一种海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域和海域流场实时监控技术领域，尤其是指一种海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询方法及系统。

背景技术

随着GIS地理信息系统和移动通讯技术的不断进步，以及水文监测技术的迅速发展，水文监测正朝着多要素、全要素方向迈进，包括雨量、水位、风速风向、盐度和泥沙、能见度、水质、流速流量等多要素监测，获取的水文监测数据呈指数增长。

现有技术中对于海量水文监测数据的处理方法是，获取的流场及冲淤深度水文监测数据需要经过有效数据提取，数据空间分析，数据服务发布等繁冗的处理流程，才能在WEB前端进行展示，处理流程无法实现自动化，这对处理人员的专业性提出了更高的要求。同时前期较长时间的数据处理分析工作，易造成水文监测结果反馈不及时，导致信息时效性差。另一方面，现有技术的水文监测数据展示，大多是通过展示二维图表信息来体现现阶段的监测情况，没有将水文监测数据与真实地理位置相关联，无法直观的展现数据。

发明内容

针对上述背景技术中的问题，提供一种全新的海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询方法。构建水文监测流场数据处理模型，用服务器数据管理平台接收用户前端界面的流场图层地图服务调用请求，将实时监测流场数据输入流场数据处理模型，输出水文监测数据的可视化视图并返回至用户前端界面，做到监测数据的实时自动化分析，提供了一种直观的监测数据GIS表达方式，实现对监测数据的可视化空间查询，减少数据回传延迟，提高了水文监测的实时性效率，大大降低了人工成本。

本发明所述的一种海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询方法，包括：构建水文监测流场数据处理模型，将实时监测流场数据输入所述流场数据处理模型，输出水文监测数据的可视化视图；所述水文监测流场数据处理模型的封装数据处理步骤包括：

S1获取水文监测流场数据，所述流场数据包括流场点坐标、流场点流速参数、流场点流向参数和时间信息；

S2将所述流场点坐标展绘至WGS84坐标系的地理空间中，并导出点要素图层，进行UTM投影；

S3对所述流场点流速参数进行克里金插值，获取插值渲染影像符号，将流速分布栅格图投影变换为WGS84坐标系，用所述插值渲染影像符号配置流速分布栅格图；

S4对流场点进行抽稀处理，获取流场点图层；用所述流场点流向参数对所述流场点图层进行符号配置；

S5将所述流场点图层叠加在所述流速分布栅格图上，发布流场图层地图服务。

本发明通过构建水文监测流场数据处理模型，把对实时监测流场数据的所有处理过程和处理逻辑封装在模型里面，发布流场图层地图服务，在用户前端可以调用模型进行操作，由web端输入参数，即可输出结果。水文监测流场数据处理模型构建好以后，用户前端监测到有新的水文数据，就可以通过流场数据处理模型自动生成监测结果展示。无需再经过繁琐的数据分析操作，做到分析自动化，数据动态更新。实现水文数据从原始数据二维展示到三维空间展示自动化，提供更加直观的图形化水文数据的GIS表达，保证了数据传输的稳定性和低时延，提高了水文监测的工作效率。

具体地，所述水文监测流场数据的获取频率为每30分钟一次，所述流场点坐标、流场点流速参数、流场点流向参数按照时间信息每30分钟返回一次，生成的所述水文监测数据的可视化视图按时间顺序排列；所述流场点坐标、流场点流速参数、流场点流向参数和时间信息以txt或xls格式的文本数据表示，所述流场点坐标包括以测站点为基点的流场点的横坐标和纵坐标，所述流场点流速参数即流场点的实时流速值，所述流场点流向参数即流场点的实时水流方向，所述流场点流速参数以数值0至359表示，所述实时水流方向为正北方向则记为0，顺时针逐度递增至359。

进一步地，所述插值渲染影像符号为描述流速大小的由红色到蓝色的渐变色，插值渲染影像符号颜色越蓝，代表流速越大。

进一步地，所述流场数据处理模型是把所述水文监测流场数据的处理步骤罗列后，将处理逻辑封装进流场图层地图服务后发布的处理模型，所述流场数据处理模型接收前端监测到的流场数据并输出可视化视图。

