CN117611775A - 一种基于gis的通航环境vr展示系统的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，涉及虚拟现实技术和测绘地理信息技术领域，包括以下步骤：构建通航环境电子地图系统；开发全景展示平台；建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作；获取实时视频流；获取AIS数据，进行动态船舶目标的模拟，并建立船舶位置历史库；获取实时监测数据，采用统计图表的方式进行可视化展示；融合各类信息，构建通航环境VR展示系统。本发明通过信息化资源融合通航环境VR展示系统，为智能航运提供集约共享的基础地理数据服务，以多维度、多类别、多形态、多时相的方式呈现数据，为用户提供全面的信息支持，创造一个沉浸式、互动性强、全面可视化的环境。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术和测绘地理信息技术领域，具体来说，涉及一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法。
背景技术
虚拟全景漫游是由全景图像构成的全景空间，体验者可以在这个空间中进行不同视角的浏览。它是将拍摄获得的全景图片，采用数字图像处理等技术构建出三维全景空间，让浏览者可以通过键盘、鼠标、触摸屏等，控制视角进行环视、俯视、仰视等全方位的浏览，并可以任意放大缩小，如同身临其境。相比于通过传统的3D建模方式构建全景空间，虚拟全景漫游技术在制作技术上更加简单，降低了数据量及系统消耗，成为近年来VR技术比较热门的呈现方式。
然而，现有的全景漫游制作开发软件，如Pano2vr、Krpano、Three.js，仅能支持有限范围的小场景的全景空间的开发，缺乏对于包含海量地理大场景的时空信息的表达能力，也难以实现与各类互联网、物联网泛在服务的实时关联互通。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，包括以下步骤：
S1、构建通航环境电子地图系统；
S2、开发全景展示平台；
S3、建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作；
S4、获取实时视频流；
S5、获取AIS数据，进行动态船舶目标的模拟，并建立船舶位置历史库；
S6、获取实时监测数据，采用统计图表的方式进行可视化展示；
S7、融合各类信息，构建通航环境VR展示系统。
可选地，构建通航环境电子地图系统包括以下步骤：
S11、获取通航环境区域内的遥感影像数据，制作影像瓦片并发布；
S12、收集、整理并分析通航环境区域内的专题数据，并使用服务器发布专题数据；
S13、开发电子地图系统的基本框架；
S14、基于电子地图系统，实现数据更新与维护功能。
可选地，收集、整理并分析通航环境区域内的专题数据，并使用服务器发布专题数据包括以下步骤：
S121、收集、整理并分析全景照片的相关专题数据；
S122、对专题数据进行处理和检查，并录入空间数据库；
S123、基于空间数据库录入结果，进行图形检查、属性检查及图属一致性检查；
S124、利用检查结果合成数据成果，并使用服务器发布专题底图服务。
可选地，专题数据包括码头、过江隧道、停泊区、锚地和船厂数据。
可选地，开发全景展示平台包括以下步骤：
S21、选择点位，采集全景照片素材；
S22、根据实际情况进行调整，并将素材进行重合拼接，输出为全景图像文件；
S23、将全景图像文件处理为全景漫游文件，开发全景展示平台。
可选地，建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作包括以下步骤：
S31、编程语言调用全景图编辑器内的数据并进行处理；
S32、全景图编辑器调用编程语言的脚本并执行代码；
S33、编程语言和全景图编辑器互相调用，建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作。
可选地，获取实时视频流包括以下步骤：
S41、通过服务器接口获取点位列表和实时视频流；
S42、将视频流进行格式转换，并在服务器实时播放。
可选地，将视频流进行格式转换，并在服务器实时播放包括以下步骤：
S421、基于服务器框架架设服务器；
S422、利用服务器，将视频流转换格式；
S423、连接服务器，引用开源库，将转换格式后的视频流实时播放。
可选地，利用服务器，将视频流转换格式包括以下步骤：
S4221、利用网络功能获取视频流；
S4222、解码视频流，并转换为原始的音频和视频数据；
S4223、使用编码将原始的音频和视频数据转换格式。
可选地，获取AIS数据，进行动态船舶目标的模拟，并建立船舶位置历史库包括以下步骤：
S51、基于服务器框架接收AIS数据，并解析为结构化的明文；
S52、将解析后的结构化的明文进行可视化处理；
