基于WebGIS的遙感定位信息管理系統設計

袁媛

摘 要： 針對當前遙感定位信息管理系統的定位精度不高、集成度不好的問題，提出基于WebGIS的遙感定位信息管理系統優化設計方法。進行遙感定位信息管理系統的軟件開發環境描述和總體設計，信息管理系統的軟件開發平臺是Visual DSP++ 4.5，主要功能模塊包括WebGIS遙感信息采集模塊、數據加工模塊、集成信息處理模塊、智能控制模塊和人機交互通信模塊等，進行系統的模塊化設計描述，最后進行系統調試和仿真實驗。結果表明，該系統能準確實現對遙感信息的采集和定位，精度高，可靠性和兼容性好。

關鍵詞： WebGIS； 地理信息； 遙感信息定位； 信息管理系統

中圖分類號： TN92?34； TP271 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）07?0016?04

Design of remote sensing locating information management system based on WebGIS

YUAN Yuan

（School of Geosciences， China University of Petroleum， Qingdao 266580， China）

Abstract： Since the locating accuracy and integration level of the remote sensing locating information management system at present are low， an optimum design method of the remote sensing locating information management system based on WebGIS is proposed. The software development environment of the remote sensing locating management system is described， and the overall design of the system is conducted. The software development platform of the information management system is based on Visual DSP++ 4.5. The main function modules of the system include the WebGIS remote sensing information collection module， data processing module， integrated information processing module， intelligent control module and man?machine interactive communication module. The modular design of the system is described. The system debugging and simulation experiment were carried out. The results show that the system can acquire and locate the remote sensing information accurately， has high precision and reliability， and good compatibility.

Keywords： WebGIS； geographic information； remote sensing information positioning； information management system

0 引 言

隨著地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的發展，采用Web技術進行地理信息系統的網絡組網設計，實現GIS信息共享。構建WebGIS網絡地理信息系統，WebGIS通過Internet平臺，客戶端應用軟件采用網絡協議實現地理信息的遠程采集和空間信息共享，在瀏覽器（客戶端）獲得各種地理信息和遙感信息數據，再利用嵌入HTTP標準的應用體系實現網絡空間環境下的空間信息管理和遙感信息發布[1?2]。WebGIS中海量的空間數據能有效指導遙感定位，基于WebGIS進行遙感定位能有效提高對地理目標的定位精度，基于WebGIS的遙感定位信息管理系統在遠程遙感監測、地理探測、目標識別等領域具有廣闊的應用前景[3?4]。

本文基于WebGIS對遙感定位信息管理系統進行優化設計，首先進行系統的總體設計描述和功能模塊介紹，然后進行遙感定位系統的模塊化設計，最后進行信息管理系統的聯調測試，并得出有效性結論。

1 系統總體設計描述

1.1 信息管理系統的總體設計及開發環境描述

對遙感定位信息管理系統的設計主要是利用WebGIS瀏覽器（browser），WebGIS服務器，WebGIS編輯器（Editor）的信息代理服務功能，在嵌入式環境下通過Internet/Intranet實現對WebGIS海量數據庫信息互聯[5]，首先分析基于WebGIS的遙感定位信息管理系統的總體設計結構并進行軟件開發環境描述，進行功能模塊分析和介紹，基于WebGIS的遙感定位信息管理系統建立在Visual DSP++ 4.5開發平臺上，為了提高系統的可移植性，系統的核心采用嵌入式STM32開發，安裝Linux系統，使用S3C2440自帶的A/D系統進行WebGIS的遙感定位信息6通道同步采樣設計，遙感定位信息管理系統主要包括硬件設計和軟件設計兩大部分，本文重點進行信息管理系統的軟件開發設計，硬件部分由前期開發完成。信息管理系統的主要功能模塊包括WebGIS遙感信息采集模塊、數據加工模塊、集成信息處理模塊、智能控制模塊和人機交互通信模塊。

各模塊的設計功能描述如下：

（1） 數據采集模塊。主要實現的是遙感信息的采集和原始信息采樣，為信息管理系統提供準確的數據輸入基礎。

（2） 數據加工模塊。該模塊是WebGIS遙感數據信息的預處理模塊。通過WebGIS遙感數據加工模塊進行信息抗干擾處理，濾除一些干擾信息，提高數據的純度，為實現遙感定位精度的提高奠定基礎。

（3） 集成信息處理模塊。該模塊是實現對WebGIS遙感數據的集成信息處理，是整個基于WebGIS的遙感定位信息管理系統設計的核心，通過集成信息處理，實現遙感圖像處理，遙感定位算法的程序加載和GIS遙感數據庫的Web訪問及調度等。

（4） 智能控制模塊。該模塊實現基于WebGIS的遙感定位信息管理系統的集成控制和遠程信息傳輸調度，智能控制模塊采用的是嵌入式控制調度，采用Linux內核實現對WebGIS遙感數據的在線編譯，把Linux內核文件zImage直接下載到嵌入式控制系統中，進行遙感信息定位和信息管理。

