翟小羽，張東亮

（國家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

邊遠(yuǎn)島視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

翟小羽，張東亮

（國家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

邊遠(yuǎn)島利用與監(jiān)控綜合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是集信息發(fā)布、信息提取與分析模塊集成、數(shù)據(jù)管理等功能集成的綜合性系統(tǒng)。針對(duì)系統(tǒng)中視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)不方便管理和顯示的弊端，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于開放式、模塊化、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（OOD）思想，運(yùn)用Visual C#語言編程，ADO.NET訪問數(shù)據(jù)庫的邊遠(yuǎn)島視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化功能模塊。

可視化；面向?qū)ο螅灰曨l監(jiān)測

我國的島嶼從北到南綿延數(shù)千里，構(gòu)成了我國海上的天然屏障。但是，我國的海洋維權(quán)監(jiān)控能力面臨周邊國家的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也面臨國內(nèi)日益頻繁的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)帶來的負(fù)面影響的復(fù)雜考驗(yàn)。海島對(duì)維護(hù)國家海洋權(quán)益和國防安全都有重大的意義。鑒于海島在維護(hù)國家主權(quán)、國防安全和海洋權(quán)益方面的重要性以及加強(qiáng)邊遠(yuǎn)島有效監(jiān)管和保護(hù)的迫切需求，我國必須加強(qiáng)對(duì)海島特別是邊遠(yuǎn)島有效的監(jiān)管和保護(hù)。

在我國主張管轄的南海海域，以海洋維權(quán)狀況需求迫切的邊遠(yuǎn)島為對(duì)象，以成熟的監(jiān)控技術(shù)為手段，對(duì)邊遠(yuǎn)島的自然屬性和人文活動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)變化及周邊海域的水上目標(biāo)和水下目標(biāo)、邊遠(yuǎn)島的海洋環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害等狀況實(shí)施監(jiān)控，建立邊遠(yuǎn)島利用與監(jiān)控的示范系統(tǒng)，形成遠(yuǎn)程管理及輔助決策支持能力，為提高我國對(duì)邊遠(yuǎn)島的監(jiān)控管理提供技術(shù)支持。本文描述了采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式并用Visual C#語言編程的邊遠(yuǎn)島視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化模塊功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 模塊技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 用例設(shè)計(jì)

用例是一種UML技術(shù)，它主要說明系統(tǒng)如何工作的功能性或行為性[1]。在本模塊中，用戶是主要的參與者，用戶可以通過系統(tǒng)按照需求查詢圖片信息、視頻信息以及拼接圖片信息。圖片和視頻數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送過來后，系統(tǒng)根據(jù)傳送時(shí)間建立文件夾。將傳送來的圖片和視頻數(shù)據(jù)存放到相應(yīng)文件夾中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)管理功能。用例可視化描述如圖1所示。

圖1 用例圖

1.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

C/S（Client/Server）結(jié)構(gòu)，即大家熟知的客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后再提交給服務(wù)器。通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷。目前C/S與B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式已經(jīng)成為目前應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)的趨勢(shì)[2]。根據(jù)邊遠(yuǎn)島利用與監(jiān)控綜合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的需求，本模塊也采用了C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 順序流程設(shè)計(jì)

順序圖的構(gòu)建與用例是一一對(duì)應(yīng)的。它是為了識(shí)別設(shè)計(jì)類或子系統(tǒng)。其實(shí)例需要執(zhí)行用例的事件流。通過順序圖把用例的行為分布到有交互作用的設(shè)計(jì)對(duì)象或所參與的子系統(tǒng)。同時(shí)，順序圖定義對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象或子系統(tǒng)及其接口的操作要求[3]。本模塊中圖片信息查詢、拼接圖片信息的查詢和視頻信息的查詢的基本流程是相似的。圖片信息查詢和監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)管理的基本流程如下所示。

圖片信息查詢的基本流程是：

圖2 模塊總結(jié)構(gòu)圖

（1）用戶進(jìn)入圖片信息查詢界面，然后點(diǎn)擊查詢按鈕；

（2）系統(tǒng)根據(jù)接收管理的數(shù)據(jù)對(duì)用戶的查詢圖片信息進(jìn)行篩選；

（3）系統(tǒng)顯示用戶查詢的圖片信息；

（4）用戶可以在一級(jí)查詢的基礎(chǔ)上進(jìn)行二三級(jí)查詢；

（5）系統(tǒng)根據(jù)一級(jí)查詢篩選后接受管理的數(shù)據(jù)對(duì)用戶查詢的圖片信息進(jìn)行進(jìn)一步篩選；

（6）系統(tǒng)顯示用戶最終查詢的圖片信息。

監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)管理的基本流程是：

（1）系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收傳輸來的數(shù)據(jù)；

（2）按照時(shí)間將數(shù)據(jù)按時(shí)間創(chuàng)建文件夾進(jìn)行存儲(chǔ)管理。

圖片信息查詢信息的順序圖如圖3所示。

1.4 靜態(tài)類設(shè)計(jì)

