一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法
2023-09-16 09:50:05 1
一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法
【專利摘要】本發明屬於傳感器數據顯示領域，具體為一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法。本發明以圓盤模型代表傳感器節點在三維空間中顯示，將圓盤等分成若干個小扇形加以顏色信息來對數據進行布局和比例顯示，能夠直觀展示電量、溫度、深度、壓力、鹽度、延時等傳感器自身數據和水下環境參數，並能通過滑鼠點擊顯示數據歷史曲線。將需要監測的數據信息直觀附著在三維物體模型上，在顯示三維物體的同時也能觀察到監測數據的變化。本發明克服了大量的水下多傳感器節點網絡監測數據顯示和呈現給用戶的過程中，傳統顯示方案中實時監測數據過於凌亂，監測者從中找到需要的數據十分費力，對傳感器的位置不能直觀感知，也把握不好傳感器網絡各節點狀況的缺點。
【專利說明】一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於傳感器數據顯示領域，具體涉及一種水下多傳感器節點數據可視化呈 現方法。
【背景技術】
[0002] 信號處理晶片和數字通信理論的發展，給水下傳感器的迅速發展帶來了技術支 持，使得水下傳感器廣泛的應用到海洋監測領域。水下傳感器網絡自組網絡協議和定位技 術也日益完善，但是在監測數據顯示和呈現給用戶的過程中，傳統顯示方案中大量的水下 多傳感器節點網絡實時監測數據過於凌亂，監測者從中找到需要的數據十分費力，對傳感 器的位置不能直觀感知，也把握不好傳感器網絡各節點狀況。
[0003] 然而計算機圖形學的發展，給三維場景展示及數據可視化提供了很好的解決方 案。在已構建的水下三維場景中，觀察者可以直觀感知場景中物體的方位信息，如果能將需 要監測的數據信息直觀附著在三維物體模型上，則在顯示三維物體的同時也能觀察到監測 數據的變化，這給我們提供了一種水下多傳感器節點數據可視化的呈現方法。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是克服大量的水下多傳感器節點網絡監測數據顯示和呈現給用戶 的過程中，傳統顯示方案中實時監測數據過於凌亂，監測者從中找到需要的數據十分費力， 對傳感器的位置不能直觀感知，也把握不好傳感器網絡各節點狀況的缺點。
[0005] 為此，本發明提供了一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，至少包括：傳感 器節點網絡、含有數據處理模塊的節點管理伺服器及用以顯示數據轉化模型的顯示模塊； 所述傳感器節點網絡包括多個傳感器簇區每一傳感器簇區內包括多個傳感器節點，每 一個傳感器節點將其採集的數據傳遞給相應傳感器簇區的簇首節點，進而經過匯聚節點傳 輸到數據處理模塊，該數據處理模塊對接收到數據進行分類整合、解算各傳感器節點的坐 標並存儲，同時由節點管理伺服器生成三維水底場景、用以顯示各傳感器節點數據的圓盤 模型，然後傳輸給顯示模塊，由該顯示模塊顯示各簇首節點、三維水底場景，並以邊界線的 形式顯示各簇首節點所在簇區範圍； 通過滑鼠操作模塊實現從簇首節點、各簇首節點所在簇區範圍的二維顯示到包含傳感 器節點、簇首節點的三維水底場景三維顯示的切換。
[0006] 所述的圓盤模型至少包括：分割圓盤模型的6組扇形和位於圓盤模型中心區域 的節點標號；每組扇形包括：位於扇形且與扇形的弧相鄰的數據名稱、位於扇形內且在扇 形的一條半徑上的刻度盤、位於扇形內且其兩個端點分別與該扇形內的刻度盤上代表數據 值的刻度以及扇形的另一條半徑相接的數值指示線、數值指示線和扇形的兩條半徑以及圓 盤中心區域的邊界所圍的數據著色區、位於扇形內且處於數據著色區外並與數值指示線相 鄰的數據值；數據值可跟隨數值指示線移動；刻度盤兩端頭刻度分別代表最大和最小警報 值，並以紅線標識；當數據值在最小警報值與最大警報值之間時，數據著色區以綠色標識， 否則以紅色標識，其中數據著色區的數值指示線根據數據值和最大最小警報值比例對應在 刻度盤中；當滑鼠操作模塊點擊任一扇形時，該扇形所在的圓盤模型旋轉並使該扇形顯示 到圓盤模型裡的正上方，同時圓盤模型中心區域顯示與該扇形所對應的節點標號，並在該 扇形上方顯示數據值的數據歷史曲線。
