李 飛

（廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東 珠海 519090）

由于地下金屬管線具有分布復(fù)雜的特點(diǎn)，必須在充分掌握地下金屬管線信息的前提下，保證對(duì)地下金屬管線的有效管理。因此，提高地下金屬管線信息的全面性一直是相關(guān)部門的重點(diǎn)研究內(nèi)容。在以往針對(duì)地下金屬管線信息方面的研究中，主要采用地下金屬管線信息系統(tǒng)，通過地下金屬管線信息系統(tǒng)能夠收集、處理、分析地下金屬管線信息。在我國，針對(duì)地下金屬管線信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，雖然起步較早，但仍存在地下金屬管線信息基數(shù)大且存儲(chǔ)分散的情況，導(dǎo)致相關(guān)研究普遍存在局限性，很難在真正意義上實(shí)現(xiàn)地下金屬管線信息的高效整合，而GIS技術(shù)的出現(xiàn)恰好解決了這些問題。GIS在應(yīng)用中又被成為地理信息系統(tǒng)，具備一定的空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)能力，主要在計(jì)算機(jī)設(shè)備與運(yùn)營環(huán)境的支撐下，采集地理信息數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)表達(dá)特征對(duì)其實(shí)施有序的數(shù)據(jù)管理、運(yùn)算、分類、存儲(chǔ)等功能[1]。本文進(jìn)行基于GIS的地下金屬管線信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并通過分析實(shí)際應(yīng)用情況來證明設(shè)計(jì)的有效性。通過將GIS技術(shù)應(yīng)用在地下金屬管線信息系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，致力于為地下金屬管線信息系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更加廣闊的發(fā)展空間。

1 GIS

GIS技術(shù)具備良好的空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)能力，能夠在計(jì)算機(jī)運(yùn)營環(huán)境支持的情況下，實(shí)時(shí)采集地理信息數(shù)據(jù)，并通過GIS技術(shù)的運(yùn)算、分類、存儲(chǔ)等功能執(zhí)行對(duì)地理信息的管理操作[2]。依據(jù)地理信息對(duì)象的坐標(biāo)點(diǎn)位，展示其獨(dú)特的視覺化效果。除此之外，GIS具備極強(qiáng)的空間分析能力。在實(shí)施過程中，離不開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持。通常情況下，GIS技術(shù)在對(duì)事物進(jìn)行描述時(shí)，只能從簡單的角度表達(dá)空間事物“是什么”和“在哪里”。由于事物的空間分析是一個(gè)相對(duì)動(dòng)態(tài)化過程，因此它無法正面回答為什么等問題。GIS技術(shù)分析事物的過程，也可稱為數(shù)據(jù)空間表達(dá)的過程，通過對(duì)空間事物的認(rèn)知，掌握?qǐng)D像、拓?fù)?、幾何?shù)據(jù)等背景，并以此作為參照依據(jù)，對(duì)事件可能發(fā)生的行為進(jìn)行預(yù)測，最終達(dá)到對(duì)事件的分析功能。因此，有必要將GIS應(yīng)用在地下金屬管線信息系統(tǒng)中，展開優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 基于GIS的地下金屬管線信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 微控制器集成電路

在系統(tǒng)服務(wù)器硬件中，本文采用了一種具有嵌入式-微控制器的集成電路對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中RAM容量為48K的硬件平臺(tái)，該平臺(tái)可以更好的完成系統(tǒng)中對(duì)地下金屬管線信息采集以及處理等功能的要求。本文主要對(duì)兩部分的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，一是本系統(tǒng)中的最小系統(tǒng)電路，二是系統(tǒng)中信息的采集以及解析電路。通過轉(zhuǎn)換芯片將模擬的信號(hào)信息轉(zhuǎn)換為空間上的數(shù)字化信號(hào)，采用具有HS處理技術(shù)的芯片，實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的信噪比、量子效率等，且數(shù)據(jù)采集速度較快，可以將獲取到的地下金屬管線信息更加高效的轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息。

2.2 通信鏈路

在設(shè)計(jì)微控制器集成電路的基礎(chǔ)上，為確保系統(tǒng)中的地下金屬管線信息數(shù)據(jù)傳輸能夠高效進(jìn)行，設(shè)計(jì)通信鏈路，表格化傳感器接收端的有效信號(hào)?；谕ㄐ沛溌返穆?lián)動(dòng)功能，將多個(gè)系統(tǒng)硬件有效的串聯(lián)在一起，本文設(shè)計(jì)的通信鏈路亮點(diǎn)之處在于引進(jìn)了NB-IOT技術(shù)，通過運(yùn)營商基站傳輸?shù)叵陆饘俟芫€信息，減小信源信號(hào)的冗余度，將出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的幾率降至最低，提高地下金屬管線數(shù)據(jù)的傳輸效率。