S53、存储AIS历史数据，建立船舶位置历史库并开发实用功能。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过信息化资源融合通航环境VR展示系统，为智能航运提供集约共享的基础地理数据服务，以多维度、多类别、多形态、多时相的方式呈现数据，为用户提供全面的信息支持，创造一个沉浸式、互动性强、全面可视化的环境，有助于提高决策效率，优化航运流程，并推动智能航运的发展。
2、本发明通过整合AIS、监控视频系统以及码头的吞吐量信息、船舶靠离泊信息、污染物监测信息等实时数据，建立行业大数据系统，实现对基础数据和业务数据的自由统计、分析和处理。
3、本发明使用虚拟全景漫游技术构建通航环境VR展示空间，虚拟全景漫游技术在制作技术上更加简单，建设成本更低、建设周期更短，能够快速高效模拟现场真实场景，实现全方位、多层次、动态静态数据结合的通航环境，更好的实现业务工作的目标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法的通航环境电子地图系统架构原理图；
图3是根据本发明实施例的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法的制作全景漫游数据和开发全景展示平台的流程图；
图4是根据本发明实施例的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法的实时视频流转码的流程图；
图5是根据本发明实施例的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法的电子地图系统接收AIS数据、建立历史库并开发相关功能模块的流程图；
图6是是根据本发明实施例的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法的AIS数据解码图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，包括以下步骤：
S1、构建通航环境电子地图系统；
需要说明的是，通过Leaflet、GeoServer、QGIS以及PostGIS等技术，构建通航环境电子地图系统。
S2、开发全景展示平台；
需要说明的是，使用无人机采集通航环境内的全景照片，并利用全景漫游制作引擎Krpano，制作了通航环境内全景漫游数据，开发全景展示平台。
S3、建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作；
需要说明的是，利用JavaScript和Krpano对象的互相调用，实现了电子地图系统和全景展示平台之间的互操作。
S4、获取实时视频流；
需要说明的是，获取通航环境内的摄像头列表、获取相应实时视频流，并获得对摄像头云台的操作。
S5、获取AIS数据，进行动态船舶目标的模拟，并建立船舶位置历史库；
需要说明的是，从数据服务终端获取AIS数据，进行编解码处理后按一定的刷新频率，在电子地图系统中动态显示船舶目标位置，并建立船舶位置历史库。
S6、获取实时监测数据，采用统计图表的方式进行可视化展示；
需要说明的是，获取通航环境内码头的吞吐量、船舶靠离泊、污染物监测等实时数据。
S7、融合各类信息，构建通航环境VR展示系统。
需要说明的是，融合电子地图系统和全景展示平台以及各类实时信息，构建通航环境VR展示系统。
需要补充说明的是，上述电子地图系统前端采用Vue框架开发，融合了Leaflet、Krpano、flv.js等前端库，可运行于任何支持Html5标准的现代浏览器。后端采用.Net技术开发，可在Windows、Mac OS、Linux等操作系统上部署。
在本实施例中，构建通航环境电子地图系统包括以下步骤：
S11、获取通航环境区域内的遥感影像数据，制作影像瓦片并发布；
需要说明的是，影像瓦片处理发布：获取通航环境区域内的遥感影像数据，使用QGIS软件制作影像瓦片，并通过GeoServer发布为影像地图服务，作为电子地图系统的底图。
S12、收集、整理并分析通航环境区域内的专题数据，并使用服务器发布专题数据；
S13、开发电子地图系统的基本框架；
需要说明的是，系统基本框架开发：基于Leaflet开发电子地图系统的前端页面，接入影像地图服务作为底图，接入专题底图服务作为业务数据，实现地图系统的基本功能。
S14、基于电子地图系统，实现数据更新与维护功能。
需要说明的是，数据更新维护功能实现：基于PostGIS提供的后端接口开发电子地图系统的业务数据增删改查功能，实现系统数据的更新维护功能。
在本实施例中，收集、整理并分析通航环境区域内的专题数据，并使用服务器发布专题数据包括以下步骤：
S121、收集、整理并分析全景照片的相关专题数据；
需要说明的是，逐一分析现有数据的数学基础、完整性、逻辑一致性。
S122、对专题数据进行处理和检查，并录入空间数据库；
