摘 要：文中提出了一種基于WPF的數(shù)字地球研究方法，介紹了數(shù)字地球研究的重要意義和國(guó)內(nèi)外研究的情況，分析了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)造了WPF數(shù)字地球的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，取得了比較好的效果。最后該文展示了在WPF數(shù)字地球上的實(shí)際運(yùn)用的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字地球；框架結(jié)構(gòu)量；WPF；效果

中圖分類號(hào)：TP399

數(shù)字地球（Digital Earth），是美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐陬}為“數(shù)字地球：認(rèn)識(shí)二十一世紀(jì)我們所居住的星球”演說(shuō)時(shí)，提出的一個(gè)概念。通過(guò)在計(jì)算機(jī)將高分辨的遙感影像、全球數(shù)字化的高程模型貼在仿真出來(lái)的球體模型上，建立虛擬的數(shù)字地球，為社會(huì)各行各業(yè)提供服務(wù)。隨著信息技術(shù)、遙感技術(shù)的發(fā)展，建立起的數(shù)字地球，與整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建立了緊密的聯(lián)系，市場(chǎng)份額也在飛速的增長(zhǎng)，在未來(lái)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前對(duì)于數(shù)字地球的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)，Google公司開(kāi)發(fā)的谷歌地球，NASA的開(kāi)源平臺(tái)World Wind，提供了地圖瀏覽，三維可視化操作功能，已經(jīng)在社會(huì)生活中占據(jù)了重要的地位。

本文主要研究定義在以WPF技術(shù)為支撐，應(yīng)用三維可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真學(xué)、金字塔模型建立起數(shù)字地球主體框架；以元數(shù)據(jù)、互操作性、大數(shù)據(jù)技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存貯、計(jì)算機(jī)科學(xué)、衛(wèi)星遙感技術(shù)等技術(shù)為支撐，在球面上添加海量的地理信息數(shù)據(jù)、人文社會(huì)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)并對(duì)外提供服務(wù)。

1 關(guān)鍵技術(shù)分析

在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球，模擬真實(shí)的地球環(huán)境需要很多學(xué)科的支持，特別是信息科學(xué)技術(shù)的支撐，包括：大數(shù)據(jù)處理、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、高速網(wǎng)絡(luò)、遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)分析、三維可視化、高速網(wǎng)絡(luò)、高分辨率衛(wèi)星影像、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和科學(xué)計(jì)算。

1.1 高速網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字地球加載地理信息，人文社會(huì)，遙感衛(wèi)星影像等龐大的數(shù)據(jù)，需要分布于全球各地的數(shù)據(jù)庫(kù)給予支撐，因此需要高速的網(wǎng)絡(luò)鏈接這些數(shù)據(jù)庫(kù)，以便于用戶及時(shí)的查詢到所需要的數(shù)據(jù)。

1.2 海量數(shù)據(jù)存貯

數(shù)字地球所需數(shù)據(jù)的多樣性、復(fù)雜性、對(duì)重要數(shù)據(jù)的不同級(jí)別的保護(hù)、地理上的分散性等等都對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理提出了極高的要求。中國(guó)遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)自1986年以來(lái)保存下來(lái)的數(shù)據(jù)有400萬(wàn)景，并以平均每年20TB的速度增長(zhǎng)，伴隨著中國(guó)高分一號(hào)、高分二號(hào)的發(fā)射，數(shù)據(jù)將會(huì)急劇的增長(zhǎng)。為了在海量數(shù)據(jù)中方便快捷的查找數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)顯得尤為迫切，它是數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)存數(shù)管理方法，通過(guò)它可以清新的查詢到有關(guān)數(shù)據(jù)的名稱、屬性、位置等信息，從而滿足了用戶的需求，大大減少用戶尋找所需數(shù)據(jù)的時(shí)間。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)仿真學(xué)、三維圖形技術(shù)、定位追蹤技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的綜合集成應(yīng)用。模擬出一個(gè)虛擬的三維空間世界，讓使用者在視覺(jué)、觸覺(jué)。聽(tīng)覺(jué)、感覺(jué)等方面如同身臨其將一般，可以通過(guò)拉近、拉遠(yuǎn)、旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)等操作無(wú)限制的查看三維空間內(nèi)的事物。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字地球上的應(yīng)用，是地球真真的變成了地球村，使用者可以隨時(shí)查看地球上任何角落的人文、地理信息。

1.4 3S技術(shù)

“3S”是指全球定位系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)和衛(wèi)星遙感。全球定位技術(shù)是基于GPS無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)的，已經(jīng)普遍的應(yīng)用在了移動(dòng)客戶端的地圖服務(wù)上；地理信息系統(tǒng)用于輸入、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)；衛(wèi)星遙感是由遙感衛(wèi)星、遙感攝像機(jī)、信息接收、處理和分析應(yīng)用等系統(tǒng)組成。隨著中國(guó)高分辨率衛(wèi)星的升空，遙感集市等相關(guān)系統(tǒng)的建成，將會(huì)在未來(lái)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

2 基于WPF的數(shù)字地球系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 WPF簡(jiǎn)介

WPF（Windows Presentation Foundation）是微軟的下一代顯示系統(tǒng)，是.NET Framework 3.0的重要組成部分，可以創(chuàng)建能帶給用戶震撼視覺(jué)體驗(yàn)的 Windows 客戶端應(yīng)用程序和瀏覽器承載的應(yīng)用程序。提供了統(tǒng)一的編程模型、語(yǔ)言、框架、全新的多媒體交互用戶圖形界面、超豐富的.NET UI 框架和集成了矢量圖形，豐富的流動(dòng)文字支持，3D視覺(jué)效果和強(qiáng)大無(wú)比的控件模型框架。

2.2 數(shù)字地球架構(gòu)模型

通過(guò)對(duì)數(shù)字地球系統(tǒng)的功能需求和關(guān)鍵技術(shù)的分析，根據(jù)WPF的特點(diǎn)和功能提出了基于WPF的數(shù)字地球架構(gòu)方案。圖1說(shuō)明了這種模型的結(jié)構(gòu)。

（1）數(shù)字地球客戶端。用戶界面是有XAML語(yǔ)言和ComponentOne Studio組件組成，后臺(tái)為C#，它為終端用戶遠(yuǎn)程訪問(wèn)提供了統(tǒng)一的接口，主要完成三維空間的瀏覽和動(dòng)態(tài)交互功能。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)管理。地形數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)可以用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存貯與管理。SQL Server 2008 支持XML語(yǔ)言，通過(guò)對(duì)XML語(yǔ)法分析器和XML引擎的封裝，這些數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以高效的滿足對(duì)XML數(shù)據(jù)的存取。

3 研究部分成果展示

3.1 系統(tǒng)主界面展示

3.2 衛(wèi)星軌道仿真展示

3.3 距離測(cè)量展示

測(cè)量線條：

測(cè)量直線：

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于WPF的數(shù)字地球的系統(tǒng)架構(gòu)，并進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)?；旧蠞M足數(shù)字地球系統(tǒng)的功能需求，為加載其他的地理信息數(shù)據(jù)提供了非常好的平臺(tái)。本文提出的數(shù)字地球系統(tǒng)架構(gòu)和部分成果展示，都是基于Client-Server結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)界面展示效果絢麗，結(jié)構(gòu)合理，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，基于WPF實(shí)現(xiàn)是數(shù)字地球領(lǐng)域的又一大創(chuàng)新，為今后更多功能的實(shí)現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：楊偉峰（1987-），男，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

作者單位：河南大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，河南開(kāi)封 475001