[发明专利]一种基于Leaflet的全球涡旋轨迹动态可视化方法

权利要求书

1.一种基于Leaflet的全球涡旋轨迹动态可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）生成涡旋运动数据：通过提取涡旋的相关信息，进行网格化处理，计算涡旋运动方向、速度，生成涡旋运动方向矢量场数据和涡旋运动速度场数据；所述步骤（1）具体为：

（a）提取涡旋的相关信息；对涡旋追踪数据集中的每一条涡旋分别提取寿命以及其每一天所在的经纬度；

（b）涡旋信息网格化；设置二维平面的网格分辨率为1°×1°，将涡旋从第n天到第n+1天的位置变化看做一条直线a，计算直线a所经过的网格，确定直线a与每一个所经过网格的交点；

（c）计算涡旋运动方向；根据直线与网格的两个交点，计算涡旋在每一个网格的运动方向，运动方向在0°-360°之间，其中正北方向为0°，该运动方向即为直线a所经过的对应网格的运动方向；

（d）计算涡旋运动速度；直线a的距离代表涡旋每一天的运动位移，因此，将直线a的距离代表涡旋在第n天到第n+1天的运动速度，并将该速度即为直线a所经过网格的速度；

（e）生成涡旋运动方向矢量场数据；将（c）中计算的每个网格上的运动方向求平均，即可得平均运动方向，并根据平均运动方向计算正余弦角，正弦角定义为u分量，余弦角定义为v分量，即为涡旋运动方向矢量场数据；

（f）生成涡旋运动速度场数据；将（d）中计算的每个网格上的运动速度求平均，即可取得涡旋运动速度场数据；

（2）计算涡旋的运动轨迹）：首先初始化涡旋参数，再利用四阶龙格库塔函数计算涡旋运动位置，通过迭代计算生成涡旋轨迹；

（3）绘制不同层次的涡旋动态轨迹：计算涡旋寿命，并将涡旋的寿命按照颜色的透明度进行分级，存于数组中；

（4）涡旋轨迹动态显示：多线程计算（3）生成涡旋轨迹，通过基于Leaflet的VectorField可视化类绘制涡旋轨迹并逐步渲染形成数据图层，即完成可视化；

（5）再对得到的涡旋运动轨迹动态进行可视化分析。

2.如权利要求1所述的基于Leaflet的全球涡旋轨迹动态可视化方法，其特征在于，所述步骤（2）具体为：

（a）初始化涡旋参数；在二维平面上初始化涡旋的位置，定义涡旋的分布密度、生命周期、运动轨迹颜色、流线透明度参数；

（b）计算涡旋运动位置；根据涡旋所在网格的运动速度和方向，如在当前网格中没有涡旋的运动速度，则停止运动，该位置将重新随机生成新的涡旋；否则，通过四阶龙格库塔函数确定涡旋的下一个位置的坐标，并根据所求的坐标确定涡旋新位置所在的网格；

（c）生成涡旋轨迹；依据涡旋的生命周期，确定涡旋运动的次数，迭代计算涡旋运动位置，直至涡旋停止运动，将每次计算的涡旋运动的位置连接为一条轨迹即涡旋轨迹。

3.如权利要求1所述的基于Leaflet的全球涡旋轨迹动态可视化方法，其特征在于，所述步骤（3）具体为：

（a）计算涡旋寿命；根据涡旋运动的次数决定涡旋的寿命，涡旋运动一次，涡旋所走过的位置上的寿命就会加一；

（b）轨迹颜色分级；将涡旋的寿命按照颜色的透明度进行分级，并存在数组中，数组的每一项对应的颜色即为涡旋在此寿命的颜色，寿命越长，涡旋轨迹颜色越浅。

4.如权利要求1所述的基于Leaflet的全球涡旋轨迹动态可视化方法，其特征在于，所述步骤（4）具体为：

（a）轨迹多线程生成；计算出合理的线程数量k，根据初始化定义的涡旋总数n，计算出每个线程所分配的涡旋数量n/k，构建多线程，并向多线程传递涡旋运动矢量数据，进而实现涡旋轨迹同时生成；

（b）轨迹绘制；实时判断所有涡旋的轨迹是否已经全部生成，如果未生成，则不进行绘制；否则，将涡旋轨迹数据返回到可视化类中，并根据涡旋轨迹上计算的涡旋位置及其寿命绘制涡旋轨迹；

（c）轨迹渲染；根据涡旋轨迹在当前位置和下一位置的涡旋寿命获取到相应的颜色值，并对这一区间的涡旋轨迹进行颜色渲染；

（d）实现界面可视化；提取全球地图，将全球地图的经纬度与涡旋轨迹图层的经纬度进行匹配，从而实现在全球地图上加载绘制渲染后的涡旋轨迹图层。

5.如权利要求1所述的基于Leaflet的全球涡旋轨迹动态可视化方法，其特征在于，所述步骤（5）具体为：

（a）涡旋分为暖涡和冷涡；分别对冷涡和暖涡的涡旋轨迹数据按照上述（1）-（4）的步骤进行处理，从而实现暖涡和冷涡的轨迹可视化；

（b）区域涡旋运动轨迹动态可视化；选取待放大的区域，此时需要放大区域的范围坐标将会进行处理，在范围坐标内重新初始化涡旋参数，按照上述（2）-（3）的步骤进行处理，从而使区域涡旋运动轨迹的动态可视化。