三维网络地理信息系统（精选9篇）
三维网络地理信息系统 篇1
1 概述
地理信息系统 (GIS) 是一种以采集、储存、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。与一般信息系统的差别是, 它采集的信息是按地理空间分布特征来反映地理实体结构及其动态变化规律的。从学科的角度, GIS是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科, 具有独立的学科体系;从功能上, GIS具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能。
煤矿三维地理信息系统 (煤矿三维GIS) 是用于描述煤矿地质信息、井下环境和设备的应用软件。煤矿三维地理信息系统能够有效地建立矿山空间数据库, 实现矿山的全景显示、动态显示, 真实、直观、准确、清晰地表现地层、断裂、矿体及围岩形态, 表达钻孔、矿井 (竖井、斜井) 、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态, 表达各种机械设备的配备与运转状况, 表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。煤矿三维地理信息系统可以有效地利用现有资料对未采区和采掘工作面前方、深部及外围的地质构造、矿体变化、矿床分带及其它开采条件进行预报预测。
2 国内现状
中国煤矿GIS应用起步较晚, 与国际水平相比有较大差距, 煤矿行业迫切需要一个适应于中国国情的专业化的矿山三维地理信息系统。但由于到目前为止, 现有的GIS系统都还只能实现空间数据的二维或者2.5维的表达和处理, 还没有真正的三维GIS系统, 因此在具有三维特性的矿山领域中的应用受到了很大的限制, 国内还未见投入工业化运行的矿山GIS系统。煤矿三维GIS是煤矿发展的迫切需要和发展方向, 三维GIS将成为煤矿生产规划和信息化管理不可缺少的工具。
3 应用范围
3.1 矿山基础数据的图形化存储和展示
根据矿山数据的多源性、复杂性、时空性、关联性、动态性等特点, 建立矿山空间数据库, 可以形象地显示地层、断裂、矿体及围岩形态, 表达钻孔、矿井 (竖井、斜井) 、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态, 表达各种机械设备的配备与运转状况, 表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。
3.2 矿山生产环境的风险评价
煤矿三维GIS可动态地进行生产环境的风险分析。采矿设备周围的风险区域是动态的, 例如:随着工作面的不断推进, 上覆岩层的破坏、断裂、垮落是一个动态发展的过程, 同时矿山压力的重新分配将会引发矿井水、瓦斯分布的变化等等。系统依据当前时刻虚拟环境中所处的状态对回采工作的多个工序如割煤、支架前移等进行风险评价。
3.3 事故模拟与调查分析
煤矿三维GIS可以快速有效地在再现事故发生的过程。因而事故调查者可以从各种角度去观测、分析事故发生过程, 从而找出事故发生的原因并采取预防措施, 防止类似事故的再次发生。
3.4 生产过程的动态模拟与技术培训
煤矿三维GIS可以动态地显示出矿井作业环境, 而且可以对生产作业过程进行模拟。系统所建立的三维环境是最忙碌且事故频发的工作面, 其危害主要来自岩体冒落、突水。
4 系统的主要功能
4.1 图形功能
矿图自动生成:能自动生成地形地质图、钻孔综合柱状图、勘探线剖面图、中段地质平面图、巷道轴测投影图等矿山生产图形。包括柱状类:钻孔柱状图、综合柱状图、煤层小柱状、煤岩层对比图;剖面类:地质剖面图、采区剖面图、巷道素描图;平面类:煤层底板等高线与储量计算图, 各类等值线图, 三下压煤图, 水平切面图, 采掘工程平面图, 井上下对照图、通风系统图、排水系统图、井下避灾线路图、采区布置图、采掘衔接计划图、工作面循环图表等。
