本發(fā)明涉及氣象數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

高新技術(shù)的發(fā)展對科技產(chǎn)品的要求越來越高，而科技進步又是技術(shù)進步的關(guān)鍵和后盾。隨著科技的發(fā)展，需要既能讓農(nóng)業(yè)氣象實施平臺資產(chǎn)價值最大化，必須提供多元增值服務(wù)。近幾年來，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，給我國和我省造成重大災(zāi)害。特別是農(nóng)業(yè)更為嚴(yán)重。為農(nóng)業(yè)服務(wù)的氣象預(yù)報的準(zhǔn)確性、及時性、可視化性顯得更為重要。

目前全國各省、市氣象部門使用的天氣預(yù)報系統(tǒng)都是借助于傳統(tǒng)編輯設(shè)備、傳統(tǒng)的節(jié)目制作設(shè)備和幾個不完整的繪圖和氣象符號插件，功能無法滿足動態(tài)、實時、三維可視化應(yīng)用的需求。而且基本上是手工操作、效率低、實時性差。

因此我們研發(fā)的氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)是以視頻流的軟件圖像處理為主，軟硬件結(jié)合，涉及電子、機械、計算機、圖像處理、光學(xué)、控制算法等眾多領(lǐng)域的一種復(fù)雜系統(tǒng)。氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)制作方便、功能設(shè)計有18個子模塊，實時快捷的可視化實時預(yù)報創(chuàng)作平臺，從三維實時描述，突發(fā)天氣事件的三維實時演示等方面填補了我國氣象行業(yè)領(lǐng)域的一個空白，市場前景可觀。

目前全國各省、市氣象部門使用的天氣預(yù)報系統(tǒng)都是借助于傳統(tǒng)編輯設(shè)備、傳統(tǒng)的節(jié)目制作設(shè)備和幾個不完整的繪圖和氣象符號插件，功能無法滿足動態(tài)、實時、三維可視化應(yīng)用的需求。而且基本上是手工操作、效率低、實時性差。

為了適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)發(fā)展需求，基本滿足全國氣象部門氣象預(yù)報保障、為農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變化需要，與整個現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系協(xié)調(diào)發(fā)展，結(jié)構(gòu)科學(xué)、布局合理、功能先進，具有國家、省、市、縣四級布局的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象實時預(yù)報業(yè)務(wù)體系。農(nóng)業(yè)氣象觀測預(yù)報基本滿足業(yè)務(wù)服務(wù)需求；農(nóng)業(yè)氣象實時預(yù)報的針對性、時效性、準(zhǔn)確性和精細(xì)化程度顯著提高；特色農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)體系初步建立；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)能力不斷加強，業(yè)務(wù)布局體系能夠為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供有效的專業(yè)氣象服務(wù)，實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報的轉(zhuǎn)變。

研發(fā)成一套氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)，為農(nóng)村氣象災(zāi)害預(yù)報能力，農(nóng)村氣象預(yù)警信息發(fā)布，聯(lián)動農(nóng)村應(yīng)急減災(zāi)預(yù)報，健全預(yù)防為主的農(nóng)村氣象災(zāi)害防御平臺，發(fā)展適合我省農(nóng)村基本情況的氣象預(yù)報體系，全面提高農(nóng)村氣象災(zāi)害防御的整體水平。

面對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新形勢和新要求，農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)也存在很多不適應(yīng)發(fā)展需要的問題。主要是：農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)產(chǎn)品有限、針對性不強、時效不高、覆蓋率不夠，不能充分滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、新農(nóng)村建設(shè)的需求，尤其是農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變化、國家糧食安全等對農(nóng)業(yè)氣象工作提出的新需求；農(nóng)業(yè)氣象觀測能力明顯滯后，觀測儀器落后，資料共享、標(biāo)準(zhǔn)化處理和及時上傳不夠，農(nóng)業(yè)氣象觀測資料效益沒有充分發(fā)揮，農(nóng)業(yè)氣象試驗站發(fā)展十分緩慢，農(nóng)業(yè)氣象試驗基礎(chǔ)落后；農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)的科技支撐乏力，分析評估產(chǎn)品定性多、定量少，農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)仍顯落后；農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)隊伍尤其是基層力量薄弱，業(yè)務(wù)規(guī)范管理不適應(yīng)發(fā)展需求；農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)與天氣氣候業(yè)務(wù)有機結(jié)合不夠，不能充分形成整體優(yōu)勢、共同推進現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系的科學(xué)發(fā)展等。以上問題亟需通過科學(xué)規(guī)劃，進一步加強現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)發(fā)展與現(xiàn)代化建設(shè)，認(rèn)真加以解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個攝像機、色鍵器、渲染服務(wù)器、切換器、延時器、黑場同步發(fā)生器、控制服務(wù)器、監(jiān)視器；