进一步地，所述点要素图层是将展绘在地理空间位置上的流场点携带的流场数据导出，使流场点带有图形信息的图层；UTM投影和WGS84坐标系之间的变换使流场数据直观显示，所述流速分布栅格图投影变换为WGS84坐标系时颜色为黑白，用所述插值渲染影像符号配置流速分布栅格图后，所述流速分布栅格图携带流场点流速参数，颜色为彩色。

进一步地，所述对流场点进行抽稀处理，获取流场点图层；用所述流场点流向参数对所述流场点图层进行符号配置的步骤包括：

输入目标监测边界范围，将所述目标监测边界范围划分为复数个1km*1km的正方形抽稀格网，将所述正方形抽稀格网依次标记id为格网1、格网2……格网n；

将所述流场点与所述抽稀格网建立空间连接，把格网id添加到对应空间位置的流场点信息中；

统计每个格网id在流场点信息中出现的次数，提取仅出现一次的格网id对应的第一类流场点；

所述格网id在流场点信息中出现的次数大于一次的，提取该格网中与正方形中心距离最近的第二类流场点；

将所述第一类流场点和第二类流场点汇总，合并为抽稀处理后的流场点图层；

用所述流向参数配置流场点图层，将第一类流场点和第二类流场点携带的流向参数信息以方向箭头表达，获得符号化的流场点图层。

进一步地，将所述流场点图层叠加在所述流速分布栅格图上，即可获得水文监测数据的可视化视图，所述可视化视图包括：目标监测边界范围内经过抽稀处理的流场点流速分布的颜色表达、流场点流向的箭头表达和时间信息；

所述流场图层地图服务是用户通过前端界面可访问并执行水文监测流场数据处理模型上不同数据处理的服务。

本发明还提供一种海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询系统，包括：

水文监测模块、流场图层地图服务模块和服务器数据管理平台；

所述水文监测模块用于采集水文监测流场数据并传输至服务器数据管理平台；

所述流场图层地图服务模块用于调用水文监测流场数据处理模型将所述水文监测流场数据输出为可视化视图；

所述服务器数据管理平台用于接收用户前端界面的流场图层地图服务调用请求，及返回所述可视化视图至用户前端界面。

进一步地，本发明还提供一种可读储存介质，其上储存有控制程序，其特征在于：该控制程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询方法。

进一步地，本发明还提供一种计算机控制系统，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的控制程序，其特征在于：所述处理器执行所述控制程序时实现如上述任意一项所述的海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询方法。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例一的水文流场数据处理总流程示意图；

图2为本发明实施例一的水文流场数据处理模型构建过程示意图；

图3为本发明实施例一的流速分布栅格图；

图4为本发明实施例二的冲淤深度数据处理总流程示意图；

图5为本发明实施例二的冲淤深度数据处理模型构建过程示意图；

图6为本发明实施例的海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询系统流程图；

图7为本发明实施例的水文监测前端展示示意图。

具体实施方式

请参阅图1为本发明实施例一的水文流场数据处理总流程示意图；

在本发明的一个实施例中，将水文监测流场数据处理模型，应用于海域流场地理空间处理服务。

通过水文监测模块采集测站点流场原始数据，流场原始数据是带有X,Y值的流场点坐标、流场点流速参数、流场点流向参数和时间信息的文本数据。

获取的流场点包括坐标、流速、流向、时间四个参数。对流场点进行两层处理：流速参数处理和流向参数处理，分两个图层实现，最后叠加两个图层为最终结果的可视化视图。

流速参数处理的原理是，根据流速参数进行克里金插值，将插值渲染符号配置到流速栅格图上，获得符号化的流速栅格图；

流向参数处理的原理是，根据目标监测边界范围生成多个1km*1km的格网，将格网id与所有流场点进行一对一空间连接，实际上就是将所有流场点划分为1km*1km的网格中的点，过滤掉多余的流场点，把经过抽稀处理剩余的流场点的流向参数通过符号配置显示，获得符号化的流向图层；

