[发明专利]一种兼顾数值与距离影响的等高线图可视化方法

说明书

本发明公开了一种兼顾数值与距离影响的等高线图可视化方法，包括以下步骤：首先通过热力图叠加方法计算采样数据点在平面空间的着色分布情况；采用一种次序无关的着色图叠加方法对多个着色图层进行叠加合成计算；利用GPU并行能力同时计算平面空间中每个点所受采样点的距离影响程度合成值和数值方向合成值；计算平面空间每个点的合成数值，通过等高线算法计算等高线。本发明通过计算多个采样点在平面空间上的数值影响和距离影响分布，定义了等高线的数值含义，在兼顾数值与距离影响的情况下对数据点进行可视化展现，满足用户的分析需求；面对上千个数据采样点，整个可视化过程可以在数十毫秒时间内完成，保证了交互的流畅性。

技术领域

本发明涉及数据可视化分析领域，特别涉及一种兼顾数值与距离影响 的等高线图可视化方法。

背景技术

在电力系统中，数据规模及复杂分析任务的增加，使得分析人员迫切 需要更直观、准确的可视化方法，例如公开号CN106294822A提供的一种 电力数据可视化系统，用于展示居民用电的详细数据和相应的变化趋势。 等高线图通过颜色和数值表征物理量的地理分布和变化模式，被广泛采纳。 等高线图最早用于地图测绘相关工作，将地图上高程相等的相邻各点连成 闭合曲线，即构成等高线图。等高线图的特征能直观反映地形特征，如等 高线特别密集的地方往往是地形急剧变化的峭壁。若将等高线图中的海拔 高度替换成电网仿真数据的物理量数值，则可将之应用于展示电力系统仿 真数据的地理空间强弱分布。

但是对于电力系统数据而言，使用等高线图最大的问题在于电力数据 不是空间连续的。地理上只有厂站才有数据且厂站间距离较远，因此需要 进行空间插值以填充厂站数据的影响范围。

空间插值是使用具有已知值的点来估计其他未知点处的值的过程。 由于成本高且资源有限，数据收集通常仅在有限数量的选定点位置进行。 在GIS中，可以应用这些点的空间插值来创建栅格表面，并对所有栅格单 元进行估计。为了生成连续图，必须使用合适的插值方法来估计没有采样 或测量的那些位置处的值。然后，插值分析的结果可用于分析整个区域 和建模。常见的空间插值方法有：反距离加权(IDW)、三角不规则网络 (TIN)以及克里格方法。TIN属于线性内插，整体连续性达不到电力系 统的分析要求。IDW和克里格方法当局部空间中采样点较多时，效果比较 明显，而对于全局范围插值无法顾全影响范围和不同方向的实际影响。一 些GIS学者重点研究了基于规则网格的高阶插值方法，如DNER通过比 较线性到五次多项式的插值方法发现高阶插值精度更高，史文中等研究了 高阶建模的传递误差对精度的影响。但是实际应用中，规则网格建模并不 能表达电力系统数据的真实特征。

发明内容

本发明提出一种兼顾数值与距离影响的等高线图可视化方法，目的在 于解决传统等高线在对同时包含方向和距离影响的可视化分析任务中仅 能处理单一变量的能力缺陷，通过混合数值和距离影响因子，获得更加直 观有效的可视化效果。

为实现上述的发明目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种兼顾数值与距离影响的等高线图可视化方法，根据着色图的多个 中心点及边际范围合成计算空间中点的数值，包括如下步骤：

1)计算采样数据点在平面空间的着色分布；

2)计算平面空间中每个点所受采样点的距离影响程度合成值和数值 方向合成值；

3)使用次序无关的叠加算法对多个着色图层进行叠加合成计算；

4)使用兼顾数值与距离影响的合成算法计算平面空间每个点的合成 数值；

5)计算等高线并着色。

在步骤1)中通过热力图叠加方法计算采样数据点在平面空间的着色 分布情况的过程包括：