基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统设计

邵　彧，师晓利（郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，河南新郑　451150）



基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统设计

邵彧，师晓利
（郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，河南新郑451150）

摘要：为了有效实现地理信息一体化管理，设计并实现一种基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统。通过数据管理模块对空间数据库中的不同类型的地理数据进行管理和调度，在需要时可对地理信息数据进行可视化处理，同时融入真实场景中；利用三维处理模块对简单的三维图形进行描绘，代替实际地理环境中的地物，将其与真实场景融合；通过场景控制模块对虚拟物体和真实场景进行配准，基于当前现场场景判断所需从数据库提取的信息和显示的内容；依据网络传输模块链接系统的服务端和客户端，实现通信。软件设计过程中，对基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统进行了详细地分析，并给出遥感数据挖掘的实现过程以及系统部分程序代码。实验结果表明，所设计的系统具有很高的实用性和可靠性。

关键词：遥感数据挖掘；数据管理；地理信息系统；可视化处理

地理信息系统不仅需要对对象的位置进行管控，还需对对象的其他属性进行管控，同时位置信息与其他属性均自动关联。地理信息系统的应用范围逐渐扩大，涉及城市、资源、地形、交通等多个领域[1⁃3]。在当前已有的地理信息系统中，很难挖掘出隐含在其中的模式与规律，存在很大的弊端[4⁃7]。因此，研究一种有效的智能地理信息系统具有重要意义，已经成为相关学者研究的重点课题，受到了越来越广泛的关注。本文设计并实现了一种基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统，为了实现地理信息一体化管理提供有效依据。仿真实验结果表明，所设计的系统具有很高的实用性和可靠性。

1　基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统总体设计

为了有效实现地理信息一体化管理，设计了一种基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统，该系统总体结构如图1所示。

图1　系统总体结构

分析图1可以看出，本文设计的基于遥感数据挖掘的智能信息系统主要由数据管理模块、三维处理模块、场景控制模块、网络传输模块和基于遥感数据挖掘的智能地理信息模块构成。

2　系统硬件设计

2.1数据管理模块

数据管理模块主要用于管理及调度空间数据库中的不同类型的地理数据，上述地理数据在需要时可进行可视化处理，同时融入真实场景中去，数据管理模块详细结构框图如图2所示。

图2　数据管理模块

数据管理模块模通过GPS模块对地理信息进行实时采集，得到相关信息。然后利用MCF5307核心处理器将得到的地理信息通过以太网发送至三维处理模块，结合ADI公司生产的JPEG 2000压缩芯片ADV⁃JP2000协同完成地理信息的处理，为智能地理信息系统的有效实现提供可靠依据。

2.2三维处理模块

三维处理模块直接通过OpenGL函数对简单的三维图形进行描绘，用其代替实际地理环境中的地物。为了能够得到相对真实的三维地物，本文系统通过三维处理模块对虚拟物体进行实时渲染，从而将其与真实场景融合，三维处理模块详细结构框图如图3所示。

图3　三维处理模块

当前智能地理信息系统通常利用一维文本数据与二维曲线相结合的方式对数据管理模块的结果进行显示，虽然该方法易于实现，但其缺乏直观性，不利于分析和理解。三维视景中的模型不仅含有文本和曲线信息，还可挖掘出隐藏在遥感数据中的本质特性。本文设计的基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统通过三维模型对地理信息进行描述，利用3DSMax将描述的模型导出成OBJ格式文件，通过OpenGL对上述文件进行解析，并且完成重绘，从而实现三维处理。

2.3场景控制模块

场景控制模块主要用于虚拟物体和真实场景的配准，也就是三维图像注册（见图4）。其通过当前现场场景判断所需从数据库提取的信息和显示的内容；不仅如此，场景控制模块还需在可视状态下对虚拟物体间和属性数据进行实时控制，以某种频率保证系统的主循环。

图4　场景控制模块

场景控制模块通过网络将数据管理模块得到的地理信息数据联系在一起，并且对GPS数据进行解析和处理，GPS设备采用中恒Q3DH⁃KIT，该设备具有便携、定位准确的优点。

2.4网络传输模块

网络传输模块主要用于链接系统的服务端和客户端，同时实现通信。通过一个移动中心服务器，利用无线局域网支持多台流动计算设备，从而实现系统的移动应用和多客户端支持，详细结构如图5所示。

