基于数字地球的可视化方法及系统技术领域
本发明涉及计算机领域，具体涉及一种基于数字地球的可视化方法及系统。
背景技术
现阶段在军事应用领域中出现了很多的信息系统，这些信息系统大部分是基于现有信息系统的数据库进行研发的，即对数据库中的信息进行简单的展现，而对数据归并整理、挖掘分析、三维展示等方面研究较少。出现上述问题在原因在于：一是需要开发形式多样的数据接口，建立各种各样的接口服务，浪费了人力、物力和财力；二是各个应用系统中的不准确数据容易导致查询到错误的结果；三是由于基础信息没有统一，各应用系统各自为营、互相独立，查询系统不知道从哪个应用系统获取相应的基础信息；四是系统如要升级，就会设计方方面面的修改，这给升级、维护带来了诸多的不便；五是查询方式单一、展现形式老旧，通常以数据统计表格的方式展现，不够直观清晰。
在国内态势展示方面，中国某计算所的MGIS产品在军标标绘、军用数据应用处理等方面也已经比较领先，但其MGIS产品系列主要基于二维平台，在展现某些态势时不够清晰直观，无法满足部队实际保障需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于数字地球的可视化方法及系统，可以将所获取的统计数据在数字地球上面采用三维模型清楚的展示，从而满足部队实际保障需求。
第一方面，本发明提供了一种基于数字地球的可视化方法，包括：
获取数据库中需要可视化的统计数据；
获取所述统计数据的可视化要素数量；
根据可视化要素数量获取每个统计数据的可视化统计符号；
利用统计符号生成模型绘制上述可视化统计符号并在数字地球上进行渲染可视化。
优选地，所述根据可视化要素数量获取每个统计数据的可视化统计符号的步骤包括：
判断可视化要素数量是单要素还是多要素；
根据可视化要素数据利用统计数据分类模型对所述统计数据分类或者利用统计数据分级模型对所述统计数据分级处理。
优选地，所述统计数据分类模型包括系统聚类模型、典型样本单元聚类模型和模糊聚类模型中的一种或者多种。
优选地，所述统计数据分级模型包括余弦插值法、等差分级模型、等比分级模型、分位数分级模型、最优分割分级模型和逐步模式识别分级模型中的一种或者多种。
优选地，所述利用统计符号生成模型绘制上述可视化统计符号并在数字地球上进行渲染可视化的步骤中包括采用余弦插值法实现分级色彩计算：
式中，F为起始色，E为终止色，n为分级数，Mi为从F到E的位置为Pi的渐变颜色，i＝2，……，n-1，Pi＝(i-1)/(n-1),Pi∈[0,1]；FR、FG、FB、ER、EG和EB为F和E在RGB空间分解为红绿蓝分量，MiR、MiG、MiB为渐变颜色Mi的红绿蓝分量；Ti为归一化过程中的中间变量。
优选地，所述利用统计符号生成模型绘制上述可视化统计符号并 在数字地球上进行渲染可视化的步骤中该统计符号的尺寸满足以下表达式：
式中，Fi为对应统计数据Fi符号尺寸的大小，Fmax为统计符号的最大尺寸，Fmin为统计符号的最小尺寸，Dmax为统计数据的最大值，Dmin为统计数据的最小值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于数字地球的可视化系统，基于上文所述的可视化方法实现，所述系统包括：
统计数据获取单元，用于获取数据库中需要可视化的统计数据；
要素数量获取单元，用于获取所述统计数据的可视化要素数量；
统计符号获取单元，用于根据可视化要素数量获取每个统计数据的可视化统计符号；
统计符号生成单元，用于利用上述统计符号生成模型绘制上述可视化统计符号并在数字地球上进行渲染可视化。
优选地，所述统计符号获取单元包括判断模块，该判断模块具体用于：
判断可视化要素数量是单要素还是多要素；
根据可视化要素数据利用统计数据分类模型对所述统计数据分类或者利用统计数据分级模型对所述统计数据分级处理。
优选地，所述统计符号生成单元采用余弦插值法实现分级色彩计算：
