基于全球格网的电离层TEC数据高动态渲染方法及系统

基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法及系统
技术领域
1.本发明涉及卫星导航定位技术领域，特别涉及一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法及系统。


背景技术：

2.电离层电子浓度总含量(total electron content)又称电离层电子浓度柱含量、积分含量等，是一个非常重要的电离层参量，对电离层物理的理论研究及电离层电波传播的应用研究均具有十分重要的意义。理论上，tec的空间分布及时间变化，反映了电离层的主要特性，因此，通过探测与分析电离层tec参量，可以研究电离层不同时空尺度的分布与变化特性，如电离层扰动，电离层的周日、逐日变化，电离层年度变化，以及电离层的长期变化等。
3.随着webgl技术的发展,为满足大规模电离层tec数据在web上高动态可视化渲染的需求，利用全球离散格网（discreteglobalgrid，dgg），基于球面（椭球面）无限细分，但又不改变其形状，当细分到一定程度时，可以达到模拟地球表面的目的，利用模拟的全球离散格网，将某一时序的电离层tec数据与选定的配色方案进行一一映射，将映射后的色度值快速动态渲染到对应的格网，在三维球面上展示电离层tec时序热力数据。


技术实现要素：

4.针对web环境下全球电离层tec数据实时渲染的问题，已有的研究方法中采用了着色器语言，虽然有较好的渲染效果，但随着数据量的增加，服务器压力会增大，渲染效率也会降低。为克服现有技术中存在的问题，本发明针对传统电离层tec数据渲染过程中数据传输效率低、三维场空间下数据渲染效果差的问题，提供一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法及系统。
5.本发明由下述技术方案实现：一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，包括如下步骤：步骤s100，根据展示效果的需要，确定等经纬度全球格网的经度、维度间隔；步骤s200，对全球电离层tec数据进行预处理；步骤s300，根据全球电离层tec数据和确定的颜色渲染方案，建立数据与颜色色度值间的一一映射关系；步骤s400，将所有格网按照步骤s300遍历计算，把格网内的全球电离层tec数据转换成颜色色度值代码；步骤s500，根据地址编码和颜色色度值代码的一一映射关系，将全球电离层tec数据渲染到三维球面上；步骤s600，根据全球电离层tec数据的生成频率，重复步骤s200-步骤s500进行数据的实时渲染。
6.进一步的，步骤s100中，经度边界按照如下公式确定：
，式中，m代表横向格网数，f(m)代表该格网的经度范围；，式中，n代表纵向格网数，f(n)代表该格网的纬度范围；按照间隔生成全球格网数据，并对数据进行地址编码。
7.进一步的，步骤s200中，按照划分的全球格网，将电离层tec数据采样间隔与全球格网数据进行对照，如果电离层tec数据采样间隔大于全球格网数据间隔，则需要对tec数据进行插值，具体插值算法如下：，其中y2》y1，x2》x》x1；如果电离层tec数据采样间隔小于全球格网数据间隔，则需要对tec数据进行抽稀，具体抽稀算法如下：，式中，x表示抽稀后数值，x1、x2表示相邻两个格网的数值。
8.进一步的，步骤s300中，参照如下公式进行转换：，式中，a代表全部颜色色度值代码，b代表全部全球电离层tec数据，x代表某一格网内的电离层tec数据值，表示转换后的颜色色度值代码。
9.进一步的，步骤s400中，把格网内的全球电离层tec数据全部转换成颜色色度值代码，并将颜色色度值代码信息增加到全球格网模型数据中，生成全球电离层tec数据的颜色色度值格网数据，并按照一定规则对数据进行编码存储。
10.本发明还涉及一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染系统，包括：间隔确定模块，用于根据展示效果的需要，确定等经纬度全球格网的经度、维度间隔；预处理模块，用于对全球电离层tec数据进行预处理；映射关系建立模块，用于根据全球电离层tec数据和确定的颜色渲染方案，建立数据与颜色色度值间的一一映射关系；遍历模块，用于将所有格网按照步骤s300遍历计算，把格网内的全球电离层tec数据转换成颜色色度值代码；渲染模块，用于根据地址编码和颜色色度值代码的一一映射关系，将全球电离层tec数据渲染到三维球面上；实时渲染模块，根据全球电离层tec数据的生成频率，重复步骤s200-步骤s500进行数据的实时渲染。
11.本发明还涉及一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。
12.本发明还涉及一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。