需要说明的是，使用QGIS软件将专题数据处理和检查合格后方可入PostGIS空间数据库。
S123、基于空间数据库录入结果，进行图形检查、属性检查及图属一致性检查；
S124、利用检查结果合成数据成果，并使用服务器发布专题底图服务。
需要说明的是，合格后形成最终数据成果，使用GeoServer发布专题底图服务。
在本实施例中，专题数据包括码头、过江隧道、停泊区、锚地和船厂数据。
需要具体说明的是，专题数据包含经纬度信息和属性信息。
如图2所示，需要具体说明的是，上述电子地图系统选择选择QGIS作为数据处理工具，PostGIS作为空间数据引擎，GeoServer作为GIS服务的发布平台。
在本实施例中，开发全景展示平台包括以下步骤：
S21、选择点位，采集全景照片素材；
需要说明的是，全景数据无人机采集：选择通航环境范围内的码头、河口、取水口、锚地等重要通航要素附近的点位，使用无人机采集全景照片数据。考虑到在浏览全景时前后照片的连贯性，同一通航要素无人机前后采集的距离设置为500m左右（遇到特殊情况适当增加或减少）。
S22、根据实际情况进行调整，并将素材进行重合拼接，输出为全景图像文件；
需要说明的是，全景数据后期制作：根据全景照片数据的实际情况使用PhotoShop软件进行调整，以确保全景图像观看时的真实感、沉浸感等效果。最后将素材图像导入PTGui软件，PTGui将自动分析每一张图像素材之间重叠的像素区域，并将像素特征点高度相似的部分进行重合拼接，最终将每个全景点位的照片以分辨率纵横比为2:1的比例设置输出为一个图像文件。
S23、将全景图像文件处理为全景漫游文件，开发全景展示平台。
需要说明的是，全景展示平台开发：选择Krpano做为全景漫游制作工具，将全景图像文件处理为Html5格式的全景漫游文件。最后，利用krpanotool工具，实现了全景漫游文件中的视角设定、热点设置和编辑等操作，完成全景展示平台的开发。
如图3所示，需要具体说明的是，平台使用无人机采集重要通航要素附近的全景照片，使用PhotoShop和PTGui软件做全景照片的后期处理，最后使用Krpano将全景照片文件处理为Html5格式的全景漫游文件，并制作开发全景展示平台。
在本实施例中，建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作包括以下步骤：
S31、编程语言调用全景图编辑器内的数据并进行处理；
S32、全景图编辑器调用编程语言的脚本并执行代码；
S33、编程语言和全景图编辑器互相调用，建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作。
需要说明的是，编程语言为JavaScript，全景图编辑器为Krpano，利用JavaScript和Krpano对象之间的互相调用，实现电子地图系统和全景展示平台之间互操作的方法，具体如下：
JavaScript对象调用Krpano对象的方法：krpano对象默认ID为krpanoSWFObject，表达式为：
embedpano({
id: “krpanoSWFObject”,
onready: krpanoReady
});
为了确定每次都能正常获取到值，在embedpano的onready函数中处理，表达式为：
function krpanoReady(){
var krpano=document.getElementById(‘krpanoSWFObject’);
var btn= document.getElementById(‘btn’);
btn.onclick=function(){
krpano.call(“webvr.enterVR()”)
}
}
Krpano对象调用JavaScript对象的方法：jscall是Krpano中调用JavaScript的action脚本，它可直接在全景中执行任何Javascript代码，也可在Javascript代码中直接读写krpano的js接口对象，表达式下：
jscall(‘document.getElementById(“map”).style.display=”none”;’)。
在本实施例中，获取相应实时视频流，实现对通航环境的实时监控包括以下步骤：
S41、通过服务器接口获取点位列表和实时视频流；
S42、将视频流进行格式转换，并在服务器实时播放。
在本实施例中，将视频流进行格式转换，并在服务器实时播放包括以下步骤：
S421、基于服务器框架架设服务器；
需要说明的是，架设websocket服务器：公开一种基于superSocket的开发模式架设websocket服务器的技术。superSocket是一个轻量级，跨平台的，可扩展的网络引擎和套接字服务器框架，本实施例使用它可以更加轻松的创建高效、可扩展、可配置、高性能、跨平台的服务器应用程序。
S422、利用服务器，将视频流转换格式；