所述黑場同步發(fā)生器發(fā)出同步黑場信號，同步所有視頻設(shè)備；

所述切換器，對所述多個攝像機輸入的視頻源進行選擇，選擇切換出需要的視頻源；

所述延時器對所述選擇切換出的所述視頻源的畫面進行延時；

所述機械跟蹤傳感系統(tǒng)跟蹤所述攝像機的操作，將其轉(zhuǎn)換為機械控制數(shù)據(jù)發(fā)送給渲染服

務(wù)器；

所述渲染服務(wù)器生成三維的氣象虛擬元素背景信號；

所述色鍵器對延時器輸出的畫面進行摳像處理，經(jīng)摳像處理處理的畫面與所述氣象虛擬元素背景信號合并成為最終的視頻信號，輸出到所述監(jiān)視器。

優(yōu)選的，通過控制服務(wù)器實現(xiàn)對所述渲染服務(wù)器進行控制，包括實現(xiàn)視頻的可視化編輯，在三維地形上空任意高度架設(shè)任意取景角度和取景范圍的攝像機。

優(yōu)選的，所述視頻設(shè)備包括：所述多個攝像機、渲染服務(wù)器，切換器和延時器。

優(yōu)選的，通過所述延時器對所述選擇切換出的所述視頻源的畫面進行延時，實現(xiàn)音視頻同步。

優(yōu)選的，所述色鍵器是通過去除所述延時器輸出視頻信號中的背景，提取出主持人或講解員的前景信號，然后把提取出的主持人或講解員的前景信號和所述氣象虛擬背景信號合并生成最終的視頻信號，并輸出到監(jiān)視器進行監(jiān)看。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)方法，該方法包括：

黑場同步發(fā)生器發(fā)出同步黑場信號，同步所有視頻設(shè)備；

切換器，對所述多個攝像機輸入的視頻源進行選擇，選擇切換出需要的視頻源；

延時器對所述選擇切換出的所述視頻源的畫面進行延時；

機械跟蹤傳感系統(tǒng)跟蹤所述攝像機的操作，將其轉(zhuǎn)換為機械控制數(shù)據(jù)發(fā)送給渲染服務(wù)器；

渲染服務(wù)器生成氣象虛擬元素背景信號；

色鍵器對延時器輸出的畫面進行摳像處理，與所述氣象虛擬元素背景信號合并成為最終的視頻信號，輸出到所述監(jiān)視器。

優(yōu)選的，所述視頻設(shè)備包括：所述多個攝像機、渲染服務(wù)器，切換器和延時器。

優(yōu)選的，通過所述延時器對所述選擇切換出的所述視頻源的畫面進行延時，實現(xiàn)音視頻同步。

優(yōu)選的，所述色鍵器是通過去除所述延時器輸出視頻信號中的背景，提取出主持人或講解員的前景信號，然后把提取出的主持人或講解員的前景信號和所述氣象虛擬背景信號合并生成最終的視頻信號，并輸出到監(jiān)視器進行監(jiān)看。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種計算機存儲介質(zhì)，其包括計算機程序指令，當(dāng)執(zhí)行所述計算機程序指令時，執(zhí)行上述之一的方法。

