可以对标绘图层进行添加、删除、显示、隐藏等操作。
进一步地,所述态势标绘模块包括:动态符号自动标绘模块、常规符号标绘模块、标绘符号的属性编辑模块和标绘图层管理模块,所述动态符号自动标绘模块,用于监测当窗口聚类数据更新时,调用动态符号自动标绘算法,依据代表轨迹坐标数据、窗口轨迹点数据和关联度数据,判断动态符号类型,并调用相应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号的自动标绘。
进一步地,所述常规符号标绘模块,用于根据用户选择的常规符号类别和输入的坐标从常规符号库调用相应的符号模型进行绘制;所述标绘符号的属性编辑模块,用于对符号的空间属性进行编辑,对符号的非空间属性进行编辑;所述标绘图层管理模块,用于对标绘图层进行添加、删除、显示以及隐藏操作。
所述可视化模块,包括动态态势演播子模块和静态可视化子模块,用于接收所述态势绘制模块发送的信号以进行动画显示。
在具体实施中,态势图的可视化模块由两部分组成,包括动态态势演播和静态可视化,在静态可视化中,系统根据符号类型和控制点数据采用SVG技术对符号进行绘制,生成静态态势图,在动态态势演播中,对动态符号采用帧动画的方法使用window.requestAnimationFrame()接口实现动态符号的生长动画效果。该接口是HTML5提供的一个专门用于实现动画的API,能够适应客户端不同屏幕的刷新率,不会因为刷新间隔时间的变化,造成过度绘制增加开销,或者使动画卡顿不流畅,形成一个保持最佳绘制效率的统一刷新机制,从而节省系统资源,提高系统性能,改善视觉效果。
如图4所示,对于单箭头符号,在进行动态可视化时,由于本实施例在设计单箭头生成算法时以箭身中轴线为基础,所以根据中轴线控制点序列可以很好地生成帧动画序列,首先需要对箭头符号中轴线进行插值,根据预设的插值精度生成中轴线控制点序列,每次调用符号生成函数时更新中轴线控制点序列,由控制点序列生成新的单箭头形状,插入帧形成生长动画。
进一步地,所述静态可视化子模块还用于根据符号类型和控制点数据采用 SVG技术对符号进行绘制,生成静态态势图。
进一步地,所述动态态势演播子系统还用于对动态符号采用帧动画的方法使用window.requestAnimationFrame()接口实现动态符号的生长动画效果,所述window.requestAnimationFrame()接口是HTML5提供的一个专门用于实现动画的API,能适应客户端不同屏幕的刷新率,不会因为刷新间隔时间的变化。
所述GIS服务模块,用于接收所述态势标绘模块发送的信号以提供基础地名地址空间查询功能和态势图的打印输出功能。
进一步地,所述GIS服务模块包括地名地址空间查询功能模块和态势图的打印输出功能模块,所述地名地址空间查询功能模块用于对空间目标定位或者查找具体目标,所述态势图的打印输出功能模块用于对态势图进行打印与输出以保存完成标绘的态势图到本地,按照需求进行打印输出。
进一步地,系统基于轻量级Web地图可视化开源框架Leaflet,并结合可缩放矢量图形(Scalable Vector Graphics,SVG)技术进行设计,以实现所述态势自动标绘原型系统基于B/S(Browser/Server)架构正常运行。
在具体实施中,态势自动标绘原型系统主要实现了地图加载与浏览、样本集保存与上传等数据管理、态势符号标绘与编辑、动态符号自动标绘等功能,其中态势符号标绘与编辑功能包括静态符号与动态符号的绘制、空间属性的调整、样式属性的编辑、添加文字注记等功能。地图加载与浏览包括底图的选择、标绘图层的显示与隐藏、图层顺序管理、地图放大缩小与漫游等功能,此外还提供基本的地名地址查询功能。系统采用JavaScript、HTML和CSS实现,客户端环境设置如表1所示,服务器端采用10台x86架构服务器集群,12TB存储阵列,每台服务器的环境设置如表2所示:
表5.1客户端环境设置
表2服务器端环境设置
在具体实施中,在数据管理模块,样本集保存与上传功能可以将绘制好的态势图上传至服务器进行保存与读取,底图集能够切换不同底图以适应不同标绘需求;态势标绘模块集成了自动标绘功能,可以选择不同的数据集,设置不同的参数进行自动标绘,也可进行常规符号标绘,在样式面板中可以对符号的属性样式进行调整,此外,图层管理功能可以设置对图层进行添加删除或切换可见模式;可视化模块集成了静态可视化与动态态势演播,设置插值精度r=1,单箭头符号沿中轴线以帧动画的形式“生长”,截取初始化起点、中间拐点与终点,单箭头在动画过程中始终沿中轴线行进,不会出现偏离控制点的情况,这是由于算法采用的向心参数化Catmull-Rom曲线具有过控制点性质,在动画过程中由于使用了window.requestAnimationFrame()接口,能够适应屏幕刷新率,画面始终流畅,不会出现卡顿;GIS服务模块集成了空间查询与打印输出功能,可以对具体地名地址进行查询,在进行常规标绘时可以辅助定位目标,在打印输出功能中可以将态势图保存到本地进行打印。