需要说明的是，视频流转码：公开一种在websocket服务器中基于FFmpegInterop库开发控制器，将RTSP视频流转码为flv格式的技术。FFmpegInterop是一个非常强大的开源库，可以用来处理音频和视频数据，包括解码，编码，转码，流媒体等。
S423、连接服务器，引用开源库，将转换格式后的视频流实时播放。
需要说明的是，视频流播放：在web前端连接websocket服务，引用开源库flv.js，将获取的flv格式视频数据渲染播放。flv.js是一个用于在浏览器中播放FLV格式视频的JavaScript库，它使用了HTML5的MSE技术来实现FLV的播放，而不需要Flash插件。
在本实施例中，利用服务器，将视频流转换格式包括以下步骤：
S4221、利用网络功能获取视频流；
需要说明的是，使用FFmpegInterop的网络功能来获取RTSP流。
S4222、解码视频流，并转换为原始的音频和视频数据；
需要说明的是，使用FFmpegInterop的解码功能来解码RTSP流，把RTSP流转换为原始的音频和视频数据。
S4223、使用编码将原始的音频和视频数据转换格式。
需要说明的是，使用FFmpegInterop的编码功能来把原始的音频和视频数据编码为FLV格式，表达式为：
ffmpeg -i rtsp://example.com/stream -c:v libx264 -c:a aac -f flvoutput.flv
其中，-i rtsp://example.com/stream指定了RTSP流的地址，-c:v libx264 -c:aaac指定了视频和音频的编码器，-f flv output.flv指定了输出格式和文件名。
如图4所示，需要具体说明的是，将监控摄像的RTSP视频流转码为flv格式的视频流，以便于在web前端HTML5页面实时播放。
在本实施例中，获取AIS数据，实现动态船舶目标的模拟，并建立船舶位置历史库包括以下步骤：
S51、基于服务器框架接收AIS数据，并解析为结构化的明文；
需要说明的是，如图6所示，AIS数据解析：本实施例基于superSocket接收AIS数据，并解析为结构化的明文。AIS是一种自动识别系统，主要用于船舶的识别和定位。AIS接收设备接收到的船舶AIS信息都是经过数字化或压缩的编码，要获取其中包含的真实信息，需要按照规定格式进行解码。
AIS数据中，封装的电文包含船舶的位置报文和船舶的静态信息，是本实施例解析的主要对象。船舶的位置报文主要包括船舶的MMSI号、纬经度、船首向、对地航速、转向率等信息，船舶的静态信息又分为2部分。一种是船名、MMSI号、IMO号、呼号、设备类型、船长、船宽、船舶类型等不变信息，另一种是随航次变化的信息目的港、预计抵港时间等变化的信息。
开发了AIS数据解析库parseAIS，用于解析AIS数据，获取船舶的位置和属性信息。调用parseAIS的表达式为：
stringn meaLine =
"!AIVDM,1,1,,A,15RTgt0P00ISsvP3zQVb@5D2D0Dh,0*4E";
parseAIS parser = new parseAIS ()
Console.WriteLine($"Message Type: {message.MessageType}");
Console.WriteLine($"MMSI: {message.Mmsi}")。
S52、将解析后的结构化的明文进行可视化处理；
需要说明的是，AIS数据可视化：在电子海图中，船舶的AIS信号根据船舶种类、航行速度、设备类型等属性的不同，采用不同的符号表达。
基于SVG扩展了Leaflet的符号系统，新增了AIS符号库。在实际使用中，可首先创建一个地图，然后添加了一个瓦片图层，接着，调用AIS符号库在地图上的指定位置添加了一个AIS轨迹符号，并设置了航向和速度。
S53、存储AIS历史数据，建立船舶位置历史库并开发实用功能。
需要说明的是，AIS数据存储：本实施例使用Oracle数据库存储AIS历史数据。由于通航环境中每天产生的AIS数据量较大，影响SQL的读写性能，本发明使用oracle的分区表技术解决这一问题。分区表是将表数据分为若干个可以被单独管理的片，每个片就是一个分区，分一个分区都可以拥有自己的物理属性，比如表空间、事务槽、存储参数、最小区段数等，通过建分区语句指定，提升可用性和存储效率。根据业务需要，本实施例采用了按月建表、按天分区的方式来存储和管理AIS数据。
AIS数据应用：基于AIS历史库，本实施例开发了通航环境船舶态势模拟、船舶轨迹回溯等实用的功能，服务于碰撞预警、事故还原等业务工作。