（5） 人機交互和數據通信模塊。該模塊實現的是系統的人機交互和界面操作功能，通過Linux 2.6.32內核構建人機交互平臺，采用GUI渲染方法構建信息系統管理的操作界面，界面設計的標準是協調統一，功能、情感、環境能有效描述該軟件的功能框架，具有界面的友好性和面向對象性[6]。

根據上述設計原理和總體設計描述，得到本文設計的基于WebGIS的遙感定位信息管理系統結構模型，如圖1所示。

1.2 系統設計的技術指標分析

根據圖1給出的基于WebGIS的遙感定位信息管理系統的總體設計構架，進行系統設計技術指標分析，定位信息管理系統具有低功耗的特點，系統的動態功耗小于50 W，Mifare S50卡的識別功能采用并口方式實現TRF7960與STM32F101xx的通信，WebGID信息采集的匹配天線為13.56 MHz，系統支持片外同步或異步存儲（包括PC133 SDRAM），具有16位定點STM32內核，可實現對WebGIS遙感數據信息采樣的600 kHz持續工作。數據的頻譜特征采樣率>200 kHz；基于WebGIS的遙感定位信息管理系統中收發轉換采樣通道為24通道同步輸入和異步輸出，能實現多線程的信息處理和遙感定位。系統對遙感定位的圖像回放速率[≥100] kHz。

根據上述對基于WebGIS的遙感定位信息管理系統的總體設計描述和指標分析，進行系統的模塊化設計。

2 信息管理系統開發設計與實現

2.1 ARM?Linux的移植和定制

采用VXI總線技術進行遙感定位信息管理系統的32通道控制數據采集和實時數據記錄，系統建立在ARM?Linux嵌入式環境中，進行ARM?Linux的移植和系統定制，采用嵌入式Linux系統構建遙感定位信息管理系統的數據輸出總線和核心控制模塊，實現控制程序的加載，嵌入式Linux由引導程序進行程序加載，通過DSP指令集發送遙感定位信息指令到FIFO RAM緩沖區[7?8]，操作系統由以下四個部分組成：

（1） 引導加載程序（Boot loader）。通過內核供進程管理（Process Management）、定時器（timer）的指令進行系統的熱啟動，對WebGIS遙感數據執行模塊管理，為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉存的程序加載模塊，在引導加載程序中通過地址指針指向遙感定位信息管理系統的VXI總線數據的首址，進行WebGIS數據庫信息訪問和調度。

（2） 內核（Kernel）。Linux內核下進行WebGIS遙感信息采集和MVB總線控制，利用socket函數創建套接字，指定socket類型，調用recvfrom函數接收WebGIS的遙感定位信息數據，在VISA軟件接口通過信號采集及實時記錄數據編程設定信號采集及實時記錄數據的中斷指令：

DMAx_X_data processing module T gpio_setpin（integrated intelligent control _GPF（0）， 1）；

DMA0_X_WebGIS remote sensing delay（5）；

DMA0_Y_MODIFY_intelligent control module（S3C2410_ WebGIS remote sensing positioning （0），0）；

（3） 文件系統（File System）。在文件系統中通過開發Linux設備驅動程序，將采集的大型WebGIS數據信息植入到信息管理系統中，結合程序控制和集成調度設計，實現遙感定位和數據加工。

（4） 用戶應用程序（Application）。主控機Linux操作系統對ARM硬件平臺進行用戶應用程序移植，它的主要作用是對各種硬件進行初始化，進行遙感定位信息管理系統的VXI總線數據的調度和用戶的面向對象性操作。

通過WebGIS的遙感定位信息管理系統的驅動程序配置，設定SPORT0_TCLKDIV為4，在軟件設計中進行系統初始化，設定接口發送時鐘為12 MHz，在控制信息的輸入和輸出調度窗口中進行編譯鏈接，觸發AD7656的CONVST模塊，實現遙感信息的標號或地址定位。做完ARM?Linux的移植工作后進行內核配置，執行“Make menuconfig” 配置內核界面。

在集成開發環境IDDE中，通過Boot Loader引導CPU做好準備，然后引導操作系統啟動專家連接器進行WebGIS遙感數據信息的圖像處理和數據庫訪問，程序引導中斷指令設定為：

SFPacket serial port to read complete （）；

continuously sent SFPacketFront（dismantling & MVB bus control）；

bool enqueueBack（data acquisition bus &pPacket）；

當CAN接收到一個E2PROM程序輸入字節，在Boot Loader使系統上電后進行遙感定位信息管理系統的正向觸發，調用函數設置hpe1432_setTriggerLevel，用readerThread和writerThread負責與客戶端通信。

2.2 系統的軟件平臺設計

WebGIS遙感定位信息管理系統的軟件主要由Linux內核的裁剪與編譯，WebGIS遙感定位信息數據的根文件系統的配置，Linux嵌入式內核的移植，系統主程序的編寫四部分組成，系統的軟件結構如圖2所示。

