一种智能分析gis系统在高清大屏上快速响应的系统及方法

专利名称：一种智能分析gis系统在高清大屏上快速响应的系统及方法
技术领域：
本发明涉及GIS应用技术领域，特别涉及一种基于高清大屏的智能分析GIS系统 快速响应的系统及方法。
背景技术：
目前，随着数字中国工程的不断建设，一种基于超大屏幕GIS空间分析、展示平台 的应用范围越来越广泛。设想在某个应用要求中，既要求对空间地理信息进行全景情况实 时把握，显示在一个超大屏幕上，同时又要求在观察全景势态变化的时候，要求对地理空间 信息上的细节进行分析处理。举个例子，如交通调度中心，一方面要了解全市所有道路的交 通状况，同时要求对重点路段进行有效的车流、疏导监控。 在这样的应用需求中，一个"GIS可视化辅助决策系统"不只是仅仅显示高清图片， 还要求其具有一定的智能分析能力，如最短路径、最优路径、重点防范区域、区域内可调度 资源等等，智能化的分析信息帮助为用户决策进行辅助分析，因此，在超大的屏幕上要求高 清的显示地图，同时要求快速响应，要求对地图上的图元元素进行分析，完成对决策的辅助 分析功能，就是其需求的两个关键要素。 现有技术中的系统无法将两者结合起来同时实现上述两个功能；既要在超大的屏 幕上高清的显示地图，同时又要对地图上的图元元素进行分析，完成对决策的辅助分析，两 者很难同时兼顾。

发明内容
根据上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能分析GIS系统 在高清大屏上快速响应的系统及方法，既能满足高清GIS地图的显示，又能满足高效的智 能化分析决策需求。 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种智能分析GIS系统在高清大屏 上快速响应的系统，其包括 空间矢量数据库，用于存储矢量图形格式的地理空间信息； 地图发布服务器，用于提供光栅图片地图及对应的三维建模数据，这些光栅图片 地图与所述空间矢量数据库的矢量图形格式的地理空间信息一一对映；
GIS标准组件，用于从所述地图发布服务器中获取光栅图片地图及三维建模数据， 将其转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端；或者用于将GIS智能分析终端实时发 送过来的分析结果转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端； 大屏高清显示端，用于对所述GIS标准组件发送过来的接口数据进行预处理后进 行显示； GIS智能分析终端，用于根据所述大屏高清显示端显示的地图信息，从所述空间矢 量数据库中获取地理空间信息进行智能分析，并将智能分析的结果实时发送给所述GIS标准组件。 具体地，所述地图发布服务器包括地图数据输入模块，其与第三方地图服务模块 相连。 所述大屏高清显示端设置有管理模块，用于对所述GIS标准组件发送的接口数据 进行分布运算集中管理。 本发明还提供了一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的方法，其包括以 下步骤 A、构建空间矢量数据库与地图发布服务器，将矢量图形格式的地理空间信息存储
到空间矢量数据库；所述地图发布服务器提供光栅图片地图及对应的三维建模数据，这些
光栅图片地图与所述空间矢量数据库的矢量图形格式的地理空间信息一一对映； B、GIS标准组件从所述地图发布服务器中获取光栅图片地图及对应的三维建模数
据，将其转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端； C、对所述GIS标准组件发送的接口数据进行预处理后进行显示； D、根据所述大屏高清显示端显示的地图信息，从空间矢量数据库中获取地理空间
信息进行智能分析，并将智能分析的结果实时发送给所述GIS标准组件； E、GIS标准组件将GIS智能分析终端实时发送过来的分析结果转换成统一的接口
