海洋场景多源异构数据Web端时空融合渲染系统及方法与流程

本发明涉及地理空间数据的图像建模与三维图形渲染，特别涉及海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统及方法。

背景技术：

1、海洋监测场景大量部署声纳、视频、ais 传感器，产生海量异构数据。web 端凭借跨终端、免部署优势，成为海洋数据可视化主流载体。但各类传感器采集时序、空间基准相互独立，传统 web 可视化架构无法实现多源数据一体化融合展示，行业亟需具备时空对齐、动态加载、混合渲染能力的专用渲染引擎。

2、目前主流的web端海洋数据可视化方案普遍采用独立图层叠加模式，即各类传感器数据分图层独立加载、独立渲染，沿用各自的原始坐标系与采集时序；平台启动后一次性加载全域固定图层，图层切换依赖人工操作；在渲染层面，现有方案通常基于html5 canvas或基础webgl接口实现二维或三维展示。

3、导致时空基准不统一，数据错位、无法联动；平台启动后加载全域固定图层，数据加载方式资源占用高、且人工操作易交互卡顿；图层相互独立割裂，各类数据仅做画面表层叠加，无法实现深度融合展示，用户难以在同一视图中综合研判声纳目标、视频画面与ais轨迹之间的关联关系，不支持精细化钻取分析，无深度融合与无级钻取能力。

技术实现思路

1、本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统及方法。

2、本发明的目的采用如下技术方案实现：

3、本发明提供海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，包括：统一时空索引层、动态瓦片请求层、时间对齐处理层和webgl混合渲染层；

4、所述统一时空索引层用于获取多源异构数据，再将多源异构数据统一到一个空间坐标系，并为各数据绑定统一时间基准的时间戳，构建空间与时间双维度索引；

5、所述动态瓦片请求层监听视口范围变化并响应缩放级别调整；

6、所述时间对齐处理层基于所述统一时空索引层建立的全局时间戳，采用时序匹配算法使不同传感器数据和视频流数据在同一时间轴回放时保持同步联动；

7、所述webgl混合渲染层用于在webgl渲染管线中，区分声纳点云数据、视频流数据、ais轨迹数据三类数据类型，并通过控制各类型数据的透明度与渲染深度，将多类数据融合绘制在同一画面中；还实现画面无级缩放与拖拽钻取交互。

8、进一步地：所述多源异构数据包括声纳传感器、ais传感器的原始地理坐标数据；

9、所述空间坐标系包括：以监测平台坐标为原点的坐标系、全局经纬度坐标系；

10、所述以监测平台坐标为原点的坐标系由自研坐标转换矩阵构建；

11、所述全局经纬度坐标系在自研坐标转换矩阵因传感器无法实时传输自身坐标而无法适用时启用，通过调用第三方地理信息服务接口将传感器经纬度坐标直接映射至全局坐标系，确保系统在平台坐标系不可用时的数据空间对齐能力。

12、进一步地：其特征在于，所述自研坐标转换矩阵如下：

13、针对不同传感器数据类型采用对应的坐标转换式：

14、对于声纳点云数据，采用三维刚体变换矩阵；

15、对于ais轨迹数据，采用二维投影变换矩阵。

16、进一步地：所述动态瓦片请求层的数据调度模式为如下两种：

17、模式一、基于视口、缩放级别动态请求瓦片调度，具体为：画面缩放级别为高缩放级别时请求高分辨率瓦片；画面缩放级别为低缩放级别时请求低分辨率概览瓦片；且视口移动时自动请求新进入视口范围的瓦片，并释放离开视口范围的瓦片；

18、模式二、采用预加载、增量更新、分批次异步加载，具体为：

19、预加载：基于当前视口运动趋势预测即将进入视口范围的瓦片区域，提前向服务端发起请求并将瓦片数据缓存至浏览器内存，当视口实际移动到该区域时直接从缓存读取渲染，消除瓦片加载延迟；