将符号化的两个图层叠加，流向图层置于流速栅格图之上，即为保留了抽稀过后的流场点的流向和流速符号显示的可视化视图，发布流场地图服务。所述可视化视图包括：目标监测边界范围内经过抽稀处理的流场点流速分布的颜色表达、流场点流向的箭头表达和时间信息。

具体地，对于流场原始数据的处理，首先利用X，Y坐标将流场点展绘到地理空间中，坐标系统为WGS84坐标系。此时展绘的流场点只是将数据展示在空间位置上，但并不包含流场点携带的数据信息，因此在构建水文监测流场数据处理模型时，需要将原始数据转化为点要素图层，即导出流场点携带的流场数据，使图层中的流场点带有图形信息。

对于流速参数，采用克里金插值法，进行空间流速值插值，获得插值结果渲染影像图，代表空间范围内流速大小情况。再对渲染影像图进行符号化渲染，所述插值渲染影像符号为描述流速大小的由红色到蓝色的渐变色，插值渲染影像符号颜色越蓝，代表流速越大。

所述克里金插值法是用流速值进行差值，生成渲染效果图，克里金插值法首先考虑的是空间属性在空间位置上的变异分布，确定对一个待插点值有影响的距离范围，然后用此范围内的采样点来估计待插点的属性值。根据样品空间位置不同、样品间相关程度的不同，对每个样品品位赋予不同的权，进行滑动加权平均，以估计中心块段平均品位。设置克里金插值进行显示，可以看出哪个地方流速更大，更直观的看出哪个地方流速更高。

对于流向参数，由于数据量庞大，将所有流场点的方向用箭头进行展示会杂乱无章，影响观感和表达，因此需要对流场点数据进行抽稀处理。首先构建1km*1km的网格要素，每一个网格中，只保留最靠近网格中心点的点，得到抽稀后的流场点。流场原始数据中的流向参数，即流场点的实时水流方向，以数值0至359表示，其中0为正北方向，以顺时针逐度递增到359，对水流方向数值进行箭头符号设置，实现在地图中以箭头显示每个点的流速方向。

请参阅图2为本发明实施例一的水文流场数据处理模型构建过程示意图；

S1获取水文监测流场数据，所述流场数据包括流场点坐标、流场点流速参数、流场点流向参数和时间信息；

将流场原始数据和目标边界范围作为输入参数导入到模型中，根据输入的目标边界范围，生成1km*1km的格网；

S2将所述流场点坐标展绘至WGS84坐标系的地理空间中，并导出点要素图层，将流场点与格网id进行空间一对一连接；

S3流速参数处理：

S31将WGS84坐标系统下流场点要素图层进行UTM投影

S32对流场点流速参数进行克里金插值分析，获取插值渲染影像符号

S33将流速分布栅格图按照目标边界范围进行裁剪

S34将流速栅格图投影变换为WGS84坐标系系统

S35用插值渲染影像符号配置流速栅格图层

S4流向参数处理：

S41根据输入的目标边界范围，生成1km*1km的格网；输入目标监测边界范围，将所述目标监测边界范围划分为复数个1km*1km的正方形抽稀格网，将所述正方形抽稀格网依次标记id为格网1、格网2……格网n；

S42将格网id和流场点进行一对一的空间连接，将格网id添加到每个对应的流场点中；

S43统计相同格网id出现的次数，即为每个网格中的流场点数量

S44提取仅出现一次的格网id对应的第一类流场点；

S45格网id在流场点信息中出现次数大于一次的，取该格网中与正方形中心距离最近的第二类流场点；即保留与格网中心点距离最近的流场点，保证每个格网中只有一个流场点

S46合并第一类流场点和第二类流场点，即为抽稀后的流场点图层

S47按照抽稀后流场图层中的流向参数进行箭头符号设置，将第一类流场点和第二类流场点携带的流向参数信息以方向箭头表达，获得符号化的流场点图层。

S5将所述流场点图层叠加在所述流速分布栅格图上，发布流场图层地图服务。

具体地，所述水文监测流场数据的获取频率为每30分钟一次，所述流场点坐标、流场点流速参数、流场点流向参数按照时间信息每30分钟返回一次，生成的所述水文监测数据的可视化视图按时间顺序排列；所述流场点坐标、流场点流速参数、流场点流向参数和时间信息以txt或xls格式的文本数据表示，所述流场点坐标包括以测站点为基点的流场点的横坐标和纵坐标，所述流场点流速参数即流场点的实时流速值，所述流场点流向参数即流场点的实时水流方向，所述流场点流速参数以数值0至359表示，所述实时水流方向为正北方向则记为0，顺时针逐度递增至359。

