[發明專利]一種基于Leaflet的全球渦旋軌跡動態可視化方法

有效

• 申請號: 202111427269.4
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN113850894B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 馬純永;鄭杰;梁達;陳戈
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06T13/80
• 分類號: G06T13/80
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 劉艷青

1.一種基于Leaflet的全球渦旋軌跡動態可視化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

（1）生成渦旋運動數據：通過提取渦旋的相關信息，進行網格化處理，計算渦旋運動方向、速度，生成渦旋運動方向矢量場數據和渦旋運動速度場數據；所述步驟（1）具體為：

（a）提取渦旋的相關信息；對渦旋追蹤數據集中的每一條渦旋分別提取壽命以及其每一天所在的經緯度；

（b）渦旋信息網格化；設置二維平面的網格分辨率為1°×1°，將渦旋從第n天到第n+1天的位置變化看做一條直線a，計算直線a所經過的網格，確定直線a與每一個所經過網格的交點；

（c）計算渦旋運動方向；根據直線與網格的兩個交點，計算渦旋在每一個網格的運動方向，運動方向在0°-360°之間，其中正北方向為0°，該運動方向即為直線a所經過的對應網格的運動方向；

（d）計算渦旋運動速度；直線a的距離代表渦旋每一天的運動位移，因此，將直線a的距離代表渦旋在第n天到第n+1天的運動速度，并將該速度即為直線a所經過網格的速度；

（e）生成渦旋運動方向矢量場數據；將（c）中計算的每個網格上的運動方向求平均，即可得平均運動方向，并根據平均運動方向計算正余弦角，正弦角定義為u分量，余弦角定義為v分量，即為渦旋運動方向矢量場數據；

（f）生成渦旋運動速度場數據；將（d）中計算的每個網格上的運動速度求平均，即可取得渦旋運動速度場數據；

（2）計算渦旋的運動軌跡）：首先初始化渦旋參數，再利用四階龍格庫塔函數計算渦旋運動位置，通過迭代計算生成渦旋軌跡；

（3）繪制不同層次的渦旋動態軌跡：計算渦旋壽命，并將渦旋的壽命按照顏色的透明度進行分級，存于數組中；

（4）渦旋軌跡動態顯示：多線程計算（3）生成渦旋軌跡，通過基于Leaflet的VectorField可視化類繪制渦旋軌跡并逐步渲染形成數據圖層，即完成可視化；

（5）再對得到的渦旋運動軌跡動態進行可視化分析。

2.如權利要求1所述的基于Leaflet的全球渦旋軌跡動態可視化方法，其特征在于，所述步驟（2）具體為：

（a）初始化渦旋參數；在二維平面上初始化渦旋的位置，定義渦旋的分布密度、生命周期、運動軌跡顏色、流線透明度參數；

（b）計算渦旋運動位置；根據渦旋所在網格的運動速度和方向，如在當前網格中沒有渦旋的運動速度，則停止運動，該位置將重新隨機生成新的渦旋；否則，通過四階龍格庫塔函數確定渦旋的下一個位置的坐標，并根據所求的坐標確定渦旋新位置所在的網格；

（c）生成渦旋軌跡；依據渦旋的生命周期，確定渦旋運動的次數，迭代計算渦旋運動位置，直至渦旋停止運動，將每次計算的渦旋運動的位置連接為一條軌跡即渦旋軌跡。

3.如權利要求1所述的基于Leaflet的全球渦旋軌跡動態可視化方法，其特征在于，所述步驟（3）具體為：

（a）計算渦旋壽命；根據渦旋運動的次數決定渦旋的壽命，渦旋運動一次，渦旋所走過的位置上的壽命就會加一；

（b）軌跡顏色分級；將渦旋的壽命按照顏色的透明度進行分級，并存在數組中，數組的每一項對應的顏色即為渦旋在此壽命的顏色，壽命越長，渦旋軌跡顏色越淺。

4.如權利要求1所述的基于Leaflet的全球渦旋軌跡動態可視化方法，其特征在于，所述步驟（4）具體為：

（a）軌跡多線程生成；計算出合理的線程數量k，根據初始化定義的渦旋總數n，計算出每個線程所分配的渦旋數量n/k，構建多線程，并向多線程傳遞渦旋運動矢量數據，進而實現渦旋軌跡同時生成；

（b）軌跡繪制；實時判斷所有渦旋的軌跡是否已經全部生成，如果未生成，則不進行繪制；否則，將渦旋軌跡數據返回到可視化類中，并根據渦旋軌跡上計算的渦旋位置及其壽命繪制渦旋軌跡；

（c）軌跡渲染；根據渦旋軌跡在當前位置和下一位置的渦旋壽命獲取到相應的顏色值，并對這一區間的渦旋軌跡進行顏色渲染；

（d）實現界面可視化；提取全球地圖，將全球地圖的經緯度與渦旋軌跡圖層的經緯度進行匹配，從而實現在全球地圖上加載繪制渲染后的渦旋軌跡圖層。

5.如權利要求1所述的基于Leaflet的全球渦旋軌跡動態可視化方法，其特征在于，所述步驟（5）具體為：

（a）渦旋分為暖渦和冷渦；分別對冷渦和暖渦的渦旋軌跡數據按照上述（1）-（4）的步驟進行處理，從而實現暖渦和冷渦的軌跡可視化；

（b）區域渦旋運動軌跡動態可視化；選取待放大的區域，此時需要放大區域的范圍坐標將會進行處理，在范圍坐標內重新初始化渦旋參數，按照上述（2）-（3）的步驟進行處理，從而使區域渦旋運動軌跡的動態可視化。