2.3 顯示器

設(shè)計(jì)顯示器作為系統(tǒng)的展示界面，將地下金屬管線信息在顯示器上顯示。本文設(shè)計(jì)的顯示器，型號(hào)為AWrty96525400，尺寸為32寸，共有24路，通過串口通訊能夠直接獲得的地下金屬管線信息數(shù)據(jù)。通過Sucount K網(wǎng)絡(luò)與下層控制主機(jī)相聯(lián)。顯示器的硬件環(huán)境配置，包括：2Mbpspc端各類型瀏覽器及移動(dòng)端各類型瀏覽器，類型為帶寬可支持瀏覽器。利用顯示器中的雙核多路，提高顯示速率。以此，完成系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)。

3 基于GIS的地下金屬管線信息系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于GIS迭代分析地下金屬管線空間矢量數(shù)據(jù)

通過硬件部分采集地下金屬管線信息數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)地下金屬管線信息整合，需要基于GIS的空間分析能力，迭代分析地下金屬管線空間矢量數(shù)據(jù)[3]。

通過GIS根據(jù)地下金屬管線信息的空間特性，聯(lián)系計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)方式，對(duì)地下金屬管線信息進(jìn)行客觀性空間描述。并在此基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，將基于GIS的地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可支持地下金屬管線信息格式數(shù)據(jù)。以此，作為地下金屬管線信息的模糊轉(zhuǎn)化過程及表達(dá)，為地下金屬管線信息相互調(diào)用提出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 建立地下金屬管線信息3D繪圖協(xié)議

在迭代分析地下金屬管線信息空間矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，集合地下金屬管線信息數(shù)據(jù)屬性要素（包括：管線空間分布情況、管線數(shù)量及管線型號(hào)等），生成支持系統(tǒng)GIS的數(shù)據(jù)格式。分析地下金屬管線信息屬性，制作相應(yīng)的電子信息表。基于GIS建立礦山地理信息3D繪圖協(xié)議，實(shí)現(xiàn)電子信息表的空間數(shù)據(jù)可視化。首先，通過HTML腳本制作Web交互式三維動(dòng)畫，以3D圖形的形式渲染地下金屬管線信息。而后，利用OpenGL ES 2.0制作地下金屬管線信息API，允許文檔對(duì)象模型接口。最后，利用部分Javascript實(shí)現(xiàn)地下金屬管線信息3D繪圖自動(dòng)存儲(chǔ)器管理。

3.3 地下金屬管線信息相互調(diào)用

完成上述操作后，將地下金屬管線信息屬性作為參照數(shù)據(jù)，通過調(diào)用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地下金屬管線信息相互調(diào)用。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用GIS，對(duì)地下金屬管線信息進(jìn)行成像，直觀的檢索地下金屬管線信息，并使用系統(tǒng)提供的專家處理技術(shù)，使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一種可視化狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)地下金屬管線信息的交互與有效調(diào)用。地下金屬管線信息相互調(diào)用示意圖，如圖1所示。

圖1 地下金屬管線信息相互調(diào)用示意圖

結(jié)合圖1所示，基于GIS能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地下金屬管線信息的相互調(diào)用，以此提高地下金屬管線信息利用率。至此，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4 實(shí)例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)實(shí)例分析，選擇某城市地下金屬管線作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。忽略其它對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成影響的外界因素。首先，使用本文設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)，對(duì)某城市地下金屬管線信息進(jìn)行有效獲取，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)統(tǒng)計(jì)獲取信息數(shù)據(jù)數(shù)量，定義該組為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)實(shí)施相同步驟的操作，定義該組為對(duì)照組。為了避免突發(fā)事件對(duì)結(jié)果的影響，將多種變量參數(shù)控制一致，針對(duì)測得的城市地下金屬管線信息獲取量，設(shè)定實(shí)驗(yàn)次數(shù)為9次，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而判斷兩種信息系統(tǒng)對(duì)于城市地下金屬管線信息的獲取能力。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如下表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

通過表1可得出如下的結(jié)論：實(shí)驗(yàn)組地下金屬管線信息獲取量明顯高于對(duì)照組，對(duì)于地下金屬管線信息的獲取能力更強(qiáng)。因此，本文設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)可識(shí)別的地下金屬管線信息更為全面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下金屬管線信息的良好統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)語

通過基于GIS的地下金屬管線信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)地下金屬管線信息系統(tǒng)中存在的問題。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大GIS在地下金屬管線信息系統(tǒng)中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對(duì)基于GIS的地下金屬管線信息系統(tǒng)研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)地下金屬管線信息系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高基于GIS的地下金屬管線信息系統(tǒng)的綜合性能提供參考。