適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法，包括下述步驟：一、構(gòu)建資源管理器，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)資源；二、構(gòu)建數(shù)字地球?yàn)g覽器，以實(shí)現(xiàn)對虛擬數(shù)字地球的渲染；三、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，將基礎(chǔ)資源部署在服務(wù)器上，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽相應(yīng)資源；四、構(gòu)建水利場景編輯器，用于編輯開發(fā)水利三維場景。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于利用數(shù)字地球技術(shù)表現(xiàn)水利工程的手段，提供了水利工程編輯環(huán)境，可以快速在三維平臺上規(guī)劃真實(shí)效果水利工程。通過高精度混合地形技術(shù)，允許基于優(yōu)化的超高精度地形表現(xiàn)工程，如給出渠道的設(shè)計參數(shù)即可生成含有對應(yīng)渠道的地形，而且在衛(wèi)星影像上疊加自定義圖層，從而實(shí)現(xiàn)更高精度的貼圖效果。
【專利說明】
適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法，尤其是涉及適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，三維地理信息系統(tǒng)如Google Earth、Sky line等用三維GIS(即GeographicInformat1n System，中文翻譯為地理信息系統(tǒng))軟件，通常采用標(biāo)準(zhǔn)四叉樹結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對地形、影像的管理和加載，并通過添加三維模型實(shí)現(xiàn)完整三維場景的構(gòu)建。這種技術(shù)手段簡單高效，可以快速創(chuàng)建諸如數(shù)字城市、數(shù)字校園等三維場景。然而在水利應(yīng)用中，對地形的處理、分析計算要求很高，使用上述技術(shù)手段進(jìn)行表現(xiàn)效果較差，比如在創(chuàng)建渠道時，如果用模型表現(xiàn)渠道，渠道與地形就是分離的，要融合在一起需要花費(fèi)大量精力?，F(xiàn)在比較成熟的三維數(shù)字地球平臺采用多級地形影像來組織三維數(shù)字地球數(shù)據(jù)，采用工程模型來表現(xiàn)工程地物，沒有從底層實(shí)現(xiàn)對水利工程地物進(jìn)行表現(xiàn)的手段，難以滿足水利工程應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案:
本發(fā)明所述適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法，包括下述步驟:
一、構(gòu)建資源管理器，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)資源；
所述數(shù)據(jù)資源包括:1、影像數(shù)據(jù)，包含經(jīng)瑋坐標(biāo)的tiff格式、瓦片編號的jpg格式;2、地形數(shù)據(jù)，包含經(jīng)瑋坐標(biāo)的tiff格式、瓦片編號的raw格式;3、三維模型;4、矢量標(biāo)注；
為了滿足水利工程應(yīng)用對地形精度以及地形的可拓展性方面的需求，所述地形數(shù)據(jù)采用三維地形壓縮算法進(jìn)行存儲，所述三維地形壓縮算法包括:
a、地形瓦片分割:將全球地形數(shù)據(jù)按照經(jīng)瑋度投影，并劃分為東半球和西半球兩個根節(jié)點(diǎn);所述的每一個根節(jié)點(diǎn)等分為4 X 4個子節(jié)點(diǎn)；
b、計算偏移值:每一個所述的子節(jié)點(diǎn)包含513X 513個高程點(diǎn)，首先計算每一個所述的高程點(diǎn)的偏移值，即本子節(jié)點(diǎn)的實(shí)際高程值減去由其父節(jié)點(diǎn)差值得到的高程值；
c、對偏移值進(jìn)行編碼存儲:取本子節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最小值和最大值，則每一個偏移值的編碼用下述公式進(jìn)行計算得到一個字節(jié)的編碼值B:B=(ho- hmin/ hmax -hmin)X 255 ；
式中ho為高程點(diǎn)的偏移值，hmin為本子節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最小值，hmax為本節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最大值；
存儲時，首先將本節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的最小值和最大值進(jìn)行存儲，然后按照從左到右、從上到下的順序?qū)γ恳粋€高程點(diǎn)的編碼逐個進(jìn)行存儲；