圖3 圖片信息查詢順序圖

圖4 領(lǐng)域模型

圖4為領(lǐng)域模型類圖。它根據(jù)用例抽象地表示了邊遠(yuǎn)島視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域中的相關(guān)信息。從類圖中可以了解到各個(gè)信息類之間的關(guān)系。圖中顯示拍攝的地點(diǎn)與站點(diǎn)所在地相對(duì)應(yīng)。一個(gè)站點(diǎn)擁有多個(gè)攝像機(jī)，通過攝像機(jī)編號(hào)可以準(zhǔn)確地定位到攝像機(jī)的所在站點(diǎn)。一臺(tái)攝像機(jī)需要拍攝并產(chǎn)生大量視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)。因此可以從某個(gè)站點(diǎn)的多臺(tái)攝像機(jī)上得到更多的視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)。若想分析圖片的時(shí)間動(dòng)態(tài)信息，需將某地的一臺(tái)攝像機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)所拍攝的圖片拼接成一張圖片，因此，攝像機(jī)與拼接圖片也是多對(duì)多的關(guān)系。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1 視頻監(jiān)測的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)量大、時(shí)空數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。鑒于對(duì)數(shù)據(jù)的可視化功能具有實(shí)時(shí)性、可靠性、一致性、穩(wěn)定性的要求，將數(shù)據(jù)分為視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、語義數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。本模塊的數(shù)據(jù)庫為DB，主要包含數(shù)據(jù)表如下：

目標(biāo)：圖像數(shù)據(jù)信息表，記錄圖像數(shù)據(jù)信息；

拼接圖片：拼接圖像數(shù)據(jù)表，用于記錄拼接圖像數(shù)據(jù)信息；

攝像機(jī)：攝像機(jī)表，用于記錄攝像機(jī)信息；

站點(diǎn)：站點(diǎn)表，用于記錄站點(diǎn)信息。

2.2 利用ADO訪問數(shù)據(jù)庫

ADO.NET的名稱起源于ADO(ActiveX Data Objects)，這是一個(gè)廣泛的類組，用于在以往的Microsoft技術(shù)中訪問數(shù)據(jù)。之所以使用ADO.NET名稱，是因?yàn)镸icrosoft希望表明這是在.NET編程環(huán)境中優(yōu)先使用的數(shù)據(jù)訪問接口。它提供了平臺(tái)互用性和可伸縮的數(shù)據(jù)訪問。ADO.NET增強(qiáng)了對(duì)非連接編程模式的支持，并支持RICH XML。由于傳送的數(shù)據(jù)都是XML格式的，因此任何能夠讀取XML格式的應(yīng)用程序都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。事實(shí)上，接受數(shù)據(jù)的組件不一定要是ADO.NET組件，它可以是基于一個(gè)Microsoft Visual Studio的解決方案，也可以是任何運(yùn)行在其它平臺(tái)上的任何應(yīng)用程序[4]。

ADO.NET是一組用于和數(shù)據(jù)源進(jìn)行交互的面向?qū)ο箢悗臁ＭǔＧ闆r下，數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)庫，但它同樣也能夠是文本文件、Excel表格或者XML文件。ADO.NET允許和不同類型的數(shù)據(jù)源以及數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。然而并沒有與此相關(guān)的一系列類來完成這樣的工作。因?yàn)椴煌臄?shù)據(jù)源采用不同的協(xié)議，所以對(duì)于不同的數(shù)據(jù)源必須采用相應(yīng)的協(xié)議。一些老式的數(shù)據(jù)源使用ODBC協(xié)議，許多新的數(shù)據(jù)源使用OleDb協(xié)議，并且現(xiàn)在還不斷出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)源都可以通過.NET的ADO.NET類庫來進(jìn)行連接[5]。部分展示代碼如下：

3 視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化模塊實(shí)現(xiàn)