基于WebGIS的遙感定位信息管理系統軟件采用模塊化的設計方案，各功能子程序分開編寫，Linux內核的裁剪實現串口數據和網絡數據的轉發，在移植Linux操作系統后，提供了連接網絡的API接口，接口程序為：

virtual int readFD（HP kernel E1562D/E SCSI hard disk data*buffer， int trigger， int *err）；

virtual MineComm writeFD（int MineSendPacket， const char *buffer， int count， int *TCPComm）；

由于TCPComm這個類完成與客戶端進行連接，TCPComm這個類由三個線程構成，serverThread，WebGIS遙感定位信息管理系統的控制命令采用函數readerThread和writerThread完成，函數設計為：

bool readPerxsvt（int pFD， TCP client needs data &pPawqqft）；

bool writePqfeft（int pqefD， SFPaqwfvt &pPqvvet）；

構建基于WebGIS的遙感定位信息管理系統的嵌入式Linux開發環境，通過LCD控制器完成編譯，得到嵌入式Linux環境下的rootfs數據編譯庫，在嵌入式Linux環境下進行遙感數據信息加載，程序加載模塊的加載代碼設計為：

#define MISC_ home/Arm?angstrom/nfs _pwm_ 255

//可視化控制

#define s3cQt/Root file system "pwm" //嵌入式程序寫入

int ADSP?BF537s_oot file system （）；

//ADSP?BF537緩存遙感定位信息數據

>>cript SPORT0_TFSDIV// SPORT0_TCLKDI//

//服務器配置文件

Vret =（SPORT0_RILDN _ compilation/ makefile （&misc）；

// 遙感定位數據信息的編譯和安裝

通過引導加載程序進行WebGIS遙感定位信息管理系統的信息分類，對CAN的相關寄存器進行初始化操作，采用三星S3C2440進行主控模塊設計，利用C/C++編寫程序，在CAN同步串口中實現系統冷啟動和遠程控制。

2.3 人機交互程序設計

人機交互程序的功能主要是實現信息管理系統的人機交互控制和界面設計，采用GUI和MySQL實現界面設計的圖形渲染，數據處理模塊傳回的遙感定位數據在MinePressureCollectionC.nc里面完成信息定位和數據輸出，以圖形化形式實時顯示當前的遙感定位信息，在人機交互程序設計中使用如下一些接口：

>>interface Timer< PHP MySQL > as collected data；

//Sample Timer；

>>interface Read< front page >； //Read WebGIS data analysis

>>interface ReadStream< alarm parameters >；

//alarm parameters （sampling period）

>>interface system initialization parameters； //Indication

>>detection system；

>>interface data processing module as regular database backup；

>>interface Send as AlertRoot；

>>interface Init as underground workstation；

>>interface Std implementation as SensorControl；

>>interface Std implementation as data import；

>>interface Std implementation as DisseminationControl；

>>interface SplitControl as RadioControl；

>>interface newAlert?>pressure = avg；

>>interface regular database //Persistent storage

>>interface ConfigStorage；

3 系統聯調測試分析

采用系統聯調測試進行系統的應用性能分析，在嵌入式設備上運行Qt C++ API執行WebGIS遙感定位信息的數據寫入和程序加載，系統調試過程使用的設備為Inter Pentium TYP3220A遙感地理信息系統數據采集器，Opengl32PST3202可編程控制器，實時讀取WebGIS遙感定位信息系統采集的數據，計算并存儲，在人機交互界面配置管理員，設置系統初始化參數及約束參量指標信息，整個聯調系統采用PHP和MySQL實現，Web控制端遠程控制遙感定位信息管理，信息管理系統的Web控制端界面如圖3所示。

在管理系統Web控制端點擊左邊的data，可以查看遙感定位的歷史記錄，完成人機交互，得到遙感定位的輸出結果如圖4所示。

從以上調試結果分析得知，采用本文設計的遙感信息定位管理系統具有較好的人機交互性和界面友好型，數據定位信息的準確度高，列表分類準確明細。最后以實證數據為例，取其中的10個定位節點測試系統的遙感定位精度，得到的測試結果見表1和圖5。分析結果可知，本文設計的遙感定位信息管理系統對遙感定位的精度較高。

4 結 語

本文提出基于WebGIS的遙感定位信息管理系統優化設計方法。首先進行遙感定位信息管理系統的軟件開發環境描述和總體設計，信息管理系統的軟件開發平臺是Visual DSP++ 4.5，設計系統的功能模塊包括WebGIS遙感信息采集模塊、數據加工模塊、集成信息處理模塊、智能控制模塊和人機交互通信模塊等，進行系統的模塊化設計描述。最后進行系統調試和仿真實驗，分析得知，本文設計的系統能準確實現對遙感信息的采集和定位，精度高，性能好。

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