d、對上述存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行哈夫曼編碼壓縮；
二、構(gòu)建數(shù)字地球?yàn)g覽器，以實(shí)現(xiàn)對虛擬數(shù)字地球的渲染； 所述數(shù)字地球?yàn)g覽器支持跨平臺，即:通過開發(fā)瀏覽器在不同平臺下的不同版本，共享相同的數(shù)據(jù)資源格式;所述數(shù)據(jù)資源格式包括Windows、Linux、Mac、Web、Android、1S;
三、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，將基礎(chǔ)資源部署在服務(wù)器上，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽相應(yīng)資源;建立三維空間數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中存儲地形、影像、矢量的元數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶端發(fā)來的請求指令返回對應(yīng)的資源，即:a、將影像、地形數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和綜合管理，用于進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)拷貝、數(shù)據(jù)更新操作;b、使用底層網(wǎng)絡(luò)接口；C、使用專用數(shù)據(jù)傳輸通道和加密機(jī)制；
四、構(gòu)建水利場景編輯器，用于編輯開發(fā)水利三維場景；
建立數(shù)字化管理的三維GIS環(huán)境，客戶通過所述場景編輯器在其中添加三維模型、矢量標(biāo)注對象，或者進(jìn)行GIS分析、物理模擬計算操作；
a、建立水利地形編輯模塊，按照水利工程設(shè)計指標(biāo)對工程地形進(jìn)行編輯;所述工程地形包括開挖、筑堤、修建渠道;通過高精度工程貼圖形成與實(shí)際設(shè)計指標(biāo)一致的水利工程場景；
b、建立水利工程標(biāo)注編輯模塊，實(shí)現(xiàn)對水利工程進(jìn)行標(biāo)注;該模塊首先是調(diào)入標(biāo)注層，然后可以根據(jù)水利工程標(biāo)注要求，對局部水利工程進(jìn)行標(biāo)注；
C、建立水利工程模型生成模塊，用于生成長距離、工程斷面規(guī)整的水利工程;通過帶有高程的放樣線及工程設(shè)計斷面快速生成線狀水利工程，并通過所述水利工程模型轉(zhuǎn)為工程地形，在所述工程地形層上構(gòu)建水利工程；
d、建立水體模型生成模塊，用于生成場景中不同形態(tài)可數(shù)據(jù)驅(qū)動的水體模型;采用虛擬現(xiàn)實(shí)的水體生成手段，生成參數(shù)化的渠道、河道、湖泊、水庫等水體模型。表現(xiàn)上通過參數(shù)輸入可動態(tài)模擬水體的水位、流速、流向、顏色等水體自然特征。
[0005]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于利用數(shù)字地球技術(shù)表現(xiàn)水利工程的手段，提供了水利工程編輯環(huán)境，可以快速在三維平臺上規(guī)劃真實(shí)效果水利工程。通過高精度混合地形技術(shù)，允許基于優(yōu)化的超高精度地形表現(xiàn)工程，如給出渠道的設(shè)計參數(shù)即可生成含有對應(yīng)渠道的地形，而且可以在衛(wèi)星影像上疊加自定義圖層，從而實(shí)現(xiàn)更高精度的貼圖效果，同時采用虛擬現(xiàn)實(shí)的水體表現(xiàn)手段實(shí)現(xiàn)了其它的三維GIS所不具備的真實(shí)水流的模擬功能。
【具體實(shí)施方式】
[0006]本發(fā)明所述適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法，包括下述步驟:
一、構(gòu)建資源管理器，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)資源；
所述數(shù)據(jù)資源包括:1、影像數(shù)據(jù)，包含經(jīng)瑋坐標(biāo)的tiff格式、瓦片編號的jpg格式;2、地形數(shù)據(jù)，包含經(jīng)瑋坐標(biāo)的tiff格式、瓦片編號的raw格式;3、三維模型;4、矢量標(biāo)注；
為了滿足水利工程應(yīng)用對地形精度以及地形的可拓展性方面的需求，所述地形數(shù)據(jù)采用三維地形壓縮算法進(jìn)行存儲，所述三維地形壓縮算法包括:
a、地形瓦片分割:將全球地形數(shù)據(jù)按照經(jīng)瑋度投影，并劃分為東半球和西半球兩個根節(jié)點(diǎn);所述的每一個根節(jié)點(diǎn)等分為4 X 4個子節(jié)點(diǎn)；
b、計算偏移值:每一個所述的子節(jié)點(diǎn)包含513X 513個高程點(diǎn)，首先計算每一個所述的高程點(diǎn)的偏移值，即本子節(jié)點(diǎn)的實(shí)際高程值減去由其父節(jié)點(diǎn)差值得到的高程值；