数据发送给大屏高清显示端，预处理后进行实时更新显示。 本发明由于在大屏高清显示端上显示的地图内容与GIS智能分析终端的地图数 据格式可以保持不一致性，仅在空间数据等硬性指标上保持一致；GIS系统智能分析终端 是基于方便分析与操作的矢量格式的地图，而在大屏高清显示端是方便表现的由三维地形 配合带有实际地理信息的真实图片合成的地图，这样既可以对高清GIS地图进行三维显示 及操作，又满足了高效的智能化分析决策。


图1是本发明一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的系统结构示意图；
图2是本发明一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应方法的流程图；
图3是本发明在一种实施方式中的应用场景图； 图4是图1中GIS智能分析终端与大屏高清显示端互动的核心运算流程图。
具体实施例方式
参考图1所示的一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的系统结构示意 图，该系统包括 空间矢量数据库l，其内存储了矢量图形格式的地理空间信息；用户要进行的地 理信息空间分析都是基于此空间矢量数据库提供的矢量图形格式的地理空间信息；
地图发布服务器2，其用于提供光栅图片地图及对应的三维建模数据，这些光栅图 片地图与上述空间矢量数据库1的矢量图形格式的地理空间信息一一对映；其可以满足用 户的地图展示需求，如果用户需要3D地图的相关内容，即可以利用3D建模的相关数据；
GIS标准组件3，用于从所述地图发布服务器2中获取光栅图片地图及三维建模数 据，将其转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端；或者用于将GIS智能分析终端5实时发送过来的分析结果转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端；
大屏高清显示端4，用于对所述GIS标准组件3发送过来的接口数据进行进行索 引、优化、重新编码、3D建模等预处理后进行显示；在预处理中将大量的没有变化的内容存 放在高清大屏显示端，并作相应的优化会大大提升显示与操作速度； GIS智能分析终端5，用于根据所述大屏高清显示端4显示的地图信息，从所述空 间矢量数据库中获取地理空间信息进行智能分析，并将智能分析的结果实时发送给所述 GIS标准组件。 在解决本发明的过程中还有两个异常困难的问题需要解决 1、在高清超大屏的地图中，图的大小是一般屏幕图片的N倍，大大的占用系统的 资源，这样让最简单的刷新操作变得异常的消耗资源，从而让系统变得很慢，让用户无法容 忍，从而变得不可行。 2、在高清大屏的地图中，其图元元素是一般屏幕的N次方级，如果对其进行智能 分析其算法级别为N的N次方级，普通的刷新都很慢的情况下，对系统进行百万级的算法运 算，其结果可想而之，运算加呈现就慢得惊人了 。 下面参照图1和图2来具体描述本发明是如何解决上述两个问题的 1、首先通过GIS平台，构建一个GIS操作系统(空间矢量数据库)。其要求是能够
拥有用户需求分析的所有地理空间信息的资源，并按图元元素独立存储，便于用户做各种
分析；可以选用超图公司开发的GIS平台，以Oracle为空间数据库的保存地址，保存为矢量
地图格式。它是用户地理信息的空间分析的基础数据库；(矢量格式图形是指对图形中的
每一个元素进行独立标识描述的一个方法，我们要求地理空间信息采用矢量格式进行存储
是为了 对每一个地理空间元素与任意其它元素之间的关系能进行准确分析，找出其关联
关系)； 2、利用GIS平台输入地片功能，构建用户使用的地图发布服务器。要求能够 满足用户的地图展示需求，如果用户需要3D地图的相关内容，即要求服务能够提供3D建模 的相关数据。利用超图GIS平台的地图输入功能，将矢量图层按用户关注级别，变动级别进 行分类处理，将不常变化的部分与用户长期需要观察的部分，生成地片，发送到地图发 布服务器上，以备用户提取使用。