20、增量更新：视口移动时，仅请求新进入视口的瓦片数据，复用仍处于视口内的已加载瓦片，同时释放离开视口范围的瓦片所占内存，避免全量重载；

21、分批次异步加载：将瓦片请求队列按空间优先级划分为多个批次，每批次内瓦片采用promise.all并行请求，批次间串行调度执行，控制浏览器并发请求数小于等于6，避免因并发过载导致主线程渲染阻塞。

22、进一步地：所述时间对齐处理层采用的全局匹配算法至少包括一种时序匹配算法。

23、进一步地：所述时序匹配算法包括：插值算法、最近邻匹配算法；

24、所述插值算法用于补全视频流数据和ais轨迹数据在时间轴上的缺失节点；

25、所述最近邻匹配算法用于将声纳点云数据匹配至最接近的全局时间戳。

26、进一步地：所述webgl混合渲染层中，控制透明度的方法为：通过调整alpha通道值实现半透明叠加控制透明度；

27、控制渲染深度的方法为：通过调整z-buffer值确定各类型数据在三维空间中的前后遮挡关系。

28、进一步地：所述无级缩放为：响应于用户缩放操作，动态改变画面缩放级别并触发所述动态瓦片请求层更新对应精度的瓦片数据；

29、所述拖拽钻取交互为：响应于用户拖拽操作，改变视口空间范围并触发所述动态瓦片请求层更新对应区域的瓦片数据，同时所述webgl混合渲染层基于更新后的瓦片数据实时重绘画面。

30、本发明还提供海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染方法，应用于上述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，包括如下步骤：

31、步骤一，获取声纳、视频、ais传感器的多源异构数据，将多源异构数据统一至同一空间坐标系，并统一时间基准的时间戳，构建空间与时间双维度的全局时空索引；

32、步骤二，监听浏览器视口范围与画面缩放级别，向服务端请求对应空间范围和对应分辨率的数据瓦片，并根据视口与缩放级别的变化动态更新瓦片；

33、步骤三，基于所述全局时空索引中的时间戳，对视频流数据与ais轨迹数据采用插值算法补全时序节点，对声纳点云数据采用最近邻匹配算法匹配时序数据，实现时序同步；

34、步骤四，在webgl渲染管线中，识别声纳点云数据、视频流数据、ais轨迹数据，通过调节透明度值与渲染深度值，将三类数据融合绘制于同一画面中；

35、步骤五，响应于用户缩放或拖拽操作，更新所述视口范围与缩放级别并跳转至步骤二，同时基于更新后的瓦片数据执行步骤四的画面重绘。

36、综上所述，本发明的有益效果为：

37、1.解决多源异构海洋数据时空基准不统一，数据错位、时序不同步问题。

38、2.动态瓦片加载大幅降低浏览器负载，提升运行流畅度。

39、3.依托 webgl 深度混合渲染，解决图层割裂问题，配合无级钻取交互，极大提升数据可视化效果与综合分析能力。

1.海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，包括：统一时空索引层、动态瓦片请求层、时间对齐处理层和webgl混合渲染层；

2.根据权利要求1所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，所述多源异构数据包括声纳传感器、ais传感器的原始地理坐标数据；

3.根据权利要求2所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，所述自研坐标转换矩阵如下：

4.根据权利要求1所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，所述动态瓦片请求层的数据调度模式为如下两种：

5.根据权利要求1所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，所述时间对齐处理层采用的全局匹配算法至少包括一种时序匹配算法。

6.根据权利要求5所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，所述时序匹配算法包括：插值算法、最近邻匹配算法；

7.根据权利要求1所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，所述webgl混合渲染层中，控制透明度的方法为：通过调整alpha通道值实现半透明叠加控制透明度；

8.根据权利要求1所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，所述无级缩放为：响应于用户缩放操作，动态改变画面缩放级别并触发所述动态瓦片请求层更新对应精度的瓦片数据；

9.一种多源异构海洋传感器数据的web端时空融合交互渲染方法，应用于权利要求1到8所述的海洋场景多源异构数据web端时空融合渲染系统，其特征在于，包括如下步骤：