优选地，所述统计符号生成单元绘制该统计符号的尺寸满足以下表达式：
由上述技术方案可知，本发明根据对需要可视化的统计数量的可视化要素数据获取每个个统计数据的统计符号；利用统计符号生成模型编制统计符号。本发明可以将所获取的统计数据在数字地球上面采用三维模型清楚的展示，从而满足部队实际保障需求。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种基于数字地球的可视化方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的可视化统计符号图；
图3～图6是本发明实施例提供的柱状图；
图7～图8是本发明实施例提供的饼状图；
图9是本发明实施例提供的分层设色图；
图10是本实施例提供的一种基于数字地球的可视化系统框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
第一方面，本发明提供了一种基于数字地球的可视化方法，如图1所示，包括：
S1、获取数据库中需要可视化的统计数据；
S2、获取所述统计数据的可视化要素数量；
S3、根据可视化要素数量获取每个统计数据的可视化统计符号；
S4、利用统计符号生成模型绘制上述可视化统计符号并在数字地球上进行渲染可视化。
下面对本发明实施例提供的可视化方法各步骤作详细说明。
首先介绍S1、获取数据库中需要可视化的统计数据的步骤。
本发明中满足部队实际保障需求，需要采集的统计数据包括基础数据以及多源遥感影像数据。其中，基础数据包括：单位目录、装备目录、设备机工具目录、器材目录、资料目录、工厂目录、装备主要部件、装备寿命类型标准、装备修理间隔标准、装备配套标准、战备器材基数标准、装备厂家标准、装备器材标准、保障设施标准、术语标准和标签库等。通过该多源遥感影像数据可以得到任意地形段的水平距离、垂直距离以及面积等。
需要说明的是，本发明只介绍了几种可能用到的统计数据，本领域技术人员可以根据实际需要设定所需要的统计数据，本发明不作限定。
其次介绍S2、获取所述统计数据的可视化要素数量的步骤。
需要说明的是，可视化要素是指，上述统计数据需要展现的变量的数量与种类。例如，当统计数据为单一要素时，其视觉变量可以采用形状、尺寸或者色彩(色相、亮度、饱和度)、方向和透明度进行展示。当统计数据为多要素时，其视觉变量可以采用尺寸、形状和色彩展示。
再次，介绍S3根据可视化要素数量获取每个统计数据的可视化统计符号的步骤。
实际应用中，一个统计符号往往包括多个可视化要素，是可视化要素变量的空间集合。当统计数据的可视化要素数量为单一要素时，例如单一要素为颜色时，可以选择例如分类色彩图或者分级色彩图的可视化统计符号，当单一要素为尺寸时，可以采用例如点值图的可视化统计符号。
当可视化要素包括多个时，可以选择例如三维饼状图、三维柱状图或及其组合图的可视化统计符号，如图2所示。
最后，介绍S4、利用统计符号生成模型绘制上述可视化统计符号并在数字地球上进行渲染可视化的步骤。
本发明实施例中，可视化统计符号依赖于统计数据的可视化要素，因此需要建立模型对可视化统计符号中可视化要素的具体值进行计算，进而绘制出各个要素的尺寸或者颜色等符号。
可视化统计符号的生成过程中需要的模型主要有两种：一是对统计数据进行处理的模型如统计数据的分类分级模型，称为数据处理模型；另一种是依据统计数据符号绘制的模型，称为符号绘制模型。
1、数据处理模型。数据处理模型是将统计数据的特征以数学方法来表达的数学关系式。数学处理模型的设计与选择以制图目的为基础。
数据处理模型有多种，最常用的是分类分级模型。实际应用中，根据对统计数据的差异性和相似性进行聚类分析，实现对统计数据的分类。根据分类的结果，能够把呈地域分布的地理现象绘制成类型图或区划图如农业区划图、气候区划图、经济区划图等。数据分类模型主要有系统聚类模型、典型样本单元聚类模型、模糊聚类模型等。