本实施例提供态势自动标绘原型系统主要包括:数据管理模块、态势标绘模块、可视化模块以及GIS服务模块;所述数据管理模块,用于获取轨迹数据,通过对所述轨迹数据进行数据转换、数据预处理以及轨迹的自适应聚类并将处理结果发送至所述态势标绘模块;所述态势标绘模块,用于在接收到所述数据管理模块发送的处理结果之后,调用对应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号自动标绘;所述可视化模块,包括动态态势演播子模块和静态可视化子模块,用于接收所述态势绘制模块发送的信号以进行动画显示;所述GIS服务模块,用于接收所述态势标绘模块发送的信号以提供基础地名地址空间查询功能和态势图的打印输出功能,可实现提高标绘的准确性和标绘效率。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机,计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种态势自动标绘原型系统,其特征在于,所述态势自动标绘原型系统主要包括:数据管理模块、态势标绘模块、可视化模块以及GIS服务模块;
所述数据管理模块,用于获取轨迹数据,通过对所述轨迹数据进行数据转换、数据预处理以及轨迹的自适应聚类并将处理结果发送至所述态势标绘模块;
所述态势标绘模块,用于在接收到所述数据管理模块发送的处理结果之后,调用对应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号自动标绘;
所述可视化模块,包括动态态势演播子模块和静态可视化子模块,用于接收所述态势绘制模块发送的信号以进行动画显示;
所述GIS服务模块,用于接收所述态势标绘模块发送的信号以提供基础地名地址空间查询功能和态势图的打印输出功能。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述数据管理模块还包括数据组织与管理子模块,用于负责地图和底图数据的加载与渲染,符号的存储与管理以及态势图样本数据集的访问与上载。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述数据管理模块还包括轨迹数据格式和预处理模块,用于在数据转换阶段,对轨迹数据的格式和坐标进行转换;
在数据预处理阶段删除多余字段,仅保留数据坐标经纬度和时间戳数据,以减少存储的数据量,并对轨迹进行异常检测删除冗余数据和噪声;
在轨迹聚类阶段,根据预设参数进行自适应聚类并输出簇类代表轨迹坐标点。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述态势标绘模块包括:动态符号自动标绘模块、常规符号标绘模块、标绘符号的属性编辑模块和标绘图层管理模块,所述动态符号自动标绘模块,用于监测当窗口聚类数据更新时,调用动态符号自动标绘算法,依据代表轨迹坐标数据、窗口轨迹点数据和关联度数据,判断动态符号类型,并调用相应的动态符号生成算法,结合基于向心参数化Catmull-Rom样条的标绘曲线生成算法实现动态符号的自动标绘。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于,所述常规符号标绘模块,用于根据用户选择的常规符号类别和输入的坐标从常规符号库调用相应的符号模型进行绘制;
所述标绘符号的属性编辑模块,用于对符号的空间属性进行编辑,对符号的非空间属性进行编辑;
所述标绘图层管理模块,用于对标绘图层进行添加、删除、显示以及隐藏操作。
6.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述静态可视化子模块还用于根据符号类型和控制点数据采用SVG技术对符号进行绘制,生成静态态势图。
7.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述动态态势演播子系统还用于对动态符号采用帧动画的方法使用window.requestAnimationFrame()接口实现动态符号的生长动画效果,所述window.requestAnimationFrame()接口是HTML5提供的一个专门用于实现动画的API,能适应客户端不同屏幕的刷新率,不会因为刷新间隔时间的变化。
8.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述GIS服务模块包括地名地址空间查询功能模块和态势图的打印输出功能模块,所述地名地址空间查询功能模块用于对空间目标定位或者查找具体目标,所述态势图的打印输出功能模块用于对态势图进行打印与输出以保存完成标绘的态势图到本地,按照需求进行打印输出。
9.如权利要求1至8任一项所述的系统,其特征在于,系统基于轻量级Web地图可视化开源框架Leaflet,并结合可缩放矢量图形(Scalable Vector Graphics,SVG)技术进行设计,以实现所述态势自动标绘原型系统基于B/S(Browser/Server)架构正常运行。
10.一种态势自动标绘原型方法,其特征在于,接收态势自动标绘原型任务,将所述态势自动标绘原型任务输入权利要求1至9任一项所述的态势自动标绘原型系统中,输出态势自动标绘原型的结果。
Priority Applications (1)
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