13.本发明的技术方案能实现如下有益的技术效果：针对web环境下全球电离层tec数据实时渲染的问题，本发明提出了一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，该方法利用等经纬度全球格网，先对全球进行建模，将全球电离层tec数值转换成颜色值进行动态渲染，既可以提升系统性能,又能给达到较好的可视化渲染效果。
附图说明
14.图1为本发明的基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法的流程示意图；图2为本发明的基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法的流程图。
具体实施方式
15.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
16.下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
17.本发明的系统以整个地球为研究对象，为满足全球电离层tec数据展示的基本要求，本发明的方法采用等经纬度全球格网，将连续的地球按照等间隔的经度和维度值，分解成结构相同的单元，将每个单元按照一定的规则进行地址编码，将地球椭球表面进行无缝划分和建模。然后，将全球电离层tec数据按照前面划分的格网，进行抽稀或插值运算，生成某一时刻的电离层tec格网数据。根据预先选定的颜色渲染方案，利用电离层tec格网数据与颜色对照公式，将数值转换为颜色代码值，利用格网的地址编码和颜色代码值将颜色渲染到全球格网。根据数据更新频率，重复执行之上步骤，以实现电离层tec数据高动态渲染，电离层电子密度的多层动态交互式可视化。
18.具体的，本发明的第一方面提供了一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，包括如下步骤：步骤s100，根据展示效果的需要，确定等经纬度全球格网的经度、维度间隔（一般经度差为，纬度差为）经度边界参照如下公式进行确定：，式中，m代表横向格网数，f(m)代表该格网的经度范围，式中，n代表纵向格网数，f(n)代表该格网的纬度范围。
19.按照间隔生成全球格网数据，并对数据进行地址编码，编码规则为6位码，格式为xxxyyy,其中xxx代表行数，yyy代表列数，不足三位的前面补零。
20.步骤s200，对全球电离层tec数据进行预处理，按照前一步划分的全球格网，将电离层tec数据采样间隔与全球格网数据进行对照，如果电离层tec数据采样间隔大于全球格网数据间隔，则需要对tec数据进行插值，具体插值算法如下：
，其中，y2》y1，x2》x》x1。
21.如果电离层tec数据采样间隔小于全球格网数据间隔，则需要对tec数据进行抽稀，具体抽稀算法如下：，式中，x表示抽稀后数值，x1、x2表示相邻两个格网的数值。
22.通过以上数据预处理过程，让电离层tec数据的经度、维度间隔保持与全球格网数据一致，并将全球格网的地址编码数据赋予全球电离层tec数据。
23.步骤s300，根据全球电离层tec数据和确定的颜色渲染方案，建立数据与颜色色度值间的一一映射关系，参照如下公式进行转换：，式中，a代表全部颜色色度值代码，b代表全部全球电离层tec数据，x代表某一格网内的电离层tec数据值，表示转换后的颜色色度值代码。
24.步骤s400，将所有格网按照步骤s300遍历计算，把格网内的全球电离层tec数据全部转换成颜色色度值代码，并将颜色色度值代码信息增加到全球格网模型数据中，生成全球电离层tec数据的颜色色度值格网数据，并按照如下规则对数据进行编码存储，格式为xxxyyyccc,其中xxx代表行数，yyy代表列数，不足三位的前面补零,ccc代表3位颜色码。
25.步骤s500，根据地址编码和颜色色度值代码的一一映射关系，将全球电离层tec数据渲染到三维球面上。
26.具体的，根据上一步生成的颜色色度值格网数据，对数据进行逐一解码，将9位编码数据进行分割，前三位为格网行信息，中间三位为格网列信息，根据格网的行列位置信息，渲染每一个立方体格网，后三位为数据的颜色信息，结合上一步计算得出的颜色色度值代码，对立方体格网进行着色渲染，所有立方体网格渲染完成后，将实现全球电离层tec数据三维展示效果。
27.步骤s600，根据全球电离层tec数据的生成频率，重复步骤s200-步骤s500进行数据的实时渲染。
28.具体的，根据全球电离层tec数据的生成频率，重复步骤s200-步骤s500，根据最新的全球电离层tec数据，对数据进行实时渲染，根据经验渲染频率，按照如下公式进行换算，可具有良好的动态效果。
29.，式中，f(x)代表数据的渲染频率，x代表数据的生成频率。
30.本发明还涉及一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。
31.本发明还涉及一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。