如图5所示，需要补充说明的是，获取AIS数据，在电子地图系统中动态显示船舶目标位置，并建立船舶位置历史库。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过信息化资源融合通航环境VR展示系统，为智能航运提供集约共享的基础地理数据服务，以多维度、多类别、多形态、多时相的方式呈现数据，为用户提供全面的信息支持，创造一个沉浸式、互动性强、全面可视化的环境，有助于提高决策效率，优化航运流程，并推动智能航运的发展。通过整合AIS、监控视频系统以及码头的吞吐量信息、船舶靠离泊信息、污染物监测信息等实时数据，建立行业大数据系统，实现对基础数据和业务数据的自由统计、分析和处理。使用虚拟全景漫游技术构建通航环境VR展示空间，虚拟全景漫游技术在制作技术上更加简单，建设成本更低、建设周期更短，能够快速高效模拟现场真实场景，实现全方位、多层次、动态静态数据结合的通航环境，更好的实现业务工作的目标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，该基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法包括以下步骤：
S1、构建通航环境电子地图系统；
S2、开发全景展示平台；
S3、建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作；
S4、获取实时视频流；
S5、获取AIS数据，进行动态船舶目标的模拟，并建立船舶位置历史库；
S6、获取实时监测数据，采用统计图表的方式进行可视化展示；
S7、融合各类信息，构建通航环境VR展示系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述构建通航环境电子地图系统包括以下步骤：
S11、获取通航环境区域内的遥感影像数据，制作影像瓦片并发布；
S12、收集、整理并分析通航环境区域内的专题数据，并使用服务器发布专题数据；
S13、开发电子地图系统的基本框架；
S14、基于电子地图系统，实现数据更新与维护功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述收集、整理并分析通航环境区域内的专题数据，并使用服务器发布专题数据包括以下步骤：
S121、收集、整理并分析全景照片的相关专题数据；
S122、对专题数据进行处理和检查，并录入空间数据库；
S123、基于空间数据库录入结果，进行图形检查、属性检查及图属一致性检查；
S124、利用检查结果合成数据成果，并使用服务器发布专题底图服务。
4.根据权利要求3所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述专题数据包括码头、过江隧道、停泊区、锚地和船厂数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述开发全景展示平台包括以下步骤：
S21、选择点位，采集全景照片素材；
S22、根据实际情况进行调整，并将素材进行重合拼接，输出为全景图像文件；
S23、将全景图像文件处理为全景漫游文件，开发全景展示平台。
6.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作包括以下步骤：
S31、编程语言调用全景图编辑器内的数据并进行处理；
S32、全景图编辑器调用编程语言的脚本并执行代码；
S33、编程语言和全景图编辑器互相调用，建立电子地图系统和全景展示平台之间的互操作。
7.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述获取实时视频流包括以下步骤：
S41、通过服务器接口获取点位列表和实时视频流；
S42、将视频流进行格式转换，并在服务器实时播放。
8.根据权利要求7所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述将视频流进行格式转换，并在服务器实时播放包括以下步骤：
S421、基于服务器框架架设服务器；
S422、利用服务器，将视频流转换格式；
S423、连接服务器，引用开源库，将转换格式后的视频流实时播放。
9.根据权利要求8所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述利用服务器，将视频流转换格式包括以下步骤：
S4221、利用网络功能获取视频流；
S4222、解码视频流，并转换为原始的音频和视频数据；
S4223、使用编码将原始的音频和视频数据转换格式。
10.根据权利要求1所述的一种基于GIS的通航环境VR展示系统的构建方法，其特征在于，所述获取AIS数据，进行动态船舶目标的模拟，并建立船舶位置历史库包括以下步骤：
S51、基于服务器框架接收AIS数据，并解析为结构化的明文；
S52、将解析后的结构化的明文进行可视化处理；
S53、存储AIS历史数据，建立船舶位置历史库并开发实用功能。
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| CN117611775B CN117611775B (zh) | 2024-04-09 |
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