基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 為了有效實(shí)現(xiàn)地理信息一體化管理，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)管理模塊對空間數(shù)據(jù)庫中的不同類型的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和調(diào)度，在需要時可對地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，同時融入真實(shí)場景中；利用三維處理模塊對簡單的三維圖形進(jìn)行描繪，代替實(shí)際地理環(huán)境中的地物，將其與真實(shí)場景融合；通過場景控制模塊對虛擬物體和真實(shí)場景進(jìn)行配準(zhǔn)，基于當(dāng)前現(xiàn)場場景判斷所需從數(shù)據(jù)庫提取的信息和顯示的內(nèi)容；依據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊鏈接系統(tǒng)的服務(wù)端和客戶端，實(shí)現(xiàn)通信。軟件設(shè)計(jì)過程中，對基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并給出遙感數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)現(xiàn)過程以及系統(tǒng)部分程序代碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有很高的實(shí)用性和可靠性。

關(guān)鍵詞： 遙感數(shù)據(jù)挖掘； 數(shù)據(jù)管理； 地理信息系統(tǒng)； 可視化處理

中圖分類號： TN911?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）10?0054?04

Design of intelligent geographic information system based on remote sensing data mining

SHAO Yu， SHI Xiaoli

（School of Electronics and InformationEngineering， SIAS International College， Zhengzhou University， Xinzheng 451150， China）

Abstract： A kind of intelligent geographic information system based on remote sensing data mining was designed and realized to effectively implement the integration of geographic information management. The different types of geographic data in spatial database are managed and scheduled through data management module. The geographic information data can be integrated into the real scenario as needed. The simple 3D graphics is described by means of three?dimensional processing module and the real scene is fused instead of surface features in the actual geographical environment. The virtual and real scene objects are rectified with the control module. The information needed to be extracted from the database and display of the content are judged according to the current site scene. The communication is realized through server and client sides of the network transmission module link system. The intelligent geographic information system based on remote sensing data mining are analyzed in the process of software design in detail. The realization process of the remote sensing data mining and the part program codes of the system are given. The experimental results show that the proposed system has high practicability and reliability.

Keywords： remote sensing data mining； data management； geographic information system； visualization processing

地理信息系統(tǒng)不僅需要對對象的位置進(jìn)行管控，還需對對象的其他屬性進(jìn)行管控，同時位置信息與其他屬性均自動關(guān)聯(lián)。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，涉及城市、資源、地形、交通等多個領(lǐng)域[1?3]。在當(dāng)前已有的地理信息系統(tǒng)中，很難挖掘出隱含在其中的模式與規(guī)律，存在很大的弊端[4?7]。因此，研究一種有效的智能地理信息系統(tǒng)具有重要意義，已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)課題，受到了越來越廣泛的關(guān)注。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)地理信息一體化管理提供有效依據(jù)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有很高的實(shí)用性和可靠性。

1 基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)總體

設(shè)計(jì)

為了有效實(shí)現(xiàn)地理信息一體化管理，設(shè)計(jì)了一種基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

分析圖1可以看出，本文設(shè)計(jì)的基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能信息系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)管理模塊、三維處理模塊、場景控制模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息模塊構(gòu)成。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊主要用于管理及調(diào)度空間數(shù)據(jù)庫中的不同類型的地理數(shù)據(jù)，上述地理數(shù)據(jù)在需要時可進(jìn)行可視化處理，同時融入真實(shí)場景中去，數(shù)據(jù)管理模塊詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)管理模塊模通過GPS模塊對地理信息進(jìn)行實(shí)時采集，得到相關(guān)信息。然后利用MCF5307核心處理器將得到的地理信息通過以太網(wǎng)發(fā)送至三維處理模塊，結(jié)合ADI公司生產(chǎn)的JPEG 2000壓縮芯片ADV?JP2000協(xié)同完成地理信息的處理，為智能地理信息系統(tǒng)的有效實(shí)現(xiàn)提供可靠依據(jù)。

2.2 三維處理模塊

三維處理模塊直接通過OpenGL函數(shù)對簡單的三維圖形進(jìn)行描繪，用其代替實(shí)際地理環(huán)境中的地物。為了能夠得到相對真實(shí)的三維地物，本文系統(tǒng)通過三維處理模塊對虛擬物體進(jìn)行實(shí)時渲染，從而將其與真實(shí)場景融合，三維處理模塊詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

當(dāng)前智能地理信息系統(tǒng)通常利用一維文本數(shù)據(jù)與二維曲線相結(jié)合的方式對數(shù)據(jù)管理模塊的結(jié)果進(jìn)行顯示，雖然該方法易于實(shí)現(xiàn)，但其缺乏直觀性，不利于分析和理解。三維視景中的模型不僅含有文本和曲線信息，還可挖掘出隱藏在遙感數(shù)據(jù)中的本質(zhì)特性。本文設(shè)計(jì)的基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)通過三維模型對地理信息進(jìn)行描述，利用3DSMax 將描述的模型導(dǎo)出成OBJ 格式文件，通過OpenGL 對上述文件進(jìn)行解析，并且完成重繪，從而實(shí)現(xiàn)三維處理。

