辛偉彬+李強(qiáng)

摘 要： 針對(duì)地圖信息系統(tǒng)輸出圖形坐標(biāo)系分布不均問題，設(shè)計(jì)基于MapInfo的分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化地圖信息輸出。設(shè)置控制點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)虛擬環(huán)境的地圖數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，通過AutoCAD程序動(dòng)態(tài)地生成電子地圖。采用圖層控制技術(shù)自動(dòng)跟蹤地圖的空間坐標(biāo)，在MapInfo中顯示柵格地圖，將各種地圖信息數(shù)據(jù)通過程序加載模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線調(diào)度，自動(dòng)生成地圖信息，實(shí)現(xiàn)分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進(jìn)行地理圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輸出圖形的坐標(biāo)系分布準(zhǔn)確，顯示地圖信息的準(zhǔn)確度較高，圖形的自動(dòng)跟蹤性能較好。

關(guān)鍵詞： MapInfo； 地圖信息； 分布式預(yù)測圖形； 坐標(biāo)系； 圖像處理； AutoCAD

中圖分類號(hào)： TN911.73?34； TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）24?0109?03

Abstract： In allusion to the uneven distribution of graphic coordinates output by the map information system， a distributed predictive graphics simulation system based on Mapinfo is designed to realize output of visualized map information. The control point coordinates are set. The three?dimensional model is constructed according to map data in virtual environment. The electronic map is dynamically generated by using the AutoCAD program. The map layer control technology is adopted for automatic track of map space coordinates to display the grid map in MapInfo. The program loading module is used for online scheduling of various map information data to automatically generate map information and realize optimization design of the distributed predicative graphics simulation system. The simulation results show that the system for geographic map simulation system design has accurate coordinate distribution of output graphics， high accuracy in displaying map information， and good performance of graphics automatic tracking.

Keywords： MapInfo； map information； distributed predictive graphics； coordinate system； image processing； AutoCAD

0 引 言

隨著地圖數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，地理信息系統(tǒng)軟件不斷升級(jí)，MapInfo是美國MapInfo公司開發(fā)最新的地理圖形制作軟件。采用MapInfo進(jìn)行分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在MapInfo中顯示柵格地圖，根據(jù)投影地圖實(shí)現(xiàn)地圖信息轉(zhuǎn)換和數(shù)字化圖形輸出，提高對(duì)地理位置圖形化標(biāo)準(zhǔn)能力，研究相應(yīng)圖像仿真系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在衛(wèi)星定位、地圖軟件制作、導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有應(yīng)用價(jià)值[1]。利用MapInfo軟件作為繪圖工具，進(jìn)行圖形仿真系統(tǒng)開發(fā)，難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、地圖穩(wěn)健存放、柵格地圖繪制及經(jīng)/緯度投影等問題。本文提出基于多線程數(shù)據(jù)調(diào)度和地理場景模型數(shù)據(jù)庫嵌入式設(shè)計(jì)分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

1 圖形仿真系統(tǒng)處理過程

1.1 圖形預(yù)變形與旋轉(zhuǎn)處理

1.2 圖形仿真系統(tǒng)的渲染過程

在MapInfo構(gòu)架環(huán)境下，分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的渲染層分為三層體系結(jié)構(gòu)，分別為地理信息感知層、圖形處理層和圖形輸出層。

利用紋理映射技術(shù)進(jìn)行圖形的透視變換處理，在進(jìn)行地理環(huán)境創(chuàng)建中，在三維圖形觀察器中，為了減少渲染過程開銷，用實(shí)動(dòng)畫序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤渲染，在Face Tools中調(diào)整網(wǎng)格，組織個(gè)別部件進(jìn)行紋理篩選和刪減，提高圖像仿真系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性[5]。

通過Geometry Tools把地理信息的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為圖形信息，提高物體輸出的光澤感，采用Insert Materials tool圖形渲染工具進(jìn)行貼圖處理，提高分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，得到基于MapInfo分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)

