基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統設計

摘 要： 為了有效實現地理信息一體化管理，設計并實現一種基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統。通過數據管理模塊對空間數據庫中的不同類型的地理數據進行管理和調度，在需要時可對地理信息數據進行可視化處理，同時融入真實場景中；利用三維處理模塊對簡單的三維圖形進行描繪，代替實際地理環境中的地物，將其與真實場景融合；通過場景控制模塊對虛擬物體和真實場景進行配準，基于當前現場場景判斷所需從數據庫提取的信息和顯示的內容；依據網絡傳輸模塊鏈接系統的服務端和客戶端，實現通信。軟件設計過程中，對基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統進行了詳細地分析，并給出遙感數據挖掘的實現過程以及系統部分程序代碼。實驗結果表明，所設計的系統具有很高的實用性和可靠性。

關鍵詞： 遙感數據挖掘； 數據管理； 地理信息系統； 可視化處理

中圖分類號： TN911?34； TP391 文獻標識碼： 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

地理信息系統不僅需要對對象的位置進行管控，還需對對象的其他屬性進行管控，同時位置信息與其他屬性均自動關聯。地理信息系統的應用范圍逐漸擴大，涉及城市、資源、地形、交通等多個領域[1?3]。在當前已有的地理信息系統中，很難挖掘出隱含在其中的模式與規律，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具有重要意義，已經成為相關學者研究的重點課題，受到了越來越廣泛的關注。本文設計并實現了一種基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統，為了實現地理信息一體化管理提供有效依據。仿真實驗結果表明，所設計的系統具有很高的實用性和可靠性。

1 基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統總體

設計

為了有效實現地理信息一體化管理，設計了一種基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統，該系統總體結構如圖1所示。

分析圖1可以看出，本文設計的基于遙感數據挖掘的智能信息系統主要由數據管理模塊、三維處理模塊、場景控制模塊、網絡傳輸模塊和基于遙感數據挖掘的智能地理信息模塊構成。

2 系統硬件設計

2.1 數據管理模塊

數據管理模塊主要用于管理及調度空間數據庫中的不同類型的地理數據，上述地理數據在需要時可進行可視化處理，同時融入真實場景中去，數據管理模塊詳細結構框圖如圖2所示。

數據管理模塊模通過GPS模塊對地理信息進行實時采集，得到相關信息。然后利用MCF5307核心處理器將得到的地理信息通過以太網發送至三維處理模塊，結合ADI公司生產的JPEG 2000壓縮芯片ADV?JP2000協同完成地理信息的處理，為智能地理信息系統的有效實現提供可靠依據。

2.2 三維處理模塊

三維處理模塊直接通過OpenGL函數對簡單的三維圖形進行描繪，用其代替實際地理環境中的地物。為了能夠得到相對真實的三維地物，本文系統通過三維處理模塊對虛擬物體進行實時渲染，從而將其與真實場景融合，三維處理模塊詳細結構框圖如圖3所示。

當前智能地理信息系統通常利用一維文本數據與二維曲線相結合的方式對數據管理模塊的結果進行顯示，雖然該方法易于實現，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據中的本質特性。本文設計的基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統通過三維模型對地理信息進行描述，利用3DSMax 將描述的模型導出成OBJ 格式文件，通過OpenGL 對上述文件進行解析，并且完成重繪，從而實現三維處理。

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場景的配準，也就是三維圖像注冊（見圖4）。其通過當前現場場景判斷所需從數據庫提取的信息和顯示的內容；不僅如此，場景控制模塊還需在可視狀態下對虛擬物體間和屬性數據進行實時控制，以某種頻率保證系統的主循環。

場景控制模塊通過網絡將數據管理模塊得到的地理信息數據聯系在一起，并且對GPS數據進行解析和處理，GPS設備采用中恒Q3DH?KIT，該設備具有便攜、定位準確的優點。

2.4 網絡傳輸模塊

網絡傳輸模塊主要用于鏈接系統的服務端和客戶端，同時實現通信。通過一個移動中心服務器，利用無線局域網支持多臺流動計算設備，從而實現系統的移動應用和多客戶端支持，詳細結構如圖5所示。

網絡傳輸模塊采用RS 422協議實現信息傳遞。這是因為網絡傳輸模塊應向其他模塊、服務端和客戶端傳輸串口信息，所以必須采用一種可完成一機對多機的串口協議。考慮到系統的穩定性，本文系統采用RS 422串口協議。

RS 422串行接口支持單機傳輸，多機接收，在一條平衡總線最多可連接10個接收器，即一個主設備，若干從設備。主設備可傳遞信息至全部從設備，但從設備之間無法實現信息傳遞。RS 422采用4條信號線完成信息傳遞，有獨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，具有很強的抗干擾能力，對本文系統起到至關重要的作用，可有效增強檢測系統的工作效率以及穩定性。除此之外，網絡傳輸模塊還包括電源、LCD驅動電路等，組成完整的電路結構。其中，電源主要負責將輸入電壓轉換為每個芯片允許的電壓。LCD驅動電路主要用于驅動液晶顯示屏，將打印機的運行狀態以及錯誤報告顯示出來。

3 系統軟件設計

3.1 遙感數據挖掘算法分析

本文通過高階關聯分析獲取地理遙感數據間的內在關系，利用相關分析對地理信息數據進行挖掘，同時通過三維技術顯示結果，有很強的實用性。

設計主體部分由硬件實現，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 程序代碼設計

本文設計的基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統的軟件在Windows 2000環境下通過 Visual C++ 6.0 來完成，并采用Visual C++實現遙感數據的處理，完成系統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 仿真實驗結果分析

為了驗證本文設計的基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統的有效性，需要進行相關的實驗分析。實驗將ARCIMS系統作為對比進行分析，實驗環境如表1所示。

分析圖7可以看出，和ARCMIS系統相比，本文系統的運行時間明顯較低，并且本文系統運行時間曲線較ARCMIS系統更加平穩，說明本文系統不僅具有較高的運行效率，而且具有一定的穩定性，進一步驗證了本文系統的性能。

5 結 論

本文設計并實現了一種基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統，通過數據管理模塊對空間數據庫中的不同類型的地理數據進行管理和調度，在需要時對地理信息數據可進行可視化處理，同時融入真實場景中。軟件設計過程中，對基于遙感數據挖掘的智能地理信息系統進行了詳細地分析，并給出遙感數據挖掘的實現過程以及系統部分程序代碼。實驗結果表明，所提系統具有很高的實用性和可靠性。

參考文獻

[1] 王衛民，葉秋菊，賀文麗，等.基于GIS的氣象時空數據挖掘和融合技術[J].電子科技，2014，27（2）：130?133.

[2] 王耀華，高金南，姚雷.基于地理信息系統的配電網規劃優化系統的應用[J].電力與能源，2013，34（3）：250?253.

[3] 高憲慧.基于地理信息系統的時空數據挖掘研究[J].廣東科技，2013，22（12）：160.

[4] 李東輝，方方，吳小志，等.基于云計算的信息系統數據采集分析系統的研究與設計[J].微型電腦應用，2014，30（2）：23?25.

[5] 苑海濤，朱文鋒.基于ArcGIS的鄱陽湖地區防汛抗洪地理信息系統的設計與開發[J].智能計算機與應用，2013（1）：62?65.

[6] 張強，殷智慧，李朝奎，等.太原市地理信息公眾查詢系統設計與實現[J].地理信息世界，2014（6）：82?88.

[7] 趙翔，于承浩，張偉明，等.機動輸油管線地理信息系統設計與實現[J].后勤工程學院學報，2014（2）：83?88.