通過本發(fā)明的技術(shù)方案取得了以下技術(shù)效果：

利用氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)，可以讓老百姓最直觀、最快捷、最準(zhǔn)確了解及時天氣情況和未來天氣情況、災(zāi)害預(yù)報等一系列氣象信息；從而解決我國現(xiàn)有氣象服務(wù)以往的滯后、信息晦澀難懂、預(yù)報災(zāi)害能力弱的老問題并形成產(chǎn)品投入市場，從而形成經(jīng)濟效益點。實現(xiàn)了天氣符號的三維化創(chuàng)意、制作。提供了運用三維符號制作節(jié)目的實時可視化編輯和播出工具。并應(yīng)用于日常氣象節(jié)目的制作中。實現(xiàn)了天氣現(xiàn)象的三維描述。提供了實時的可視化編輯與播出工具。并應(yīng)用于日常的氣象節(jié)目和氣象科普專題的制作中。實現(xiàn)已有衛(wèi)星云圖的連續(xù)插值與三維動態(tài)顯示。實現(xiàn)當(dāng)前云圖數(shù)據(jù)創(chuàng)作出未來云圖變化趨勢的創(chuàng)作與編輯工具。并應(yīng)用于日常氣象節(jié)目的制作中。在地面與天空之間架設(shè)虛擬攝像機，以實現(xiàn)任意角度和任意視角范圍觀察地面和天空之間的天氣現(xiàn)象。提供了在電視屏幕上實時動態(tài)顯示和可視化編輯工具。按照節(jié)目所要求的順序和節(jié)奏，在三維地形上實時的依次或同時顯示天氣現(xiàn)象和氣象符號，顯示的特技方式、是立體還是平面、是動態(tài)還是靜態(tài)等屬性達(dá)到可根據(jù)需要設(shè)定。實現(xiàn)了使天氣符號和天氣現(xiàn)象按照真實的空間位置關(guān)系和透視關(guān)系與三維或平面地形融合在一起的編輯和播控工具。實現(xiàn)清晰表述天氣實況、歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和報告，系統(tǒng)達(dá)到提供三維柱狀圖、三維餅狀圖、三維曲線圖等數(shù)據(jù)實時更改與編輯播出工具。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)組成圖

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)為全數(shù)字系統(tǒng)，具有視頻源輸入接口、高清摳像色鍵、高清外視頻輸入、高清sdi畫面合成輸出的系統(tǒng)，向下兼容全標(biāo)清信號的輸入輸出。系統(tǒng)具有活動外視頻輸入，具有高性能的主機控制臺、流媒體視頻服務(wù)器、色鍵器、場景和掩膜生成器、攝像機控制和參數(shù)采集等，攝像機拾取的包含藍(lán)幕背景的前景信號送入氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)中的延時器，然后分別送入色鍵器，與計算機輸出的圖形背景信號合成為虛擬演播室的最終合成信號。系統(tǒng)具有無軌跟蹤功能,可以設(shè)置八組不同角度的虛擬相機取景,不同相位間可以切換或軌道運動變化。

整個系統(tǒng)的主要模塊包含：真三維實時氣象環(huán)境渲染顯示模塊，實時氣象動畫生成與顯示模塊，氣象動畫實時任意點播模塊，臺詞與圖文實時創(chuàng)作生成顯示模塊，實時字幕在任意物體表面影射生成顯示模塊，常用氣象圖表、曲線實時生成顯示模塊，演播室與外景地氣象現(xiàn)場實時切換生成顯示模塊，演播室氣象動畫與外景地氣象現(xiàn)場實時合成模塊，云、雨、氣、火等粒子系統(tǒng)生成與編輯模塊，環(huán)境映射、地面陰影與鏡像倒影模塊，氣象報文譯碼與氣象預(yù)報自動生成模塊，天氣現(xiàn)象對地面降水區(qū)域影響實時顯示模塊，地形地貌實時生成模塊，地形地貌裁剪與編輯模塊，地形地貌鏡頭變焦與實時瀏覽模塊，地形表面云、霧、雪、雨、泥石流，火災(zāi)等生成與顯示模塊通過這些系統(tǒng)模塊實現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報數(shù)據(jù)的虛擬可視化。

攝像機作為視頻源輸入，優(yōu)選的本系統(tǒng)采用三攝像機機位，攝像機型號為索尼x280,其中兩個機位帶物理跟蹤系統(tǒng)，帶物理跟蹤系統(tǒng)的機位是為了實現(xiàn)攝像機在變焦、平搖、俯仰拍攝操作時可以保持虛擬背景元素和主持人或講解員景別保持一致，此功能需要機械跟蹤傳感系統(tǒng)捕捉攝像機的操作參數(shù)：變焦、平搖、俯仰參數(shù)，通過此系統(tǒng)將機械操作參數(shù)轉(zhuǎn)換成控制數(shù)據(jù)，并發(fā)送給與之相連的渲染服務(wù)器。所述帶物理跟蹤系統(tǒng)的攝像機位于電動機械傳感器之上，該攝像機與電動機械傳感器相連，電動機械傳感器感測攝像機的各種操作，所述機械跟蹤傳感系統(tǒng)外掛在三腳架上，與所述電動機械傳感器相連，從而采集攝像機的上述操作參數(shù)。另外一個機位帶虛擬搖臂，此機位通過虛擬搖臂功能實現(xiàn)搖臂效果，使視頻畫面更豐富。此外系統(tǒng)還包括：色鍵器、渲染服務(wù)器(hd&sd)，切換器，延時器，黑場同步發(fā)生器，監(jiān)視器、控制服務(wù)器?？刂品?wù)器里面安裝系統(tǒng)控制軟件，所有軟件控制操作都通過此軟件實現(xiàn)，可以說控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制操作核心。系統(tǒng)具有活動外視頻輸入，高性能的主機控制服務(wù)器、色鍵器、場景、攝像機控制和參數(shù)采集等。