c、對偏移值進(jìn)行編碼存儲:取本子節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最小值和最大值，則每一個偏移值的編碼用下述公式進(jìn)行計算得到一個字節(jié)的編碼值B:B=(ho- hmin/ hmax -hmin)X 255 ；
式中ho為高程點(diǎn)的偏移值，hmin為本子節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最小值，hmM為本節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最大值；
存儲時，首先將本節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的最小值和最大值進(jìn)行存儲，然后按照從左到右、從上到下的順序?qū)γ恳粋€高程點(diǎn)的編碼逐個進(jìn)行存儲；
d、對上述存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行哈夫曼編碼壓縮；
通過上述三維地形壓縮算法，可使全球地形達(dá)到約0.5米的分辨率，相應(yīng)的，影像的壓縮算法以適于硬件加速的DXT格式為基礎(chǔ)進(jìn)行壓縮，可顯著提升加載性能。
[0007]二、構(gòu)建數(shù)字地球?yàn)g覽器，以實(shí)現(xiàn)對虛擬數(shù)字地球的渲染；
所述數(shù)字地球?yàn)g覽器支持跨平臺，即:通過開發(fā)瀏覽器在不同平臺下的不同版本，共享相同的數(shù)據(jù)資源格式;所述數(shù)據(jù)資源格式包括Windows、Linux、Mac、Web、Android、1S;用戶可以通過鍵盤、鼠標(biāo)對鏡頭進(jìn)行方便的控制；
三、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，將基礎(chǔ)資源部署在服務(wù)器上，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽相應(yīng)資源;建立三維空間數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中存儲地形、影像、矢量的元數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶端發(fā)來的請求指令返回對應(yīng)的資源，即:a、將影像、地形數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和綜合管理，用于進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)拷貝、數(shù)據(jù)更新操作;b、使用底層網(wǎng)絡(luò)接口；C、使用專用數(shù)據(jù)傳輸通道和加密機(jī)制；
四、構(gòu)建水利場景編輯器，用于編輯水利開發(fā)三維場景；
建立數(shù)字化管理的三維GIS環(huán)境，客戶通過所述場景編輯器在其中添加三維模型、矢量標(biāo)注對象，或者進(jìn)行GIS分析、物理模擬計算操作；
a、建立水利地形編輯模塊，按照水里工程設(shè)計指標(biāo)對工程地形進(jìn)行編輯;所述工程地形包括開挖、筑堤、修建渠道;通過高精度工程貼圖形成與實(shí)際設(shè)計指標(biāo)一致的水利工程場景；
b、建立水利工程標(biāo)注編輯模塊，實(shí)現(xiàn)對水利工程進(jìn)行標(biāo)注;該模塊首先是調(diào)入標(biāo)注層，然后可以根據(jù)水利工程標(biāo)注要求，對局部水利工程進(jìn)行標(biāo)注；
C、建立水利工程模型生成模塊，用于生成長距離、工程斷面規(guī)整的水利工程;通過帶有高程的放樣線及工程設(shè)計斷面快速生成線狀水利工程，并通過所述水利工程模型轉(zhuǎn)為工程地形，在所述工程地形層上構(gòu)建水利工程；
d、建立水體模型生成模塊，用于生成場景中不同形態(tài)可數(shù)據(jù)驅(qū)動的水體模型;采用虛擬現(xiàn)實(shí)的水體生成手段，生成參數(shù)化的渠道、河道、湖泊、水庫等水體模型;表現(xiàn)上通過參數(shù)輸入可動態(tài)模擬水體的水位、流速、流向、顏色等水體自然特征。
[0008]場景編輯完成后，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布服務(wù)器發(fā)布為一個場景文件，即可由不同平臺下的瀏覽器打開。