[0007] 上述圓盤模型被6組扇形均分，並且當任一扇形位於圓盤模型內的正上方時，所 述刻度盤位於該扇形的左邊半徑上；所述刻度盤靠近圓盤模型圓心的端頭設置為最小報警 值，而刻度盤的另外一個端頭設置為最大報警值。
[0008] 上述方法的數據可視化呈現方法流程至少包含如下步驟： 步驟501 :節點管理伺服器接受數據，利用數據處理模塊解算坐標，分類整理並存儲數 據； 步驟502 :取出監測區域所有簇首節點在顯示器端平面顯示； 步驟503 :判斷是否點擊某個簇首節點，如是則進行步驟504,否則進行步驟502 ; 步驟504 :根據數據實例化圓盤模型； 步驟505 :構建三維水底場景，建立三維場景世界坐標系，將圓盤模型加載在場景中； 步驟506 :開始幀循環； 步驟507 :用戶自主進行場景和數據的瀏覽； 步驟508 :判斷用戶是否利用滑鼠模塊點擊圓盤的某塊扇形區域，如是則進行步驟 509,否則進行步驟510 ; 步驟509:旋轉圓盤模型使被點擊扇形在圓盤裡正上方，讀取該扇形接口所代表的數 據，繪製歷史曲線顯示在該扇形上方； 步驟510 :判斷是否更換簇區顯示，如是則進行步驟511，否則進行步驟506 ; 步驟511 :結束幀循環，返回步驟502。
[0009] 上述步驟504,包含如下步驟： 步驟601 :獲取該簇區內普通節點個數j，實例化j個圓盤模型，關聯扇形數據接口和傳 感器數據，設置每個接口最大最小警報值； 步驟602 :判斷數據是否在最大最小警報值之間，如是則進行步驟603,否則進行步驟 604 ； 步驟603 :該扇形數據著色區以綠色顯示，進行步驟605 ; 步驟604 :該扇形數據著色區以紅色顯示，進行步驟605 ; 步驟605 :根據最大最小警報刻度與接口數據值的比例設置數據著色區的數據指示線 所在的刻度，並顯示該數據的讀數。
[0010] 上述圓盤模型至少被3組扇形進行等分，每組圓盤模型中的扇形個數與節點的傳 感器數據的數量對應，如節點的傳感器數據不足3個，則預留多餘扇形。
[0011] 本發明的有益效果：本發明以圓盤模型代表傳感器節點在三維空間中顯示，將圓 盤等分成若干個小扇形加以顏色信息來對數據進行布局和比例顯示，能夠直觀展示電量、 溫度、深度、壓力、鹽度、延時等傳感器自身數據和水下環境參數，並能通過滑鼠點擊顯示數 據歷史曲線。將需要監測的數據信息直觀附著在三維物體模型上，在顯示三維物體的同時 也能觀察到監測數據的變化。
[0012] 以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1水下傳感器數據顯示系統的組成； 圖2二維水底場景顯7]^畫面； 圖3圓盤模型的構造； 圖4響應滑鼠點擊後的圓盤模型顯示歷史曲線； 圖5數據可視化呈現方法流程圖； 圖6實例化圓盤模型流程圖； 附圖標記說明：1〇1、傳感器節點網絡；102、數據處理模塊；103、顯示模塊；104、傳感器 節點；105、簇首節點；106、簇區；107、滑鼠操作模塊；201、三維水底場景；202、圓盤模型； 301、數據名稱；302、數據值；303、數據著色區；304、數值指示線；305、刻度盤；306、扇形； 307、節點標號；401、數據歷史曲線。
【具體實施方式】
[0014] 本實施例提供一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，至少包括傳感器節點 網絡101、含有數據處理模塊102的節點管理伺服器及用以顯示數據轉化模型的顯示模塊 103 ； 如圖1和圖2所示，傳感器節點網絡101包括多個傳感器簇區106,每一傳感器簇區106 內包括多個傳感器節點104,每一個傳感器節點104將其採集的數據傳遞給相應傳感器簇 區106的簇首節點105,進而經過匯聚節點傳輸到數據處理模塊102,該數據處理模塊102 對接收到數據進行分類整合、解算各傳感器節點104的坐標並存儲，同時由節點管理服務 器生成三維水底場景201、用以顯示各傳感器節點104數據的圓盤模型202,然後傳輸給顯 示模塊103,由該顯示模塊103顯示各簇首節點105、三維水底場景201，並以邊界線的形式 顯示各簇首節點105所在簇區106範圍； 通過滑鼠操作模塊107實現從簇首節點105、各簇首節點105所在簇區106範圍的二維 顯示到包含傳感器節點104、簇首節點105的三維水底場景201三維顯示的切換。
[0015] 如圖2所示，簇區106內的傳感器節點104採集數據傳遞給簇首節點105,簇首節 點105多跳地進行傳輸給水面基站或船舶基站等匯聚節點，匯聚節點通過衛星或者網際網路 傳輸到節點管理伺服器的數據處理模塊102,數據處理模塊102分類整合數據、解算節點坐 標存儲並傳遞給圓盤模型202,簇首節點105在顯示模塊103中顯示並以虛線顯示簇區106 範圍，這樣可以直觀顯示各個簇區106的位置。當滑鼠操作模塊107點擊簇首節點105時， 顯示模塊103轉換顯示三維水底場景201、圓盤模型202和簇首節點105。
