解決方案｜三維海量目標實時監測系統
隨著計算機軟硬件技術的飛速發展，數據可視化已成為各行業數據展示和業務流程中不可或缺的重要環節。而可視化作為態勢數據生態鏈的“最后一公里”，是業務員在相關系統中最能直接感知信息的重要環節，通過對目標數據進行接收存儲、分發、預處理及可視化展現，充分利用態勢顯示來提高業務員的數據理解與預警能力，協助業務員對數據進行分析與決策，是提高業務人員工作效率的重要手段之一。
三維海量目標實時監測系統作為可視化軟件大家庭中的一員，它以二三維一體化地理信息平臺為基礎，以數據為驅動，支持加載海陸空天目標的實施監測數據，通過標繪重點設施與區域，結合實時顯示動態目標的軌跡信息與衛星狀態，以及提供的歷史回放功能，構建了可對目標進行實時監測的綜合態勢預警系統。
系統設計方案
01 系統架構
本項目根據已有系統結構和后期項目整合低耦合的原則，整體采用微服的架構模式，總體劃分為 5 個模塊：注冊中心、網關服務、目標數據接收和分發、基礎數據服務及目標態勢展示與監控服務。
△ 系統架構圖
其中，服務端都采用 SpringBoot 作為基礎框架，在其上整合 MyBatis、MySQL 等框架。SpringBoot 提供一個快速的 Web Application 實現框架，Redis、MySQL 等提供業務數據存儲，MyBatis 則提供操作數據庫的 API 封裝接口。前端 UI 使用 Vue 作為基礎框架，GIS 展示使用 FreeXGIS Online（恒歌地理信息平臺-網頁端）——支持多行業應用的在線版二三維 GIS 可視化地理信息平臺。
平臺網頁端以無插件、輕量級的系統運行方式，廣泛應用于高效的數據管理、展示及應用，支持包括地圖數據、三維實景數據、互聯網數據等多種時空數據的加載與展示，同時擴展了包括衛星、態勢、氣象環境等多種業務應用場景，用于滿足用戶的多元業務展示與應用的需求。
02 設計原則
為了保證數據及系統的穩定與安全，平臺遵循可靠性、安全性、維修性、測試性和保障性等設計原則。
系統功能模塊
01 注冊中心
注冊中心提供服務的發現與注冊功能，注冊中心可實現將各個業務模塊的服務信息自動注冊，并定時更新服務信息。同時，對外提供獲取可用的服務實例信息的 API 接口，用戶可通過該接口拿到當前注冊中心所有可用的服務信息。
02 網關服務
提供智能路由與負載均衡功能，為用戶通過界面訪問業務數據提供橋梁。
智能路由：可實時接收并轉發所有內外部的客戶端調用。
負載均衡：支持限流控制，在服務訪問量大時將訪問分攤到多個服務單元進行執行。
03 目標數據接收與分發
目標數據接收與分發模塊是整個項目中的核心模塊，它給目標態勢展示模塊中的實時態勢提供主要的數據支撐。
目標接收模塊：負責實時接收目標的數據，依據報文格式進行解析，對解析出的數據進行存儲并通過分發模塊，將數據信息傳遞到態勢頁面，進行業務呈現。
目標分發模塊：它是態勢部分與數據實時接收的橋梁，通過與態勢展示模塊建立 websocket 通信，在實時數據后臺業務處理完成后，即將數據發送到態勢頁面進行業務展示。
04 基礎數據服務
該模塊是項目的基礎模塊，負責目標的歷史數據、標記標繪數據、樣式數據的增刪改查。接口設計遵循 Restful 風格，對外提供統一的 Restful 風格接口，并且項目引入 Restful API 管理框架 swagger，對整個接口進行統一管理。
05 目標態勢展示與監控服務
目標態勢展示與監控服務模塊是項目的業務展示部分，通過可視化技術手段，對業務處理過程進行可視化監控，對過程數據和結果數據進行可視化展示。
1. 目標態勢顯示
? 具備多種目標類型模型，支持衛星姿態及成像展示；
? 針對目標類型，支持目標的發射點及落點標記、預報功能，并提供屬性信息展示；
△ 目標位置信息及事件預報
? 針對衛星姿態，可獲取衛星的彈道和載荷信息，依據數據進行態勢繪制；
△ 衛星位置信息及軌道繪制
? 支持顯示目標射向，依據射向信息繪制目標射向態勢；
? 支持對屬性顯示信息樣式、態勢中目標元素樣式的修改。
2. 目標實時位置監測
? 具備實時接收目標屬性數據、獲取位置信息的能力，對目標實時位置軌跡進行繪制，對目標當前位置自動標記；
△ 目標位置信息及軌跡繪制
? 支持將目標屬性數據流累積處理，實時繪制軌跡；支持設定追蹤目標，跟蹤目標并繪制軌跡；
? 提供動畫軸功能，拖動動畫軸改變播放位置，可對當前態勢演播進行快進或快退。
? 支持以表格、圖表等多種方式展示目標的實時位置信息及屬性信息。
3. 目標監測預警
? 提供實時預報發現新目標的功能，并以消息彈窗形式或語音播報等其它形式的提示；
? 能夠實時接收聲、光、電預警信息，針對不同預警類型，發出不同預警提示；
? 支持設置預警范圍，提高態勢警戒能力。
? 支持以表格、圖表等多種方式展示監測預警的信息。
△ 目標監測預警及提示
關鍵技術
01 基于多線程的大數據處理
多線程（multithreading），是指從軟件或者硬件上實現多個線程并發執行的技術，具有多線程能力的計算機因有硬件支持而能夠在同一時間執行多于一個線程，進而提升整體處理性能。
本項目在解決目標數據體量大、量級高的問題時，采用了多線程處理技術，有效提高了資源使用效率、提升了系統的利用率。
針對量級很高的數據處理，按照分步多線程的方式進行同步處理以提高數據的處理速度，以目標軌跡數據為例，為了提高服務的響應速度和請求效率，去線程池獲得新的線程分別處理獲取到的動目標軌跡數據，再去線程池獲得線程同步去轉換所需的位置數據格式，并進行異步繪制加載，以此類推達到對量級比較高的數據的分步，多線程處理，在保障 UI 界面操作流暢性的同時，可以高效繪制目標的軌跡，進行態勢呈現。
02 基于前端瀏覽器的大數據緩存
IndexedDB 是一個事務型數據庫系統，用于客戶端存儲大量結構化數據，有標準的數據庫結構體系。同時，也是瀏覽器提供的本地數據庫，可以被網頁腳本創建和操作。IndexedDB 提供查找接口，建立索引，使用索引來實現對數據的高性能搜索。
在數據可視化等需要產生或存儲大量數據的項目中，每次請求會消耗較大性能，從而影響用戶體驗，使用 IndexedDB 不僅能存儲海量數據，還可以解決免去二次加載時網絡請求的時間。在進行態勢展示過程中，目標數據體量大，如果展示較長時間的數據，勢必會多請求數據，基于網絡等多種因素，展示效果會大打折扣。
基于這種情況，使用 IndexedDB 數據庫進行數據緩存，針對目標數據進行合理的數據結構設計和相應的數據處理邏輯，在滿足用戶態勢展示形式多樣的同時，又能保證效率。