进一步地，所述流场数据处理模型是把所述水文监测流场数据的处理步骤罗列后，将处理逻辑封装进流场图层地图服务后发布的处理模型，所述流场数据处理模型接收前端监测到的流场数据并输出可视化视图。

进一步地，所述点要素图层是将展绘在地理空间位置上的流场点携带的流场数据导出，使流场点带有图形信息的图层；UTM投影和WGS84坐标系之间的变换使流场数据直观显示。

请参阅图3为本发明实施例一的流速分布栅格图；流速分布栅格图投影变换为WGS84坐标系时颜色为黑白，图3示意图中可分辨整个目标监测边界范围内水文流场的流速栅格由深色和浅色部分组成，当用所述插值渲染影像符号配置流速分布栅格图后，所述流速分布栅格图携带流场点流速参数，颜色为彩色。插值渲染影像符号为描述流速大小的由红色到蓝色的渐变色，插值渲染影像符号颜色越蓝，代表流速越大。符号化的流速分布栅格图在图3的基础上深色部分更蓝，浅色部分更红，可直观展示水文监测流场范围内水流速度。

在本发明的另一个实施例中，将水文监测流场数据处理模型，应用于冲淤深度地理空间处理服务。

请参阅图4为本发明实施例二的冲淤深度数据处理总流程示意图；

通过水文监测模块采集测站点冲淤原始数据，冲淤原始数据是带有X,Y值的冲淤点坐标、冲淤深度值和时间信息的文本数据。

具体地，对于冲淤原始数据的处理，首先利用X，Y坐标将冲淤点展绘到地理空间中，坐标系统为WGS84坐标系。此时展绘的冲淤点只是将数据展示在空间位置上，但并不包含点携带的数据信息，因此在构建冲淤深度数据处理模型时，需要将原始数据转化为点要素图层，即导出冲淤点携带的冲淤深度值，使图层中的点带有图形信息。

对于冲淤深度值，采用克里金插值法，进行空间冲淤深度值插值分析，获得插值结果渲染影像图，代表空间范围内冲淤情况。再对渲染影像图进行符号化渲染。

请参阅图5为本发明实施例二的冲淤深度数据处理模型构建过程示意图；

Step1获取水文监测冲淤原始数据，所述冲淤原始数据是带有X,Y值的冲淤点坐标、冲淤深度值和时间信息的文本数据

将冲淤原始数据和目标边界范围作为输入参数导入到模型中；

Step 2将冲淤点坐标展绘至WGS84坐标系的地理空间中，并导出点要素图层；

Step 3冲淤数据处理：

Step 31将WGS84坐标系统下冲淤点要素图层进行UTM投影；

Step 32对冲淤深度值进行克里金插值分析，获取冲淤深度符号；

Step 33将冲淤深度栅格图按照目标边界范围进行裁剪；

Step 34将冲淤深度栅格图投影变换为WGS84坐标系系统；

Step 35用冲淤深度符号配置冲淤深度栅格图层；

Step 4发布流场图层地图服务

请参阅图6为本发明实施例的海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询系统流程图；

用户通过前端界面的功能模块，可以访问并执行GIS服务上不同数据处理服务，不同的数据处理服务对应着不同的数据处理模型。所述GIS服务即本发明的实施例中发布的流场图层地图服务，用户通过前端界面可调用GIS服务中水文监测流场数据处理模型上不同数据处理的服务，如冲淤深度地理空间处理服务、海域流场地理空间处理服务。用户调用服务的处理逻辑为：

