边远岛视频监测数据可视化模块的设计与实现

翟小羽，张东亮

（国家海洋技术中心，天津 300112）

边远岛视频监测数据可视化模块的设计与实现

翟小羽，张东亮

（国家海洋技术中心，天津 300112）

边远岛利用与监控综合数据处理系统是集信息发布、信息提取与分析模块集成、数据管理等功能集成的综合性系统。针对系统中视频监测数据不方便管理和显示的弊端，设计并实现了一种基于开放式、模块化、面向对象设计（OOD）思想，运用Visual C#语言编程，ADO.NET访问数据库的边远岛视频监测数据可视化功能模块。

可视化；面向对象；视频监测

我国的岛屿从北到南绵延数千里，构成了我国海上的天然屏障。但是，我国的海洋维权监控能力面临周边国家的严峻挑战，也面临国内日益频繁的经济活动带来的负面影响的复杂考验。海岛对维护国家海洋权益和国防安全都有重大的意义。鉴于海岛在维护国家主权、国防安全和海洋权益方面的重要性以及加强边远岛有效监管和保护的迫切需求，我国必须加强对海岛特别是边远岛有效的监管和保护。

在我国主张管辖的南海海域，以海洋维权状况需求迫切的边远岛为对象，以成熟的监控技术为手段，对边远岛的自然属性和人文活动情况的动态变化及周边海域的水上目标和水下目标、边远岛的海洋环境及地质灾害等状况实施监控，建立边远岛利用与监控的示范系统，形成远程管理及辅助决策支持能力，为提高我国对边远岛的监控管理提供技术支持。本文描述了采用面向对象设计模式并用Visual C#语言编程的边远岛视频监测数据可视化模块功能结构设计与实现。

1 模块技术设计

1.1 用例设计

用例是一种UML技术，它主要说明系统如何工作的功能性或行为性[1]。在本模块中，用户是主要的参与者，用户可以通过系统按照需求查询图片信息、视频信息以及拼接图片信息。图片和视频数据是实时数据。当数据传送过来后，系统根据传送时间建立文件夹。将传送来的图片和视频数据存放到相应文件夹中，实现实时监测数据自动管理功能。用例可视化描述如图1所示。

图1 用例图

1.2 体系结构设计

C/S（Client/Server）结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。它能充分发挥客户端PC的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。目前C/S与B/S结构相结合的形式已经成为目前应用软件系统开发的趋势[2]。根据边远岛利用与监控综合数据处理系统的需求，本模块也采用了C/S架构设计。总体结构如图2所示。

1.3 顺序流程设计

顺序图的构建与用例是一一对应的。它是为了识别设计类或子系统。其实例需要执行用例的事件流。通过顺序图把用例的行为分布到有交互作用的设计对象或所参与的子系统。同时，顺序图定义对设计对象或子系统及其接口的操作要求[3]。本模块中图片信息查询、拼接图片信息的查询和视频信息的查询的基本流程是相似的。图片信息查询和监测数据自动管理的基本流程如下所示。

图片信息查询的基本流程是：

图2 模块总结构图

（1）用户进入图片信息查询界面，然后点击查询按钮；

（2）系统根据接收管理的数据对用户的查询图片信息进行筛选；

（3）系统显示用户查询的图片信息；

（4）用户可以在一级查询的基础上进行二三级查询；

（5）系统根据一级查询筛选后接受管理的数据对用户查询的图片信息进行进一步筛选；

（6）系统显示用户最终查询的图片信息。

监测数据自动管理的基本流程是：

（1）系统实时接收传输来的数据；

（2）按照时间将数据按时间创建文件夹进行存储管理。

图片信息查询信息的顺序图如图3所示。

1.4 静态类设计

图3 图片信息查询顺序图

图4 领域模型

图4为领域模型类图。它根据用例抽象地表示了边远岛视频监测数据可视化领域中的相关信息。从类图中可以了解到各个信息类之间的关系。图中显示拍摄的地点与站点所在地相对应。一个站点拥有多个摄像机，通过摄像机编号可以准确地定位到摄像机的所在站点。一台摄像机需要拍摄并产生大量视频监测数据。因此可以从某个站点的多台摄像机上得到更多的视频监测数据。若想分析图片的时间动态信息，需将某地的一台摄像机在一段时间内所拍摄的图片拼接成一张图片，因此，摄像机与拼接图片也是多对多的关系。

2 数据库设计

2.1 视频监测的数据存储结构

视频监测数据具有数据类型多、数据量大、时空数据等特点。鉴于对数据的可视化功能具有实时性、可靠性、一致性、稳定性的要求，将数据分为视频数据、图像数据、语义数据和元数据。本模块的数据库为DB，主要包含数据表如下：