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適于水利工程應(yīng)用的三維數(shù)字地球平臺構(gòu)建方法，其特征在于:包括下述步驟: 一、構(gòu)建資源管理器，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)資源； 所述數(shù)據(jù)資源包括:1、影像數(shù)據(jù)，包含經(jīng)瑋坐標(biāo)的tiff格式、瓦片編號的jpg格式;2、地形數(shù)據(jù)，包含經(jīng)瑋坐標(biāo)的tiff格式、瓦片編號的raw格式;3、三維模型;4、矢量標(biāo)注； 為了滿足水利工程應(yīng)用對地形精度以及地形的可拓展性方面的需求，所述地形數(shù)據(jù)采用三維地形壓縮算法進(jìn)行存儲，所述三維地形壓縮算法包括: a、地形瓦片分割:將全球地形數(shù)據(jù)按照經(jīng)瑋度投影，并劃分為東半球和西半球兩個根節(jié)點(diǎn);所述的每一個根節(jié)點(diǎn)等分為4 X 4個子節(jié)點(diǎn)； b、計算偏移值:每一個所述的子節(jié)點(diǎn)包含513X 513個高程點(diǎn)，首先計算每一個所述的高程點(diǎn)的偏移值，即本子節(jié)點(diǎn)的實(shí)際高程值減去由其父節(jié)點(diǎn)差值得到的高程值； c、對偏移值進(jìn)行編碼存儲:取本子節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最小值和最大值，則每一個偏移值的編碼用下述公式進(jìn)行計算得到一個字節(jié)的編碼值B:B=(ho- hmin/ hmax -hmin)X 255 ； 式中ho為高程點(diǎn)的偏移值，hmin為本子節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最小值，hmax為本節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的偏移值的最大值； 存儲時，首先將本節(jié)點(diǎn)所有高程點(diǎn)的最小值和最大值進(jìn)行存儲，然后按照從左到右、從上到下的順序?qū)γ恳粋€高程點(diǎn)的編碼逐個進(jìn)行存儲； d、對上述存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行哈夫曼編碼壓縮； 二、構(gòu)建數(shù)字地球?yàn)g覽器，以實(shí)現(xiàn)對虛擬數(shù)字地球的渲染； 所述數(shù)字地球?yàn)g覽器支持跨平臺，即:通過開發(fā)瀏覽器在不同平臺下的不同版本，共享相同的數(shù)據(jù)資源格式;所述數(shù)據(jù)資源格式包括Windows、Linux、Mac、Web、Android、1S; 三、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，將基礎(chǔ)資源部署在服務(wù)器上，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽相應(yīng)資源;建立三維空間數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中存儲地形、影像、矢量的元數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶端發(fā)來的請求指令返回對應(yīng)的資源，即:a、將影像、地形數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和綜合管理，用于進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)拷貝、數(shù)據(jù)更新操作;b、使用底層網(wǎng)絡(luò)接口；C、使用專用數(shù)據(jù)傳輸通道和加密機(jī)制； 四、構(gòu)建水利場景編輯器，用于編輯開發(fā)水利三維場景； 建立數(shù)字化管理的三維GIS環(huán)境，客戶通過所述場景編輯器在其中添加三維模型、矢量標(biāo)注對象，或者進(jìn)行GIS分析、物理模擬計算操作； a、建立水利地形編輯模塊，按照水利工程設(shè)計指標(biāo)對工程地形進(jìn)行編輯;所述工程地形包括開挖、筑堤、修建渠道;通過高精度工程貼圖形成與實(shí)際設(shè)計指標(biāo)一致的水利工程場景； b、建立水利工程標(biāo)注編輯模塊，實(shí)現(xiàn)對水利工程進(jìn)行標(biāo)注;該模塊首先是調(diào)入標(biāo)注層，然后可以根據(jù)水利工程標(biāo)注要求，對局部水利工程進(jìn)行標(biāo)注； C、建立水利工程模型生成模塊，用于生成長距離、工程斷面規(guī)整的水利工程;通過帶有高程的放樣線及工程設(shè)計斷面快速生成線狀水利工程，并通過所述水利工程模型轉(zhuǎn)為工程地形，在所述工程地形層上構(gòu)建水利工程； d、建立水體模型生成模塊，用于生成場景中不同形態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動的水體模型；采用虛擬現(xiàn)實(shí)的水體生成手段，生成參數(shù)化的渠道、河道、湖泊、水庫的水體模型;表現(xiàn)上通過參數(shù)輸入動態(tài)模擬水體的水位、流速、流向、顏色水體自然特征。
【文檔編號】G06F17/30GK105868341SQ201610183584
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】王軍良, 張楠, 何劉鵬
【申請人】黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司