统计数据的定量数据是呈离散分布的数据，不能明显、直接地反映出现象在空间分布上的规律和差异性，往往需要对数据进行统计分析、建立数据分级模型，采用分级色彩图来表示它们。统计数据的分级主要包括两个方面：分级数的确定和分级界限的确定。对统计数据的分级，增加级别以更加详细地表示地理信息，因此要在保证统计数据可读性和规律性的前提下，尽可能的使分级详细些；为了增加专题地图的可读性需要尽可能多的分级，但是分级过细会导致数据离散性增大从而妨碍发现数据的分布规律，所以又必须限制等级。统计数据分级的主要模型包括等差分级模型、等比分级模型、分位数分级模型、最优分割分级模型、逐步模式识别分级模型等。
2、统计符号绘制模型。符号绘制模型主要是根据统计数据处理的 结果对统计符号进行绘制的模型，包括对统计符号的尺寸进行绘制的符号尺寸模型以及能够计算分级分类色彩的色彩模型。
(1)符号尺寸模型。在设计分级符号时，考虑分级符号尺寸之间的差异，若差异过大会产生跳跃感，过小会使等级不够明显。在数据变化不大时，本发明实施例中分级符号的尺寸应当满足以下线性模型：
式中，Fi为对应统计数据Fi符号尺寸的大小，Fmax为统计符号的最大尺寸，Fmin为统计符号的最小尺寸，Dmax为统计数据的最大值，Dmin为统计数据的最小值。
(2)色彩模型。色彩模型是用于计算系列等级色的色彩渐变算法。色彩渐变的算法很多，包括线性内插法、水平起始点插值法、水平终止点插值法、水平中点插值法、线性倒插法、余弦插值法、色调顺时针插值法、色调逆时针插值法等。本发明实施例中选择余弦插值法，该方法的渐变效果平滑性较好，能够很好的表达等级数据。
式中，F为起始色，E为终止色，n为分级数，Mi为从F到E的位置为Pi的渐变颜色，i＝2，……，n-1，Pi＝(i-1)/(n-1),Pi∈[0,1]；FR、FG、FB、ER、EG和EB为F和E在RGB空间分解为红绿蓝分量，MiR、MiG、MiB为渐变颜色Mi的红绿蓝分量；Ti为归一化过程中的中间变量。
根据上述模型，本发明绘制了如图3～图6所示的柱状图、图7～图8所示的饼状图以及图9所示的分级设色图。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于数字地球的可视化系统，基于上文所述的可视化方法实现，如图10所示，所述系统包括：
统计数据获取单元，用于获取数据库中需要可视化的统计数据；
要素数量获取单元，用于获取所述统计数据的可视化要素数量；
统计符号获取单元，用于根据可视化要素数量获取每个统计数据的可视化统计符号；
统计符号生成单元，用于利用上述统计符号生成模型绘制上述可视化统计符号并在数字地球上进行渲染可视化。
优选地，所述统计符号获取单元包括判断模块，该判断模块具体用于：
判断可视化要素数量是单要素还是多要素；
根据可视化要素数据利用统计数据分类模型对所述统计数据分类或者利用统计数据分级模型对所述统计数据分级处理。
优选地，所述统计符号生成单元采用余弦插值法实现分级色彩计算：
优选地，所述统计符号生成单元绘制该统计符号的尺寸满足以下表达式：
由上可以看出，本发明实施例提供的基于数字地球的可视化系统基于上文所述的基于数字地球的可视化方法实现，因而可以解决同样的技术问题，并取得相同的技术效果，在此不再一一赘述。
综上所述，本发明实施例提供的基于数字地球的可视化方法及系统，通过对统计数据(若干数据表)的可视化挖掘与可视化技术手段的处理，将数据库中的每一个相关数据项作为单个图元元素表示，大量的数据集构成数据图像，同时将数据的各个要素值以多维数据的形式表示，可以从不同的维度进行观察，从而对保障数据进行更深入的 观察和分析，能够从复杂的保障数据中快速识别、提炼出蕴含于内部形形色色的关系与规律，增强部队在装备保障工作中行动决策的准确性与科学性。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。