32.综上所述，本发明提供了一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法及系统，包括：根据展示效果的需要，确定等经纬度全球格网的经度、维度间隔；对全球电离层tec数据进行预处理；根据全球电离层tec数据和确定的颜色渲染方案，建立数据与颜色色度值间的一一映射关系；将所有格网按照；遍历计算，把格网内的全球电离层tec数据转换成颜色色度值代码；根据地址编码和颜色色度值代码的一一映射关系，将全球电离层tec数据渲染到三维球面上；根据全球电离层tec数据的生成频率，进行数据的实时渲染。本发明既提升系统性能,又能给达到较好的可视化渲染效果。
33.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：
1.一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s100，根据展示效果的需要，确定等经纬度全球格网的经度、维度间隔；步骤s200，对全球电离层tec数据进行预处理；步骤s300，根据全球电离层tec数据和确定的颜色渲染方案，建立数据与颜色色度值间的一一映射关系；步骤s400，将所有格网按照步骤s300遍历计算，把格网内的全球电离层tec数据转换成颜色色度值代码；步骤s500，根据地址编码和颜色色度值代码的一一映射关系，将全球电离层tec数据渲染到三维球面上；步骤s600，根据全球电离层tec数据的生成频率，重复步骤s200-步骤s500进行数据的实时渲染。2.根据权利要求1所述的基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，其特征在于，步骤s100中，经度边界按照如下公式确定：，式中，m代表横向格网数，f(m)代表该格网的经度范围；，式中，n代表纵向格网数，f(n)代表该格网的纬度范围；按照间隔生成全球格网数据，并对数据进行地址编码。3.根据权利要求1所述的基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，其特征在于，步骤s200中，按照划分的全球格网，将电离层tec数据采样间隔与全球格网数据进行对照，如果电离层tec数据采样间隔大于全球格网数据间隔，则需要对tec数据进行插值，具体插值算法如下：，其中，y2>y1，x2>x>x1；如果电离层tec数据采样间隔小于全球格网数据间隔，则需要对tec数据进行抽稀，具体抽稀算法如下：，式中，x表示抽稀后数值，x1、x2表示相邻两个格网的数值。4.根据权利要求1所述的基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，其特征在于，步骤s300中，参照如下公式进行转换：，式中，a代表全部颜色色度值代码，b代表全部全球电离层tec数据，x代表某一格网内的电离层tec数据值，表示转换后的颜色色度值代码。5.根据权利要求1所述的基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染方法，其特征在于，步骤s400中，把格网内的全球电离层tec数据全部转换成颜色色度值代码，并将颜色色度值代码信息增加到全球格网模型数据中，生成全球电离层tec数据的颜色色度值格网数据，并按照一定规则对数据进行编码存储。
6.一种基于全球格网的电离层tec数据高动态渲染系统，其特征在于，包括：间隔确定模块，用于根据展示效果的需要，确定等经纬度全球格网的经度、维度间隔；预处理模块，用于对全球电离层tec数据进行预处理；映射关系建立模块，用于根据全球电离层tec数据和确定的颜色渲染方案，建立数据与颜色色度值间的一一映射关系；遍历模块，用于将所有格网按照步骤s300遍历计算，把格网内的全球电离层tec数据转换成颜色色度值代码；渲染模块，用于根据地址编码和颜色色度值代码的一一映射关系，将全球电离层tec数据渲染到三维球面上；实时渲染模块，根据全球电离层tec数据的生成频率，重复步骤s200-步骤s500进行数据的实时渲染。7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述权利要求1至5中任一项所述的方法。8.一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述权利要求1至5中任一项所述的方法。

技术总结
一种基于全球格网的电离层TEC数据高动态渲染方法及系统，包括：根据展示效果的需要，确定等经纬度全球格网的经度、维度间隔；对全球电离层TEC数据进行预处理；根据全球电离层TEC数据和确定的颜色渲染方案，建立数据与颜色色度值间的一一映射关系；将所有格网按照；遍历计算，把格网内的全球电离层TEC数据转换成颜色色度值代码；根据地址编码和颜色色度值代码的一一映射关系，将全球电离层TEC数据渲染到三维球面上；根据全球电离层TEC数据的生成频率，进行数据的实时渲染。本发明既提升系统性能,又能给达到较好的可视化渲染效果。能,又能给达到较好的可视化渲染效果。能,又能给达到较好的可视化渲染效果。


技术研发人员：张存业 刘炳成 李子申 王宁波 汪亮 潘军道 王亮亮 罗东旭
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/8/31