[0016] 其中節點管理伺服器生成三維水底場景201需要硬體軟體的支持，如獨立顯卡和 OpenGL開放的底層圖形庫或者0SG交互式圖形接口的支持，通過高程數據點和場景紋理建 立水下地形和水下環境，給以光照、陰影等渲染技術，模擬三維水下環境。
[0017] 如圖3所示，圓盤模型202至少包括：分割圓盤模型202的6組扇形306和位於圓 盤模型202中心區域的節點標號307 ;每組扇形306包括：位於扇形306內且與扇形306的 弧相鄰的數據名稱301、位於扇形306內且在扇形306的一條半徑上的刻度盤305、位於扇 形306內且其兩個端點分別與該扇形306內的刻度盤305上代表數據值302的刻度以及扇 形306的另一條半徑相接的數值指示線304、數值指示線304和扇形306的兩條半徑以及 圓盤中心區域的邊界所圍的數據著色區303、位於扇形306內且處於數據著色區303外並 與數值指示線304相鄰的數據值302 ;數據值302可跟隨數值指示線304移動；刻度盤305 兩端頭刻度分別代表最大和最小警報值，並以紅線標識；當數據值302在最小警報值與最 大警報值之間時，數據著色區303以綠色標識，否則以紅色標識，其中數據著色區303的數 值指示線304根據數據值302和最大最小警報值比例對應在刻度盤305中；如圖4所示，當 滑鼠操作模塊107點擊任一扇形306時，該扇形306所在的圓盤模型202旋轉並使該扇形 306顯示到圓盤模型202裡的正上方，同時圓盤模型202中心區域顯示與該扇形306所對應 的節點標號307,並在該扇形306上方顯示數據值302的數據歷史曲線401。在本實施方式 中，圓盤模型202被6組扇形306均分，並且當任一扇形306位於圓盤模型202內的正上方 時，所述刻度盤305位於該扇形306的左邊半徑上；所述刻度盤305靠近圓盤模型202圓心 的端頭設置為最小報警值，而刻度盤305的另外一個端頭設置為最大報警值。
[0018] 圓盤模型中的扇形306個數與節點的傳感器數據的數量對應，並將圓盤等分。至 少應有3個扇形306以支持本技術的顯示方案，如數據不足3個，則預留多餘扇形306。本 實施例中的6個扇形306隻是其中一種方案，其他個數的扇形306都在本發明的保護之下。
[0019] 數值指示線304根據最小警報值min和最大警報值max以及數據值302X的計算 來對應顯示在刻度盤305中，需要用到的數據有最小警報刻度線到圓盤中心小圓的距離L1 和最大最小警報刻度線間的距離L2。計算數值指示線304在刻度盤305中指示位置離圓盤 中心小圓的距離Lx的計算方法是： (1) X 小於 min :
【權利要求】
1. 一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，其特徵是：至少包括：傳感器節點網 絡（101)、含有數據處理模塊（102)的節點管理伺服器及用以顯示數據轉化模型的顯示模 塊（103); 所述傳感器節點網絡（101)包括多個傳感器簇區（106)，每一傳感器簇區（106)內包括 多個傳感器節點（104)，每一個傳感器節點（104)將其採集的數據傳遞給相應傳感器簇區 (106)的簇首節點（105)，進而經過匯聚節點傳輸到數據處理模塊（102)，該數據處理模塊 (102)對接收到數據進行分類整合、解算各傳感器節點（104)的坐標並存儲，同時由節點管 理伺服器生成三維水底場景（201)、用以顯示各傳感器節點（104)數據的圓盤模型（202)， 然後傳輸給顯示模塊（103)，由該顯示模塊（103)顯示各簇首節點（105)、三維水底場景 (201) ，並以邊界線的形式顯示各簇首節點（105)所在簇區（106)範圍； 通過滑鼠操作模塊（107)實現從簇首節點（105)、各簇首節點（105)所在簇區（106)範 圍的二維顯示到包含傳感器節點（104)、簇首節點（105)的三維水底場景（201)三維顯示的 切換。
