邊遠島視頻監測數據可視化模塊的設計與實現

翟小羽，張東亮

（國家海洋技術中心，天津 300112）

邊遠島視頻監測數據可視化模塊的設計與實現

翟小羽，張東亮

（國家海洋技術中心，天津 300112）

邊遠島利用與監控綜合數據處理系統是集信息發布、信息提取與分析模塊集成、數據管理等功能集成的綜合性系統。針對系統中視頻監測數據不方便管理和顯示的弊端，設計并實現了一種基于開放式、模塊化、面向對象設計（OOD）思想，運用Visual C#語言編程，ADO.NET訪問數據庫的邊遠島視頻監測數據可視化功能模塊。

可視化；面向對象；視頻監測

我國的島嶼從北到南綿延數千里，構成了我國海上的天然屏障。但是，我國的海洋維權監控能力面臨周邊國家的嚴峻挑戰，也面臨國內日益頻繁的經濟活動帶來的負面影響的復雜考驗。海島對維護國家海洋權益和國防安全都有重大的意義。鑒于海島在維護國家主權、國防安全和海洋權益方面的重要性以及加強邊遠島有效監管和保護的迫切需求，我國必須加強對海島特別是邊遠島有效的監管和保護。

在我國主張管轄的南海海域，以海洋維權狀況需求迫切的邊遠島為對象，以成熟的監控技術為手段，對邊遠島的自然屬性和人文活動情況的動態變化及周邊海域的水上目標和水下目標、邊遠島的海洋環境及地質災害等狀況實施監控，建立邊遠島利用與監控的示范系統，形成遠程管理及輔助決策支持能力，為提高我國對邊遠島的監控管理提供技術支持。本文描述了采用面向對象設計模式并用Visual C#語言編程的邊遠島視頻監測數據可視化模塊功能結構設計與實現。

1 模塊技術設計

1.1 用例設計

用例是一種UML技術，它主要說明系統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。圖片和視頻數據是實時數據。當數據傳送過來后，系統根據傳送時間建立文件夾。將傳送來的圖片和視頻數據存放到相應文件夾中，實現實時監測數據自動管理功能。用例可視化描述如圖1所示。

圖1 用例圖

1.2 體系結構設計

C/S（Client/Server）結構，即大家熟知的客戶機和服務器結構。它能充分發揮客戶端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器。通過它可以充分利用兩端硬件環境的優勢，將任務合理分配到Client端和Server端來實現，降低了系統的通訊開銷。目前C/S與B/S結構相結合的形式已經成為目前應用軟件系統開發的趨勢[2]。根據邊遠島利用與監控綜合數據處理系統的需求，本模塊也采用了C/S架構設計?？傮w結構如圖2所示。

1.3 順序流程設計

順序圖的構建與用例是一一對應的。它是為了識別設計類或子系統。其實例需要執行用例的事件流。通過順序圖把用例的行為分布到有交互作用的設計對象或所參與的子系統。同時，順序圖定義對設計對象或子系統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。圖片信息查詢和監測數據自動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 模塊總結構圖

（1）用戶進入圖片信息查詢界面，然后點擊查詢按鈕；

（2）系統根據接收管理的數據對用戶的查詢圖片信息進行篩選；

（3）系統顯示用戶查詢的圖片信息；

（4）用戶可以在一級查詢的基礎上進行二三級查詢；

（5）系統根據一級查詢篩選后接受管理的數據對用戶查詢的圖片信息進行進一步篩選；

（6）系統顯示用戶最終查詢的圖片信息。

監測數據自動管理的基本流程是：

（1）系統實時接收傳輸來的數據；

（2）按照時間將數據按時間創建文件夾進行存儲管理。

圖片信息查詢信息的順序圖如圖3所示。

1.4 靜態類設計

圖3 圖片信息查詢順序圖

圖4 領域模型

圖4為領域模型類圖。它根據用例抽象地表示了邊遠島視頻監測數據可視化領域中的相關信息。從類圖中可以了解到各個信息類之間的關系。圖中顯示拍攝的地點與站點所在地相對應。一個站點擁有多個攝像機，通過攝像機編號可以準確地定位到攝像機的所在站點。一臺攝像機需要拍攝并產生大量視頻監測數據。因此可以從某個站點的多臺攝像機上得到更多的視頻監測數據。若想分析圖片的時間動態信息，需將某地的一臺攝像機在一段時間內所拍攝的圖片拼接成一張圖片，因此，攝像機與拼接圖片也是多對多的關系。

2 數據庫設計

2.1 視頻監測的數據存儲結構

視頻監測數據具有數據類型多、數據量大、時空數據等特點。鑒于對數據的可視化功能具有實時性、可靠性、一致性、穩定性的要求，將數據分為視頻數據、圖像數據、語義數據和元數據。本模塊的數據庫為DB，主要包含數據表如下：