2.1 開發(fā)環(huán)境

在MapInfo軟件環(huán)境下，進(jìn)行圖像仿真系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，采用 MVC模型構(gòu)建圖形渲染系統(tǒng)的控制組件，采用MySQL 作為默認(rèn)系統(tǒng)，進(jìn)行分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)知識(shí)規(guī)則庫的結(jié)構(gòu)重組。運(yùn)用開放API集群服務(wù)器進(jìn)行人工、半自動(dòng)數(shù)據(jù)采選，采用立體測圖儀或立體坐標(biāo)儀獲取地形數(shù)據(jù)，采用攝影像、機(jī)載激光掃描儀掃描生成SAR/INSAR圖像。采用分塊內(nèi)插和逐點(diǎn)內(nèi)插方法獲取預(yù)測圖像仿真系統(tǒng)的DEM數(shù)據(jù)。本文設(shè)計(jì)的地理圖形仿真系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)來源于國家地理信息中心，系統(tǒng)主要由面向圖的管理模塊、Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、遙感圖像處理模塊和通信模塊構(gòu)成[6]。對(duì)各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)描述如下。endprint

2.2 圖形管理模塊

圖形管理模塊由底層數(shù)據(jù)庫、圖形數(shù)據(jù)處理中心和地形對(duì)象渲染模塊構(gòu)成。在Multigen Terrain模塊中采用立體測圖儀進(jìn)行地理信息感知。在DED文件中采用MapInfo軟件對(duì)每個(gè)地形標(biāo)桿進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，從最低分辨率的LOD開始，采用相鄰LOD間的圖形紋理生成方式實(shí)現(xiàn)更高分辨率地形分片處理，圖形管理模塊的網(wǎng)格由2×2個(gè)地形對(duì)象組成，獲取DEM數(shù)據(jù)，采用三維變形技術(shù)進(jìn)行高分辨的圖像信息采樣。在根文件系統(tǒng)中進(jìn)行圖像仿真的SuperViVi移植處理，提高系統(tǒng)的兼容性，構(gòu)建虛擬文件系統(tǒng)的圖形中間件，設(shè)計(jì)圖像仿真系統(tǒng)的控制模塊，構(gòu)建數(shù)據(jù)同步接口，在嵌入式Web服務(wù)下進(jìn)行Socket編程設(shè)計(jì)，使用DMA方式發(fā)送地理位置信息，把采集參數(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?，在圖形仿真系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層動(dòng)態(tài)添加行、列等數(shù)據(jù)[7]。利用ADO.NET組件庫進(jìn)行圖形仿真系統(tǒng)的注冊(cè)、登錄、編譯生成可執(zhí)行程序代碼，通過圖形處理軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制。

2.3 Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)地理圖形數(shù)據(jù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，創(chuàng)建模型數(shù)據(jù)庫，用Creator的Terrain菜單模塊構(gòu)建地理圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將地理圖形數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸方法輸入到混合服務(wù)器中。在混合操作時(shí)，用同步源標(biāo)識(shí)地形區(qū)域，使用批處理模塊進(jìn)行圖形的顏色、紋理、材質(zhì)屬性渲染，在實(shí)時(shí)三維應(yīng)用開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行創(chuàng)建應(yīng)用程序，使用Vega Prime編輯器實(shí)現(xiàn)分布預(yù)測圖形的幾何學(xué)建模[8?9]。在地理圖形三維空間坐標(biāo)系中，采用Vsgu生成大面積地形文件，編譯不同的ACF文件，使用MulitGen Creator和ModelBuilder 3D實(shí)現(xiàn)Vega Prime庫分類和Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2.4 遙感圖像處理模塊

遙感圖像處理模塊對(duì)圖形采集、濾波和信息融合處理，底層的圖形庫抽象采用OpenGL進(jìn)行圖像處理，在MapInfo開發(fā)軟件中建立MS Access數(shù)據(jù)庫，利用MapBasic編程生成的*.mbx文件，按邊界地理編碼方法直接改變數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。采用VP類庫、VSG類庫作為圖像存儲(chǔ)的緩存數(shù)據(jù)庫，在Lynx Prime中建立遙感圖像處理的幾何結(jié)構(gòu)單元，建立分辨率為8×8網(wǎng)孔，對(duì)電子地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)信息處理，采用大量多邊形進(jìn)行圖形拼接，根據(jù)仿真環(huán)境動(dòng)態(tài)場景變化，按照LOD方法進(jìn)行圖形管理。以邏輯組形式實(shí)現(xiàn)地理圖形信息數(shù)據(jù)加載和在線調(diào)度，為地理圖形分布式生產(chǎn)和預(yù)測提供圖像輸入基礎(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)特殊圖像處理效果。