水文实时监测数据通过网络传输存储到服务器数据管理平台，用户打开该水文监测模块，前端调用发布流场及冲淤数据的地理空间处理服务；

服务器数据管理平台接收到前端请求，执行地理空间处理服务，根据前端参数获取到该参数对应地理空间处理服务模型，根据模型算法复杂度与数据量大小进行耗时计算，计算后返回对应的监测数据；

前端根据接收到的分析处理后的数据，实现水文监测数据的实时展示效果；

同时也可以通过接口获取不同时间节点数据，根据不同具体时间节点为参数，执行地理空间处理服务任务，查看不同时间节点下的流场和冲淤深度可视化视图；

通过监听用户鼠标点击事件，系统自动对数据执行空间查询操作，获取点击位置坐标与时间节点，调用地理空间处理服务执行地理空间处理模型计算，获取对应位置不同的流场流速或者冲淤深度，并将结果显示在前端展示。

前端展示结果请参阅图7，为本发明实施例的水文监测前端展示示意图。

前端展示图中包括调用的地理空间处理服务名称、时间信息、目标监测边界范围内的水域流场实景、抽稀处理后的流场点流向箭头和对应流速图例的不同区域流速彩色显示。

本发明对水文监测中的海域流场及冲淤深度数据展开分析，海域流场指示海域范围内的流向和流速，冲淤深度指示海底的冲淤深度情况。面对海量水文流场及冲淤监测数据，做到监测数据的实时自动化分析，同时提供一种更加直观的GIS表达方式，实现对监测数据的可视化及空间查询，对于预防海洋电缆潜在风险、提高海洋研究和应用水平具有重大作用。

相对于现有技术，本发明提供了一种能够实现自动化处理流程的海域流场及冲淤深度实时水文监测大数据展示与空间查询方法，通过搭建水文流场及冲淤深度的地理空间处理服务，实现自动化处理、分析水文流场、冲淤深度等水文监测数据，实现监测数据从点的获取，到海域面的延伸，描述海域整体的水文情况。

本发明中，海量的实时监测流场及冲淤数据通过网络传输到系统，前端调用搭建好的地理空间处理服务即可实时对传输到系统中的监测数据执行自动分析处理，无需再经过繁琐的数据分析操作，做到分析自动化，数据动态更新。实现水文数据从原始数据二维展示到三维空间展示自动化，提供更加直观的图形化水文数据的GIS表达。按照监测数据的获取时间，对数据进行时空序列展示。通过时间节点和地理位置作为参数，分析、查询对应的数据，从而实现时序数据处理能力和空间数据处理能力。

本发明可实现对水文监测预报预警,提供及时准确全面的水文情报预报信息，可应用于海洋保护，后续也可延伸为水旱灾害防御、水资源调度管理、水生态水工程监管，对经济社会发展提供可靠的支撑和保障。

传统的水文监测方法通过展示二维图表信息来体现现阶段的监测情况，没有将水文监测数据与真实地理位置相关联，无法直观的展现数据。本发明构建水文监测流场数据处理模型，用服务器数据管理平台接收用户前端界面的流场图层地图服务调用请求，将实时监测流场数据输入流场数据处理模型，输出水文监测数据的可视化视图并返回至用户前端界面，做到监测数据的实时自动化分析，将监测结果可视化视图提供给前端用户，直接在实景地图中通过颜色和箭头标记展示水文监测分析结果，提供了一种直观的监测数据GIS表达方式，实现对监测数据的可视化空间查询，减少数据回传延迟，提高了水文监测的实时性效率，保证了数据传输的稳定性和低时延，大大降低了人工成本。

本发明对水文监测中的海域流场及冲淤深度数据展开分析，海域流场指示海域范围内的流向和流速，冲淤深度指示海底的冲淤深度情况。面对海量水文流场及冲淤监测数据，做到监测数据的实时自动化分析，同时提供一种更加直观的GIS表达方式，实现对监测数据的可视化及空间查询，对于预防海洋电缆潜在风险、提高海洋研究和应用水平具有重大作用。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也一同包含这些改动和变形。