图5　网络传输模块

网络传输模块采用RS 422协议实现信息传递。这是因为网络传输模块应向其他模块、服务端和客户端传输串口信息，所以必须采用一种可完成一机对多机的串口协议。考虑到系统的稳定性，本文系统采用RS 422串口协议。

RS 422串行接口支持单机传输，多机接收，在一条平衡总线最多可连接10个接收器，即一个主设备，若干从设备。主设备可传递信息至全部从设备，但从设备之间无法实现信息传递。RS 422采用4条信号线完成信息传递，有独立的传输与接收通道。并且RS 422以平衡传输与差分接收为传递方式，具有很强的抗干扰能力，对本文系统起到至关重要的作用，可有效增强检测系统的工作效率以及稳定性。除此之外，网络传输模块还包括电源、LCD驱动电路等，组成完整的电路结构。其中，电源主要负责将输入电压转换为每个芯片允许的电压。LCD驱动电路主要用于驱动液晶显示屏，将打印机的运行状态以及错误报告显示出来。

3　系统软件设计

3.1遥感数据挖掘算法分析

本文通过高阶关联分析获取地理遥感数据间的内在关系，利用相关分析对地理信息数据进行挖掘，同时通过三维技术显示结果，有很强的实用性。

设计主体部分由硬件实现，软件部分的工作主要为硬件初始化和智能地理信息采集结果的显示与识别。主程序流程图如图6所示。

图6　主程序流程图

3.2程序代码设计

本文设计的基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统的软件在Windows 2000环境下通过Visual C++ 6.0来完成，并采用Visual C++实现遥感数据的处理，完成系统配置文件的部分代码如下：

4　仿真实验结果分析

为了验证本文设计的基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统的有效性，需要进行相关的实验分析。实验将ARCIMS系统作为对比进行分析，实验环境如表1所示。

表1　实验环境

在此共邀请50人参加本文系统和ARCIMS系统的主观评定测试，体验评级总分为5分。5分代表操控简单，体验良好；4分代表操控难度和体验均一般；3分代表操控稍复杂，勉强可以接受；2分代表操控复杂，稍微讨厌；1分代表操控太麻烦，无法接受。两种系统的评分结果如表2所示。

表2　两种浏览器平均分比较结果

分析表2可以看出，本文系统每一项功能的平均得分均高于ARCMIS系统，用户评价相对较好，具有更好的使用效果，验证了本文系统的实用性。为了进一步验证本文系统的有效性，将本文系统和ARCMIS系统的运行时间进行对比，得到的结果见图7。

图7　两种系统运行时间比较

分析图7可以看出，和ARCMIS系统相比，本文系统的运行时间明显较低，并且本文系统运行时间曲线较ARCMIS系统更加平稳，说明本文系统不仅具有较高的运行效率，而且具有一定的稳定性，进一步验证了本文系统的性能。

5　结　论

本文设计并实现了一种基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统，通过数据管理模块对空间数据库中的不同类型的地理数据进行管理和调度，在需要时对地理信息数据可进行可视化处理，同时融入真实场景中。软件设计过程中，对基于遥感数据挖掘的智能地理信息系统进行了详细地分析，并给出遥感数据挖掘的实现过程以及系统部分程序代码。实验结果表明，所提系统具有很高的实用性和可靠性。

参考文献

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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 real⁃ized to effectively implement the integration of geographic information management. The different types of geographic data in spa⁃tial database are managed and scheduled through data management module. The geographic information data can be integrated in⁃to the real scenario as needed. The simple 3D graphics is described by means of three⁃dimensional processing module and the re⁃al scene is fused instead of surface features in the actual geographical environment. The virtual and real scene objects are recti⁃fied with the control module. The information needed to be extracted from the database and display of the content are judged ac⁃cording to the current site scene. The communication is realized through server and client sides of the network transmission mod⁃ule 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

中图分类号：TN911⁃34；TP391

文献标识码：A

文章编号：1004⁃373X（2016）10⁃0054⁃04

doi：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2016.10.014

收稿日期：2015⁃09⁃16

基金项目：基于ArcGIS的数字化城市系统中某些关键技术的研究与实现（152102210132）

作者简介：邵彧（1977—），女，河南郑州人，讲师，硕士研究生。主要研究方向为计算机应用和数据库技术。