(地图发布服务器，是指与GIS矢量数据有关联的一个光 栅图片地图服务器，可以是由矢量数据库空间合成出来的地片，也可以是卫星，航拍等 等各类图片，要求与空间矢量数据库的相关元素内容的位置是一一对映的；同时在该图片 服务器上，有相关地理信息的高层数据，即山的高度、海拔，每个点的具体数据，通过这些数 据，客户端能够建立一个地理信息的3D模式，该模式通过服务提供的地片作为皮肤， 就可以重现真实地理信息)； 在上述步骤中，也可以由第三方地图服务提供地图，在具体方案中，我们在定义生 成了自己的矢量地片后，好像一般的地图册一样，用不同的色块严格区分了各个行政 区域，方便用户的用户操作与使用，可是在视角上用户希望看见真实的影像地图与之对比， 掌握真实情况，为此我们在以自己的服务器上读取矢量地图的同时，在GOOGLE EARTH等公 开的OGC服务标准的服务器上读取了与矢量地图相对映的影像地图，并由经纬度坐标将二 者对映起来。让二幅地图在坐标上重合，这样就可以让用户实际操作过程中，可以任意切换 二种地图的显示方式。
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3、通过GIS标准组件，将地图服务的地片与相关的3D建模数据取下来，通过 翻译成标准、统一的接口数据，并将该数据转发给大屏高清显示端系统；在众多的GIS平台 与3D建模数据格式中，完全实现支持所有格式，就需要一个把各种不同的格式、语言翻译 成大屏高清显示端能够唯一识别的格式与方法，即不同入口进入，同一出口实现所有功能； 用户通过GIS标准组件，利用0GC国标标准，将服务器端的地图按经纬度读取下来，将其转 化成用户超大屏幕显示的光栅坐标，传送给超大屏幕端。 4、大屏高清显示端通过对地图进行索引、优化、重新编码、3D建模等预处理，形成 大屏高清显示端专有显示格式。(在高清地图信息在网络传输时就会很慢，而且关于地图的 相关信息其变动是很少的，所以在预处理中将大量的没有变化的内容存放在高清大屏显示 端，并作相应的优化会大大提升显示与操作速度)；在高清显示端，系统采用将地片按 显示单元大小，优化存贮，利用图片数据库对图片快速定位快速读取进行最大的优化。
5、大屏高清显示端将图片显示在大屏上，可以对其进行快速的平移、放縮、旋转等 专业控制管理。在操作方面，我们采用相对独立操作，集中管理的方式进行处理，在大屏上 高清显示之后，可能中心点与用户关心的位置不一致，也许地图太大，大到大屏都无法显示 完整，或显示内容用户感觉不够详尽，所以会在智能分析平台端(地图操作平台端)对地图 进行简单的平移、放縮、旋转等管理控制，而这些指令如果通过平常的操作端方式去做，由 操作端操作完成后同步过去，速度会很慢，这里我们提供指令量化方式，由大屏高清显示端 自行完成所有操作，用户只需告诉它什么操作做多少量，这样经过用户调整后，大屏高清显 示端会得到一个用户满意的一个视角与视野进行想要的智能分析； 6、在GIS分析客户端，利用GIS平台，制作GIS智能分析终端，与用户的业务信息 相关联，形成一个有空间分析信息的一套可视的业务系统。在这一个系统中，用户的业务信 息会与地图的空间信息建立一定的关联，比如说，在某条道路上有多少治安岗亭，有多少治 安案件，重大事件有多少起，一年内该区域车祸死亡人数等等。让与用户有关的业务信息在 空间与时间上形成一个交集并用图形表现出来。比如说当用户想知道在最近上一年内广 州市内车祸发生最多的十条街道；这时系统会在矢量数据库中先找到广州的街道有那些， 然后对每条街道做一个缓冲区域，表示在这个区域内发生的车祸都是这个道路范围内，然 后根据这个范围内的标志性建筑，道路信息，坐标信息等等，在车祸数据库中找查出车祸数 量，统计结果，取前十个道路的情况告诉用户；或者智能列出最短路径也必需用到矢量格式 的地理空间信息进行处理，没有矢量格式的数据库，系统不知道那条道路与那条道路联通 的，那条道路与那个建筑相隔多远； 7、利用GIS平台的图层管理功能，将用户业务层的空间信息与用户操作的空间分 析结果，与碎小图片的方式进行动态截取。当智能分析出结果之后，或用户标注了地图上的 信息与空间更改之后，地图上的相关信息改变了，这样的改变需要放在大屏高清端同时显 示，一般是采用网络传输来实现，当出现大块数据块时，网络传输慢，同时当地图出现大块 内容刷新时，有明显闪烁与资源消耗较大，采用碎块小图片的方式进行动态截取，并发送到 高清端局部更新处理，可以看见大屏高清显示端与智能分析端同步显示的实时效果。