目標：圖像數據信息表，記錄圖像數據信息；

拼接圖片：拼接圖像數據表，用于記錄拼接圖像數據信息；

攝像機：攝像機表，用于記錄攝像機信息；

站點：站點表，用于記錄站點信息。

2.2 利用ADO訪問數據庫

ADO.NET的名稱起源于ADO(ActiveX Data Objects)，這是一個廣泛的類組，用于在以往的Microsoft技術中訪問數據。之所以使用ADO.NET名稱，是因為Microsoft希望表明這是在.NET編程環境中優先使用的數據訪問接口。它提供了平臺互用性和可伸縮的數據訪問。ADO.NET增強了對非連接編程模式的支持，并支持RICH XML。由于傳送的數據都是XML格式的，因此任何能夠讀取XML格式的應用程序都可以進行數據處理。事實上，接受數據的組件不一定要是ADO.NET組件，它可以是基于一個Microsoft Visual Studio的解決方案，也可以是任何運行在其它平臺上的任何應用程序[4]。

ADO.NET是一組用于和數據源進行交互的面向對象類庫。通常情況下，數據源是數據庫，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據源以及數據庫進行交互。然而并沒有與此相關的一系列類來完成這樣的工作。因為不同的數據源采用不同的協議，所以對于不同的數據源必須采用相應的協議。一些老式的數據源使用ODBC協議，許多新的數據源使用OleDb協議，并且現在還不斷出現更多的數據源，這些數據源都可以通過.NET的ADO.NET類庫來進行連接[5]。部分展示代碼如下：

3 視頻監測數據可視化模塊實現

邊遠島視頻監測數據可視化模塊是為邊遠島視頻監測數據提供實時可視化功能，并與數據庫動態鏈接，存儲并管理視頻監測數據，對數據進行查詢、管理等操作，同時能夠顯示各種監測數據，便于用戶快速瀏覽，查找所需文件及信息。根據可視化需求，本模塊主要分為三個子模塊：視頻監測數據查詢子模塊、視頻監測數據顯示子模塊、接收監測數據自動管理子模塊。具體功能劃分如下圖5。

圖5 功能劃分圖

視頻監測數據查詢子模塊：用戶可以通過語義查詢、空間查詢、時間查詢、組合查詢和智能查詢等方式快速查詢到所需要的數據，多種查詢方式解決了數據量大查詢慢等問題。系統將所有站點按照圖標方式顯示在地圖上，并提供靈活方便的放大、縮小、漫游功能，通過“智能查詢”，在地圖上通過點擊或者拉框選擇相應圖標，就能在結果列表中顯示查詢到的站點；用戶進一步在結果列表中選擇某個站點，就能顯示相應的站點信息?？梢暬缑嫒鐖D6所示。

視頻監測數據顯示子模塊：本模塊數據可視化顯示分為4種顯示方式：數據查詢顯示，疊加顯示、聯合顯示和對比顯示。用戶查詢方式得到視頻監測數據的顯示；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的數據信息，使用戶了解不同監測數據的詳細信息及各數據之間的關系；聯合顯示為用戶提供多窗口顯示數據信息的功能，方便用戶瀏覽更多數據；對比顯示提供同一攝像機不同時間獲取的圖像或視頻的對比，便于目標變化的檢測。

圖6 可視化界面

接收監測數據自動管理子模塊：由于數據接收量大，本模塊提供數據自動轉存功能，一旦接受到新數據，就將自動根據接受日期存儲到指定文件夾下，此功能解決了因數據量大，查詢速度慢的問題，提高了查詢視頻數據信息的效率。

4 結束語

隨著國民經濟和科學技術發展，對海島的利用與監控已經成為可能。基于海洋維權、海洋國防權益和海洋經濟活動的需求分析，開展邊遠島利用與監控輔助決策應用研究。通過對邊遠島監控儀器設備獲得的自然屬性和人文活動狀態變化、邊遠島及周邊海域移動目標和水下目標、邊遠島海洋環境信息及邊遠島地質災害信息進行管理、總和處理分析，形成輔助決策技術。本模塊為邊遠島視頻監測數據提供了數據集成管理和可視化功能，為輔助決策技術信息發布提供了可視化條件，為邊遠島的安全維權提供技術支撐保障。

[1]石冬凌,張應博,鄒啟杰.軟件工程實用教程[M].沈陽：東北大學出版社,2008.

[2]郭冬梅.基于web的網絡考試系統設計與實現[J].電腦開發與應用,2011,24(2):65-66.

[3]鄧麗,孫風棟,張冬青.數據庫原理與應用[M].沈陽：東北大學出版社,2007.

[4]麻風梅.基于SVG的網絡數學圖形編輯系統設計與實現 [J].計算機與數字工程,2010,38(4):118-119.

[5]翟明陽,劉志華,楊彬，等.氣象裝備科技信息服務保障系統的設計與實現[J].氣象水文裝備,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

海洋公益性行業科研專項經費項目（200805079）

翟小羽（1988-），女，本科，研究方向為軟件工程。