目标：图像数据信息表，记录图像数据信息；

拼接图片：拼接图像数据表，用于记录拼接图像数据信息；

摄像机：摄像机表，用于记录摄像机信息；

站点：站点表，用于记录站点信息。

2.2 利用ADO访问数据库

ADO.NET的名称起源于ADO(ActiveX Data Objects)，这是一个广泛的类组，用于在以往的Microsoft技术中访问数据。之所以使用ADO.NET名称，是因为Microsoft希望表明这是在.NET编程环境中优先使用的数据访问接口。它提供了平台互用性和可伸缩的数据访问。ADO.NET增强了对非连接编程模式的支持，并支持RICH XML。由于传送的数据都是XML格式的，因此任何能够读取XML格式的应用程序都可以进行数据处理。事实上，接受数据的组件不一定要是ADO.NET组件，它可以是基于一个Microsoft Visual Studio的解决方案，也可以是任何运行在其它平台上的任何应用程序[4]。

ADO.NET是一组用于和数据源进行交互的面向对象类库。通常情况下，数据源是数据库，但它同样也能够是文本文件、Excel表格或者XML文件。ADO.NET允许和不同类型的数据源以及数据库进行交互。然而并没有与此相关的一系列类来完成这样的工作。因为不同的数据源采用不同的协议，所以对于不同的数据源必须采用相应的协议。一些老式的数据源使用ODBC协议，许多新的数据源使用OleDb协议，并且现在还不断出现更多的数据源，这些数据源都可以通过.NET的ADO.NET类库来进行连接[5]。部分展示代码如下：

3 视频监测数据可视化模块实现

边远岛视频监测数据可视化模块是为边远岛视频监测数据提供实时可视化功能，并与数据库动态链接，存储并管理视频监测数据，对数据进行查询、管理等操作，同时能够显示各种监测数据，便于用户快速浏览，查找所需文件及信息。根据可视化需求，本模块主要分为三个子模块：视频监测数据查询子模块、视频监测数据显示子模块、接收监测数据自动管理子模块。具体功能划分如下图5。

图5 功能划分图

视频监测数据查询子模块：用户可以通过语义查询、空间查询、时间查询、组合查询和智能查询等方式快速查询到所需要的数据，多种查询方式解决了数据量大查询慢等问题。系统将所有站点按照图标方式显示在地图上，并提供灵活方便的放大、缩小、漫游功能，通过“智能查询”，在地图上通过点击或者拉框选择相应图标，就能在结果列表中显示查询到的站点；用户进一步在结果列表中选择某个站点，就能显示相应的站点信息。可视化界面如图6所示。

视频监测数据显示子模块：本模块数据可视化显示分为4种显示方式：数据查询显示，叠加显示、联合显示和对比显示。用户查询方式得到视频监测数据的显示；叠加显示包括“语义与视频的叠加”和“语义与图像的叠加”两种方式，可以为用户显示更详细的数据信息，使用户了解不同监测数据的详细信息及各数据之间的关系；联合显示为用户提供多窗口显示数据信息的功能，方便用户浏览更多数据；对比显示提供同一摄像机不同时间获取的图像或视频的对比，便于目标变化的检测。

图6 可视化界面

接收监测数据自动管理子模块：由于数据接收量大，本模块提供数据自动转存功能，一旦接受到新数据，就将自动根据接受日期存储到指定文件夹下，此功能解决了因数据量大，查询速度慢的问题，提高了查询视频数据信息的效率。

4 结束语

随着国民经济和科学技术发展，对海岛的利用与监控已经成为可能。基于海洋维权、海洋国防权益和海洋经济活动的需求分析，开展边远岛利用与监控辅助决策应用研究。通过对边远岛监控仪器设备获得的自然属性和人文活动状态变化、边远岛及周边海域移动目标和水下目标、边远岛海洋环境信息及边远岛地质灾害信息进行管理、总和处理分析，形成辅助决策技术。本模块为边远岛视频监测数据提供了数据集成管理和可视化功能，为辅助决策技术信息发布提供了可视化条件，为边远岛的安全维权提供技术支撑保障。

[1]石冬凌,张应博,邹启杰.软件工程实用教程[M].沈阳：东北大学出版社,2008.

[2]郭冬梅.基于web的网络考试系统设计与实现[J].电脑开发与应用,2011,24(2):65-66.

[3]邓丽,孙风栋,张冬青.数据库原理与应用[M].沈阳：东北大学出版社,2007.

[4]麻风梅.基于SVG的网络数学图形编辑系统设计与实现 [J].计算机与数字工程,2010,38(4):118-119.

[5]翟明阳,刘志华,杨彬，等.气象装备科技信息服务保障系统的设计与实现[J].气象水文装备,2010,21(3):12-14.

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

海洋公益性行业科研专项经费项目（200805079）

翟小羽（1988-），女，本科，研究方向为软件工程。