在这个图形表现中，有些只是一个图表，有些会直接在地图上表示出来，如同，某 条道路的某个地段车流量超负荷，有塞车现象，用红色表示；有滞留现象用黄色表示；畅通 无助用绿色表示等等。总之，当变化发生时，系统将对该变化部分进行一次截图。当变化在
7实时发生时，系统将会不断的截取变化部分的图片，可是变化部分可能不是一个地点，所以 系统将会分区域，按最小变化区域的大小动态截图。 8、按GIS的空间位置与变化碎小图片方式，动态实时发送到GIS标准组件，通过翻 译成标准、统一的接口 ，将数据送进大屏高清显示端系统。 当系统得到这一系列动态变化的图片后，会给它们附上相应坐标位置以及变化的 种类，该种类是指，这个变化是临时性有强时性的变化(如GPS跟踪)，还是分析结果性的弱 变化如人口统计图，还是地图地理性质的变改，如桥梁倒塌等等。因为高清超大屏那端的显 示将会根据不同的情况，进行不同方式的叠加显示工作。 根据上述描述，GIS智能分析终端与大屏高清显示端互动的运算过程具体可参考 图4中的流程图； 9、由高清显示端系统，进行高速、高效的图片叠加显示，并对其操作进行高效、高
快的管理。这一步就是最后的呈现，实现在超大屏上的实时变化的过程。 其中步骤1、2属于GIS的服务功能，其主要目标是为高清大屏提供不常变化的地
片，这里可以用多台GIS服务器进行共同完成，甚至可以采用多种不同平台的GIS服务
器，只要其满足OGC的国标GIS通用标准即可，可以想象从GOOGLE Earth、world wind的服
务器上取我们想要的地图数据，进行高清大屏智能分析，也可以按自己意愿布局相应的GIS
服务器。 步骤3、8为GIS与超大屏接合的重要部分，其功能是屏蔽不同GIS之间的差异，屏 蔽GIS系统与超大屏幕之间空间计算分析与显示操作分析之间的差异，简而言之就是，让 超大屏幕管理好显示操作的计算，空间分析计算让GIS系统去完成。而它最重要的就是为 超大屏显示GIS地图提供统一、标准的快速接口转化功能。 4、5、9为大屏显示端系统，可以根据大屏的大小进行灵活分布，如对六屏幕 (6X1024X768)以下的需求，可以配置一台高性能的机器对显示端系统进行管理，如果要 求3D地形地势模型+六个屏幕以上的超大屏系统，建议采用分布式阵列系统进行配置，目 前VT0RN公司的，XLAN硬件系统就是该分布式阵列模式管理大屏的，可以利用阵列机器的 性能进行分布运算集中管理模式，对大屏进行有效、快速的管理，满足高清、高速的需求。
关于6、7GIS系统采用GIS空间分析GIS系统与用户业务信息系统相接合，在空间
上与业务信息上为用户提供专业的分析，对用户决策提供良好的辅助决策功能。在这里用 户使用的一般性的PC终端，可以由多个终端PC同时进行多领域、多方向的智能化分析，将 分析结果汇总到步骤8进行统一、完整的显示在超大屏幕上，为领导决策提供直观、充分的 客观信息。 如此该系统即可以分为三大功能服务块，一、空间地图显示服务部分；二、高清地 图显示、操作、控制功能部分；三、GIS系统智能分析系统，这个系统与用户的业务密切关 联。 在这三个部分中，即密切相关又相对独立，即对立又统一，比如说空间地图显示 部分是由GIS平台与地理实际数据生成而来，即可以由本地地图源生成，也可由第三方地 图提供方提供，只要符合OGC等国际通用标准，就能成为该系统的地图服务端。这样为正在 建的数字中国就能轻松的引进到这个系统当中，即中国政府出面建立的45T的数据地图， 可以为我们的用户提供这样的空间地图显示部分的服务，而我们的用户在超大屏这端只需要指定常用的地区范围即可。 在超大屏幕显示这端以地片控制为核心，在超大屏上进行呈显，主统一、标准 接口为方式，利用多设备的渲染集群方式完成3D建模与控制。这样在超大屏幕端显示更 加有利于空间呈现，更有利于可视化辅助决策系统的表示力，因为在超大屏幕上的显示内 容可以与GIS空间智能分析端的表示形式保持不一致性，仅在空间数据等硬性指标上保持 一致。