整個系統(tǒng)的工作流程是：

1、首先，黑場同步發(fā)生器發(fā)出同步黑場信號，同步所有視頻設(shè)備：三臺攝像機、渲染服務(wù)器，切換器，延時器。

2、攝像機拾取的包含藍(lán)幕背景的前景信號送入氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)中的切換器，對視頻源進行選擇，選擇切換出需要的視頻源景別。

3、然后切換器輸出的sdi信號送入視頻延時器對畫面進行延時處理，因為所有的設(shè)備在傳輸和信號處理時都有視頻和音頻不同步情況，因此需要延時器對畫面進行延時達(dá)到音視頻同步。

4、渲染服務(wù)器通過軟件直接生成仿真三維地形，其地貌特征可隨季節(jié)和一天中不同時間的日照角度及天氣情況實時變化。并可在地形上空和表面實時創(chuàng)建云、雨、雪、泥石流、冰雹等離子物體。這些離子物體與地面接觸后的融化、流動、彈跳、滾落等動作效果安全符合動力學(xué)特性。還可在三維地形上空任意高度架設(shè)任意取景角度和取景范圍的攝像機，對三維地形地貌、天氣現(xiàn)象和自然災(zāi)害現(xiàn)象進行遠(yuǎn)距離的瀏覽或近距離的觀察。

5、最后色鍵器輸出摳像處理后色鍵器輸出鍵信號與渲染系統(tǒng)生成的氣象虛擬元素背景信號通過渲染服務(wù)器合成為氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)的最終信號。

色鍵器是通過去除背景中的藍(lán)色或綠色來提取出主持人或講解員的前景信號(主持人實際身處于一個純藍(lán)色的背景中)，然后去除藍(lán)色把提取出的主持人或講解員前景信號和渲染系統(tǒng)制作的虛擬氣象元素合二為一，生成最終的合成畫面。最終合成的畫面通過色鍵器的sdi輸出到監(jiān)視器進行監(jiān)看。

利用氣象數(shù)據(jù)虛擬服務(wù)平臺系統(tǒng)，可以讓老百姓最直觀、最快捷、最準(zhǔn)確了解及時天氣情況和未來天氣情況、災(zāi)害預(yù)報等一系列氣象信息；從而解決我國現(xiàn)有氣象服務(wù)以往的滯后、信息晦澀難懂、預(yù)報災(zāi)害能力弱的老問題并形成產(chǎn)品投入市場，從而形成經(jīng)濟效益點。

實現(xiàn)了天氣符號的三維化創(chuàng)意、制作。提供了運用三維符號制作節(jié)目的實時可視化編輯和播出工具。并應(yīng)用于日常氣象節(jié)目的制作中。實現(xiàn)了天氣現(xiàn)象的三維描述。提供了實時的可視化編輯與播出工具。并應(yīng)用于日常的氣象節(jié)目和氣象科普專題的制作中。實現(xiàn)已有衛(wèi)星云圖的連續(xù)插值與三維動態(tài)顯示。實現(xiàn)當(dāng)前云圖數(shù)據(jù)創(chuàng)作出未來云圖變化趨勢的創(chuàng)作與編輯工具。并應(yīng)用于日常氣象節(jié)目的制作中。在地面與天空之間架設(shè)虛擬攝像機，以實現(xiàn)任意角度和任意視角范圍觀察地面和天空之間的天氣現(xiàn)象。提供了在電視屏幕上實時動態(tài)顯示和可視化編輯工具。按照節(jié)目所要求的順序和節(jié)奏，在三維地形上實時的依次或同時顯示天氣現(xiàn)象和氣象符號，顯示的特技方式、是立體還是平面、是動態(tài)還是靜態(tài)等屬性達(dá)到可根據(jù)需要設(shè)定。實現(xiàn)了使天氣符號和天氣現(xiàn)象按照真實的空間位置關(guān)系和透視關(guān)系與三維或平面地形融合在一起的編輯和播控工具。實現(xiàn)清晰表述天氣實況、歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和報告，系統(tǒng)達(dá)到提供三維柱狀圖、三維餅狀圖、三維曲線圖等數(shù)據(jù)實時更改與編輯播出工具。。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應(yīng)保護在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。