3 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

對(duì)分布式預(yù)測圖像仿真系統(tǒng)的調(diào)試建立在MapInfo圖形處理軟件環(huán)境中。在Windows Forms中開發(fā)仿真系統(tǒng)的GUI界面，程序編譯后生成機(jī)器代碼，采用編程語言進(jìn)行圖形處理軟件開發(fā)，讀取地理信息數(shù)據(jù)。在ASP.NET處理端口將邏輯控制指令和后臺(tái)程序代碼分開，執(zhí)行圖形生成代碼，并通過二維層次結(jié)構(gòu)圖靈活地加載數(shù)據(jù)庫，在三維圖形觀察器觀察輸出圖形，得分布式預(yù)測圖形仿真輸出，如圖2所示。

為了證明所設(shè)計(jì)分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)有效性以及其預(yù)測精度等優(yōu)勢，根據(jù)圖形仿真輸出結(jié)果，下面進(jìn)行相關(guān)分析，如圖3所示。

從圖3可看出，在實(shí)驗(yàn)的前兩次坐標(biāo)的吻合度并不高，在50%左右。這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)剛開始時(shí)干擾因素較多，設(shè)備調(diào)試存在一些問題。經(jīng)一些調(diào)整以及實(shí)驗(yàn)過程設(shè)備自我調(diào)整，在第3次實(shí)驗(yàn)之后，坐標(biāo)吻合度較高，且一直是上升趨勢，第5次實(shí)驗(yàn)坐標(biāo)吻合度增加到97%左右，對(duì)實(shí)際信息反映能力好。由于地理信息數(shù)量龐大，且復(fù)雜性高，預(yù)測圖形時(shí)對(duì)地理信息反映完備性很關(guān)鍵，下面通過所提方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)方法對(duì)比，來分析兩種方法對(duì)大量地理信息提取預(yù)測完備性見圖4、圖5。

由圖4、圖5可知，傳統(tǒng)方法面對(duì)大量地理圖形信息進(jìn)行預(yù)測，從數(shù)值上看效果還是比較好，但穩(wěn)定性差，當(dāng)圖形預(yù)測范圍逐漸增大時(shí)，所預(yù)測信息量出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。本文方法信息預(yù)測量一直較為平穩(wěn)，且呈現(xiàn)遞增狀態(tài)。當(dāng)信息量達(dá)到了5 500～6 000時(shí)，出現(xiàn)一次較低值，之后又恢復(fù)上升趨勢，在這段區(qū)域內(nèi)信息點(diǎn)是比較密集的，系統(tǒng)容易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

本文提出基于MapInfo的分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)可視化的地圖信息輸出。系統(tǒng)由面向圖的管理模塊、Grid DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、遙感圖像處理模塊和通信模塊構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)分布式預(yù)測圖形仿真系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究表明，采用該系統(tǒng)進(jìn)行地理圖形仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輸出圖形的坐標(biāo)系分布準(zhǔn)確，顯示地圖信息的準(zhǔn)確度較高，圖形的自動(dòng)跟蹤性能較好。

參考文獻(xiàn)

[1] 呼有軍，周昕，樂建明，等.基于壓縮感知的單像素傅里葉全息成像系統(tǒng)[J].激光雜志，2016，37（7）：7?10.

[2] 王維猛，焦榮華，李曉輝.TD?SCDMA系統(tǒng)DOA?TOA定位技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（8）：1?4.

[3] LI B， SANG J Z， NING J S. Analysis of accuracy in orbit predictions for space debris using semianalytic theory [J]. Infrared and laser engineering， 2015， 44（11）： 3310?3316.

[4] ZHANG Q， ZHU Q Y， ZHANI M F， et al. Dynamic service placement in geographically distributed clouds [J]. IEEE journal on selected areas in communications， 2013， 31（12）： 762?772.

[5] 林楠，史葦杭.基于多層空間模糊減法聚類算法的Web數(shù)據(jù)庫安全索引[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2014，41（10）：216?219.

[6] 陳志華，劉曉勇.云計(jì)算下大數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性檢索方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（6）：58?61.

[7] ST?CHARLES P L， BILODEAU G A， BERGEVIN R. SuBSENSE： a universal change detection method with local adaptive sensitivity [J]. IEEE transactions on image processing， 2015， 24（1）： 359?373.

[8] TIAN F L， GUO Y Q， JIANG C H. Controller design and stability analysis for dcs with communication delay and packet dropout [J]. Aeroengine， 2015， 41（5）： 38?42.

[9] LIU A D， SUN H， YU L， et al. Distributed model predictive control of wide?area power system with communication constraints [J]. Journal of systems science and mathematical sciences， 2016， 36（6）： 749?758.endprint