比如说，GIS系统智能分析系统与超大屏幕显示同一块地理数据信息，在GIS系统 智能分析系统这边是方便分析与操作的矢量模式的地图，而在超大屏幕一边是方便表现的 3D地形配合实际地理信息的真实图片合成的地图，二者在数据一级是对等的，在分析结果 一级是对等的，可是在可视化表现上，在理解程度的表示下，超大屏幕就大大的优于终端一 边。 在GIS系统智能分析系统一端，其关键在于与用户的业务系统密切相关，将用户 业务系统与空间相关的内容，在GIS上有机的结合在一起，并对其进行专家级的智能化分 析，最后将其结果按照Vtron GIS标准组件的标准图形化，其中按图层，按变化情况碎化结 果图，逐一发送到超大屏幕一端进行复合叠加显示。其中GIS系统智能分析系统可以按不 同人员操作不同业务领域，分析不同内容，最后进行合成，也就是说，可以进行GIS系统智 能分析系统可以采用分布式计算，集中式显示的方式均衡分析的计算量。
综上所述，参考图2，上述步骤可以归纳为以下步骤流程 S01、构建空间矢量数据库，将矢量图形格式的地理空间信息存储到空间矢量数据 库； S02、构建地图发布服务器，提供光栅图片地图及对应的三维建模数据，这些光栅
图片地图与所述空间矢量数据库的矢量图形格式的地理空间信息一一对映； S03、GIS标准组件从所述地图发布服务器中获取光栅图片地图及对应的三维建模
数据，将其转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端； S04、对所述GIS标准组件发送的接口数据进行预处理后进行显示； S05、根据所述大屏高清显示端显示的地图信息，从空间矢量数据库中获取地理空
间信息进行智能分析，并将智能分析的结果图形化后打包实时发送给所述GIS标准组件； S06、GIS标准组件将GIS智能分析终端实时发送过来的分析结果转换成统一的接
口数据发送给大屏高清显示端，预处理后进行实时更新显示。 具体实施案例应用场景如图3，超大屏幕被布局到一个调度指挥中心，该中心汇聚 了所管辖范围内的各类信息，并在超大屏幕进行综合显示，而在指挥中心也有各个部门、各 个领域的工作人员与专家，他们会对当时汇总的信息进行各自领域中的专家、专业性的处 理，并将该信息通过汇总提交到超大屏幕进行综合显示。领导决策时，会面对超大屏幕看着 各方汇集的信息与专家分析的图表进行实时决策，同时可以监控整个事件发展的经过与事 态变化进行及时的调整方案部署。在图一中还有来自外部信息处理，指的是来自指挥中心 下属部门(中心外的)或来自兄弟部门的配合性信息都可由此接入。在图3中还有一个交 互式实时会议平台，用于领导小范围内开会讨论决策相关问题用。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果系统通过专业化分工合作方式，最大 化的提升了 GIS的分析速度，最大化的提升了在超大屏幕上的响应速度，最大化的考虑到 了系统的扩展性，可布局性与可实施性，最大程度的集成用户可重用性的资源，最大程度的降低用户的项目实施成本(可以采用政府公共网络以布的地图数据，从而降低地图数据的 制作成本)；同时最大程度的增强用户GIS端智能分析的灵活性，可以完全不受超大屏幕显 示时的资源限制，大大降低了可视化GIS分析的复杂度。 以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。
权利要求
一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的系统，其特征在于该系统包括空间矢量数据库，用于存储矢量图形格式的地理空间信息；地图发布服务器，用于提供光栅图片地图及对应的三维建模数据，所述光栅图片地图与所述空间矢量数据库中的地理空间信息一一对映；GIS标准组件，用于从所述地图发布服务器中获取光栅图片地图及三维建模数据，将其转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端；或者用于将GIS智能分析终端实时发送过来的分析结果转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端；大屏高清显示端，用于对所述GIS标准组件发送过来的接口数据进行预处理后进行显示；GIS智能分析终端，用于根据所述大屏高清显示端显示的地图信息，从所述空间矢量数据库中获取地理空间信息进行智能分析，并将智能分析的结果实时发送给所述GIS标准组件。