2.3 場景控制模塊

場景控制模塊主要用于虛擬物體和真實(shí)場景的配準(zhǔn)，也就是三維圖像注冊（見圖4）。其通過當(dāng)前現(xiàn)場場景判斷所需從數(shù)據(jù)庫提取的信息和顯示的內(nèi)容；不僅如此，場景控制模塊還需在可視狀態(tài)下對虛擬物體間和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時控制，以某種頻率保證系統(tǒng)的主循環(huán)。

場景控制模塊通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)管理模塊得到的地理信息數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起，并且對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和處理，GPS設(shè)備采用中恒Q3DH?KIT，該設(shè)備具有便攜、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

2.4 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊主要用于鏈接系統(tǒng)的服務(wù)端和客戶端，同時實(shí)現(xiàn)通信。通過一個移動中心服務(wù)器，利用無線局域網(wǎng)支持多臺流動計(jì)算設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移動應(yīng)用和多客戶端支持，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊采用RS 422協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息傳遞。這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳輸模塊應(yīng)向其他模塊、服務(wù)端和客戶端傳輸串口信息，所以必須采用一種可完成一機(jī)對多機(jī)的串口協(xié)議?？紤]到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文系統(tǒng)采用RS 422串口協(xié)議。

RS 422串行接口支持單機(jī)傳輸，多機(jī)接收，在一條平衡總線最多可連接10個接收器，即一個主設(shè)備，若干從設(shè)備。主設(shè)備可傳遞信息至全部從設(shè)備，但從設(shè)備之間無法實(shí)現(xiàn)信息傳遞。RS 422采用4條信號線完成信息傳遞，有獨(dú)立的傳輸與接收通道。并且RS 422以平衡傳輸與差分接收為傳遞方式，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，對本文系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用，可有效增強(qiáng)檢測系統(tǒng)的工作效率以及穩(wěn)定性。除此之外，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊還包括電源、LCD驅(qū)動電路等，組成完整的電路結(jié)構(gòu)。其中，電源主要負(fù)責(zé)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為每個芯片允許的電壓。LCD驅(qū)動電路主要用于驅(qū)動液晶顯示屏，將打印機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及錯誤報(bào)告顯示出來。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 遙感數(shù)據(jù)挖掘算法分析

本文通過高階關(guān)聯(lián)分析獲取地理遙感數(shù)據(jù)間的內(nèi)在關(guān)系，利用相關(guān)分析對地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，同時通過三維技術(shù)顯示結(jié)果，有很強(qiáng)的實(shí)用性。

設(shè)計(jì)主體部分由硬件實(shí)現(xiàn)，軟件部分的工作主要為硬件初始化和智能地理信息采集結(jié)果的顯示與識別。主程序流程圖如圖6所示。

3.2 程序代碼設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)的軟件在Windows 2000環(huán)境下通過 Visual C++ 6.0 來完成，并采用Visual C++實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的處理，完成系統(tǒng)配置文件的部分代碼如下：

Sub MyZoomOut（）

macro： MyZoomOut

Dim pDoc As IMxDocument

Dim pEnv As IEnvelope

Set pDoc = ThisDocument

Set pEnv = pDoc.ActiveView.Extent

pEnv.Expand 2#， 2#， True

pDoc.ActiveView.Extent = pEnv

pDoc.ActiveView.Refresh

End Sub

Sub FullExtentPlus（）

macro： FullExtentPlus

Dim intAns As Integer

Dim pItem As ICommandItem

With ThisDocument.CommandBars

Set pItem = .Find（ArcID.PanZoom_FullExtent）

pItem.Execute

intAns = MsgBox（\"Zoom to previous extent？\"， vbYesNo）

If intAns = vbYes Then

Set pItem = Find（ArcID.PanZoom_ZoomToLastExtentBack）

pItem.Execute

End If

End With

End Sub

Private Sub UIButtonControl1_Click（）

Dim pDoc As IMxDocument

Set pDoc = ThisDocument

pDoc.ActiveView.Extent = pDoc.ActiveView.FullExtent

pDoc.ActiveView.Refresh

End Sub

Private Function UIButtonControl1_Message（） As String

UIButtonControl1_Message = _

\"Zooms the display to the full dataset extents\"

End Function

Private Function UIButtonControl1_ToolTip（） As String

UIButtonControl1_ToolTip = \"Full Extent\"

End Function

4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)的有效性，需要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)將ARCIMS系統(tǒng)作為對比進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)環(huán)境如表1所示。

分析圖7可以看出，和ARCMIS系統(tǒng)相比，本文系統(tǒng)的運(yùn)行時間明顯較低，并且本文系統(tǒng)運(yùn)行時間曲線較ARCMIS系統(tǒng)更加平穩(wěn)，說明本文系統(tǒng)不僅具有較高的運(yùn)行效率，而且具有一定的穩(wěn)定性，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文系統(tǒng)的性能。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)管理模塊對空間數(shù)據(jù)庫中的不同類型的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和調(diào)度，在需要時對地理信息數(shù)據(jù)可進(jìn)行可視化處理，同時融入真實(shí)場景中。軟件設(shè)計(jì)過程中，對基于遙感數(shù)據(jù)挖掘的智能地理信息系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并給出遙感數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)現(xiàn)過程以及系統(tǒng)部分程序代碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提系統(tǒng)具有很高的實(shí)用性和可靠性。

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