2. 根據權利要求書1所述的一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，其特徵是： 所述的圓盤模型（202)至少包括：分割圓盤模型（202)的6組扇形（306)和位於圓盤模 型（202)中心區域的節點標號（307);每組扇形（306)包括：位於扇形（306)內且與扇形 (306) 的弧相鄰的數據名稱（301)、位於扇形（306)內且在扇形（306)的一條半徑上的刻 度盤（305)、位於扇形（306)內且其兩個端點分別與該扇形（306)內的刻度盤（305)上代 表數據值（302)的刻度以及扇形（306)的另一條半徑相接的數值指示線（304)、數值指示 線（304)和扇形（306)的兩條半徑以及圓盤中心區域的邊界所圍的數據著色區（303)、位 於扇形（306)內且處於數據著色區（303)外並與數值指示線（304)相鄰的數據值（302); 數據值（302)可跟隨數值指示線（304)移動；刻度盤（305)兩端頭刻度分別代表最大和最 小警報值，並以紅線標識；當數據值（302)在最小警報值與最大警報值之間時，數據著色區 (303)以綠色標識，否則以紅色標識，其中數據著色區（303)的數值指示線（304)根據數據 值（302)和最大最小警報值比例對應在刻度盤（305)中；當滑鼠操作模塊（107)點擊任一 扇形（306 )時，該扇形（306 )所在的圓盤模型（202 )旋轉並使該扇形（306 )顯示到圓盤模型 (202) 裡的正上方，同時圓盤模型（202)中心區域顯示與該扇形（306)所對應的節點標號 (307) ，並在該扇形（306)上方顯示數據值（302)的數據歷史曲線（401)。
3. 根據權利要求書2所述的一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，其特徵是： 所述的圓盤模型（202)被所述的6組扇形（306)均分，並且當任一扇形（306)位於圓盤模型 (202)內的正上方時，所述刻度盤（305)位於該扇形（306)的左邊半徑上；所述刻度盤（305) 靠近圓盤模型（202)圓心的端頭設置為最小報警值，而刻度盤（305)的另外一個端頭設置 為最大報警值。
4. 根據權利要求書1所述的一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，其特徵是： 所述方法的數據可視化呈現方法流程至少包含如下步驟： 步驟501 :節點管理伺服器接受數據，利用數據處理模塊（102)解算坐標，分類整理並 存儲數據； 步驟502 :取出監測區域所有簇首節點（105)在顯示器端平面顯示； 步驟503 :判斷是否點擊某個簇首節點（105)，如是則進行步驟504,否則進行步驟 502 ； 步驟504 :根據數據實例化圓盤模型（202); 步驟505 :構建三維水底場景（201)，建立三維場景世界坐標系，將圓盤模型（202)加載 在場景中； 步驟506 :開始幀循環； 步驟507 :用戶自主進行場景和數據的瀏覽； 步驟508 :判斷用戶是否利用滑鼠模塊點擊圓盤的某塊扇形（306)區域，如是則進行步 驟509,否則進行步驟510; 步驟509 :旋轉圓盤模型（202)使被點擊扇形（306)在圓盤裡正上方，讀取該扇形（306) 接口所代表的數據，繪製歷史曲線顯示在該扇形（306)上方； 步驟510 :判斷是否更換簇區（106)顯示，如是則進行步驟511，否則進行步驟506 ; 步驟511 :結束幀循環，返回步驟502。
5. 根據權利要求書4所述的一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，其特徵是： 所述的步驟504,包含如下步驟： 步驟601 :獲取該簇區（106)內普通節點個數j，實例化j個圓盤模型（202)，關聯扇形 (306 )數據接口和傳感器數據，設置每個接口最大最小警報值； 步驟602 :判斷數據是否在最大最小警報值之間，如是則進行步驟603,否則進行步驟 604 ； 步驟603 :該扇形數據著色區（303)以綠色顯示，進行步驟605 ; 步驟604 :該扇形數據著色區（303)以紅色顯示，進行步驟605 ; 步驟605 :根據最大最小警報刻度與接口數據值的比例設置數據著色區（303)的數據 指示線所在的刻度，並顯示該數據的讀數。
6. 根據權利要求書1所述的一種水下多傳感器節點數據可視化呈現方法，其特徵是： 圓盤模型（202)至少被3組扇形（306)進行等分，每組圓盤模型（202)中的扇形（306)個數 與節點的傳感器數據的數量對應，如節點的傳感器數據不足3個，則預留多餘扇形（306)。
【文檔編號】G06F3/14GK104102466SQ201410332935
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】劉貴喜, 王康, 祁田田, 姚李陽 申請人:西安電子科技大學