邊遠(yuǎn)島視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化模塊是為邊遠(yuǎn)島視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)提供實(shí)時(shí)可視化功能，并與數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)鏈接，存儲(chǔ)并管理視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、管理等操作，同時(shí)能夠顯示各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，便于用戶快速瀏覽，查找所需文件及信息。根據(jù)可視化需求，本模塊主要分為三個(gè)子模塊：視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢子模塊、視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示子模塊、接收監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)管理子模塊。具體功能劃分如下圖5。

圖5 功能劃分圖

視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢子模塊：用戶可以通過語義查詢、空間查詢、時(shí)間查詢、組合查詢和智能查詢等方式快速查詢到所需要的數(shù)據(jù)，多種查詢方式解決了數(shù)據(jù)量大查詢慢等問題。系統(tǒng)將所有站點(diǎn)按照?qǐng)D標(biāo)方式顯示在地圖上，并提供靈活方便的放大、縮小、漫游功能，通過“智能查詢”，在地圖上通過點(diǎn)擊或者拉框選擇相應(yīng)圖標(biāo)，就能在結(jié)果列表中顯示查詢到的站點(diǎn)；用戶進(jìn)一步在結(jié)果列表中選擇某個(gè)站點(diǎn)，就能顯示相應(yīng)的站點(diǎn)信息?？梢暬缑嫒鐖D6所示。

視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示子模塊：本模塊數(shù)據(jù)可視化顯示分為4種顯示方式：數(shù)據(jù)查詢顯示，疊加顯示、聯(lián)合顯示和對(duì)比顯示。用戶查詢方式得到視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示；疊加顯示包括“語義與視頻的疊加”和“語義與圖像的疊加”兩種方式，可以為用戶顯示更詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，使用戶了解不同監(jiān)測數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息及各數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；聯(lián)合顯示為用戶提供多窗口顯示數(shù)據(jù)信息的功能，方便用戶瀏覽更多數(shù)據(jù)；對(duì)比顯示提供同一攝像機(jī)不同時(shí)間獲取的圖像或視頻的對(duì)比，便于目標(biāo)變化的檢測。

圖6 可視化界面

接收監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)管理子模塊：由于數(shù)據(jù)接收量大，本模塊提供數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)存功能，一旦接受到新數(shù)據(jù)，就將自動(dòng)根據(jù)接受日期存儲(chǔ)到指定文件夾下，此功能解決了因數(shù)據(jù)量大，查詢速度慢的問題，提高了查詢視頻數(shù)據(jù)信息的效率。

4 結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，對(duì)海島的利用與監(jiān)控已經(jīng)成為可能?；诤Ｑ缶S權(quán)、海洋國防權(quán)益和海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的需求分析，開展邊遠(yuǎn)島利用與監(jiān)控輔助決策應(yīng)用研究。通過對(duì)邊遠(yuǎn)島監(jiān)控儀器設(shè)備獲得的自然屬性和人文活動(dòng)狀態(tài)變化、邊遠(yuǎn)島及周邊海域移動(dòng)目標(biāo)和水下目標(biāo)、邊遠(yuǎn)島海洋環(huán)境信息及邊遠(yuǎn)島地質(zhì)災(zāi)害信息進(jìn)行管理、總和處理分析，形成輔助決策技術(shù)。本模塊為邊遠(yuǎn)島視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)提供了數(shù)據(jù)集成管理和可視化功能，為輔助決策技術(shù)信息發(fā)布提供了可視化條件，為邊遠(yuǎn)島的安全維權(quán)提供技術(shù)支撐保障。

[1]石冬凌,張應(yīng)博,鄒啟杰.軟件工程實(shí)用教程[M].沈陽：東北大學(xué)出版社,2008.

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[3]鄧麗,孫風(fēng)棟,張冬青.數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用[M].沈陽：東北大學(xué)出版社,2007.

[4]麻風(fēng)梅.基于SVG的網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)圖形編輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2010,38(4):118-119.

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Design and Implementation of Video Monitoring Data Visualization Module for Remote Islands

ZHAI Xiao-yu,ZHANG Dong-liang
（National Ocean Technology Center,Tianjin 300111,China）

Utilizing and monitoring synthesis data process system for remote islands is an integrated system including many functions such as information issuance,information acquiring and analyzing,data management,etc.Aiming at the difficulties of video data supervising and displaying in the system,a new video monitoring data visualization module for remote islands is designed and realized based on open,modularization and OOD programming by Visual C#language and ADO.NET for data base accessing.

visualization module;OOD;view monitor

P71，TP391

B

1003-2029（2011）03-0047-05

2011-03-25

海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（200805079）

翟小羽（1988-），女，本科，研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>