2. 根据权利要求1所述的一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的系统，其特 征在于，所述地图发布服务器包括地图数据输入模块，其与第三方地图服务模块相连。
3. 根据权利要求2所述的一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的系统，其特 征在于，所述大屏高清显示端设置有管理模块，用于对所述GIS标准组件发送的接口数据 进行分布运算集中管理。
4. 根据权利要求3所述的一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的系统，其特 征在于，所述GIS智能分析终端根据智能分析的结果从所述地图发布服务器中动态截取对 应变化的碎块小图片，并发送到GIS标准组件；GIS标准组件将所述碎块小图片转换成统一 的接口数据后传送至大屏高清显示端进行局部更新显示。
5. —种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的方法，其特征至于包括A、 构建空间矢量数据库与地图发布服务器，将矢量图形格式的地理空间信息存储到空 间矢量数据库；所述地图发布服务器提供光栅图片地图及对应的三维建模数据，这些光栅 图片地图与所述空间矢量数据库的矢量图形格式的地理空间信息一一对映；B、 GIS标准组件从所述地图发布服务器中获取光栅图片地图及对应的三维建模数据， 将其转换成统一的接口数据发送给大屏高清显示端；C、 对所述GIS标准组件发送的接口数据进行预处理后进行显示；D、 根据所述大屏高清显示端显示的地图信息，从空间矢量数据库中获取地理空间信息 进行智能分析，并将智能分析的结果实时发送给所述GIS标准组件；E、 GIS标准组件将GIS智能分析终端实时发送过来的分析结果转换成统一的接口数据 发送给大屏高清显示端，预处理后进行实时更新显示。
6. 根据权利要求5所述的一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的方法，其特 征在于，所述步骤C具体为对所述GIS标准组件发送的接口数据进行分布运算集中管理， 包括对所述接口数据进行索引、优化、重新编码、三维建模。
7. 根据权利要求6所述的一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的方法，其特 征在于，所述步骤C还包括对大屏高清显示端显示的地图进行平移、放縮、旋转操作。
8. 根据权利要求6或7所述的一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的方法， 其特征在于所述步骤D中获得智能分析结果之后还包括根据智能分析的结果从所述地图发布服务器中动态截取对应变化的碎块小图片，并发送到GIS标准组件；所述步骤E中，GIS标准组件将所述碎块小图片转换成统一的接口数据后传送至大屏 高清显示端进行局部更新显示。
全文摘要
本发明提供了一种智能分析GIS系统在高清大屏上快速响应的系统，其包括空间矢量数据库，用于存储矢量图形格式的地理空间信息；地图发布服务器，用于提供光栅图片地图及对应的三维建模数据；GIS标准组件，用于从地图发布服务器中获取光栅图片地图及三维建模数据，将其转换成统一的接口数据；或者用于将GIS智能分析终端实时发送过来的分析结果转换成统一的接口数据；大屏高清显示端，用于对GIS标准组件发送过来的接口数据进行预处理后进行显示；GIS智能分析终端，用于从空间矢量数据库中获取地理空间信息进行智能分析，并将智能分析的结果实时发送给GIS标准组件。本发明既可以对高清GIS地图进行三维显示及操作，又满足了高效的智能化分析决策。
文档编号G06F17/30GK101739443SQ20091021437
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者周虎 申请人:广东威创视讯科技股份有限公司