根据原国家煤炭工业部颁布的《煤矿地质测量图例》、《煤矿测量规程》、《煤田地质标准图例》等规范, 主要包括井巷工程、边界、地层、岩石、地质勘探、地质构造、水文地质、储量圈定等煤矿专业符号, 能够绘制绘制如下图纸:地形地质图;综合地质图;矿床地质横、纵剖面图;矿体投影图;开采阶段地质平面图;开采平盘地质平面图;品位分布图;矿体顶 (底) 板等高线图;矿石品位等值线图;矿体等厚图;矿床立体图等;通过对井下巷道测量、回采面测量等数据绘制煤矿井上下对照图;绘制巷道布置图、采掘工程平面图;绘制用于煤矿安全生产的各种图件, 如:通风系统图、井下运输系统图、井下通信系统图及各种管路系统图。
4.2 图形处理功能
回采工作面图形直接从煤层三维图上截取, 生成的回采工作面立体图在层位和倾斜度上符合煤层的变化情况, 在三维煤层体视图中不仅可以直接观察到回采工作面的采空区, 而且随回采工作面的推进, 系统能自动根据煤层的厚度和倾角的变化进行工作面储量与回收率的计算。根据导线方位、长度和坡度, 自动生成三维工程导线图, 并输出各点三维坐标;使用鼠标即可完成导线闭合;系统与CAD图形格式相兼容, 可以直接导入CAD平面图形, 通过添加工程导线变坡点的标高和工程断面参数生成三维立体图和任意方位视图, 也可以转换成二维双线图, 因而可以充分发挥企业现有资源。
可以在三维立体图上进行任意剖切和制作有厚度的剖切体;可沿工程导线漫游, 查看工程内部的三维结构和设备布置状况;在有井下实地录像资料时, 点击三维图形工程, 可以自动播发被选工程的实况录像, 便于了解井下实际情况和进行技术方案讨论。根据矿井生产系统的现状, 可以快速生成通风系统、安全避灾线路、运输系统、排水系统、供电系统的三维线路图, 标有线路运行方向, 实现三维动画显示。
4.3 三维建模功能
系统具有色彩处理、光线处理、纹理映射、动画、雾化效果、透明处理、虚拟现实 (VR) 等功能, 能够对任意块体进行剖分与建模。
系统能够实现涉及矿山生产各类三维目标的创建、更新、编辑、检查等功能, 完成建模基础数据更新后的岩层、煤层、断层等各类地质目标和巷道工程、辅助管线等矿山生产目标的建模;对任意块体进行剖分与建模;能够实现包括地形、地面建筑、地面水体、道路、钻孔、地下巷道、地下硐室、采场、岩体、断层、矿体等对象的三维建模, 并可进行叠加合成处理, 形成井上下三维空间模型;能够检索查询三维体的属性;任意切割三维体生成不同用途的剖面图。
具有强大的三维可视化功能, 完成对三维空间模型的渲染、旋转、移动和缩放, 方便用户直观操作三维体, 进行空间设计与分析。
4.4 应用模块
系统从应用上可分为采掘与工程设计、通风安全、计划与报告、设备管理、灾害救援、生产系统模拟等应用模块。三维信息管理软件涵盖了矿产资源勘探、开发和生产管理的各个阶段, 包括:
三维地质建模;采矿工艺流程设计;采矿生产管理;各种地质图、专题图制作;地质储量评估;钻孔数据管理;生产进度管理等。
5 结论
煤矿三维GIS是将煤矿中的固有信息 (即与空间位置直接有关的相固定的信息, 如地面地形、井下地质、开采方案、已完成的井下工程等) 数字化的有力工具, 用这个工具可以按三维坐标组织起来一个数字矿山, 全面、详尽地展示矿山及矿体, 并在此基础上再嵌入所有相关信息 (即空间位置间接有关的相对变动的信息, 如储量、安全、机电、人事、生产、技术、营销等) 。通过数字化和三维建模, 实现矿山地上地下所有对象的可视化透明管理;可通过采掘过程的仿真模拟, 实现各种灾害的超前预警, 避免灾害的发生, 实现煤矿安全生产的目的;在煤矿三维GIS开发的应用软件可以实现企业资源的最佳利用, 降低生产经营成本, 达到高产高效;最终实现采矿过程的可视化、自动化、智能化。因此, 煤矿三维GIS的应用在灾害预警、节能减耗、资源优化利用、煤矿环境的保护方面具有重大意义。
摘要：三维GIS在矿山的应用尚处于起步阶段。本文探讨了矿山三维GIS与地理信息系统表现形式和应用领域的区别, 并概要地介绍了煤矿三维地理信息系统的基本功能和应用范围。
关键词：三维,GIS,煤矿,安全
参考文献
[1]郭达志等.地理信息系统基础与应用[M].北京:煤炭工业出版社, 1997.
[2]李德仁, 李清泉.地球空间信息科学的兴起与跨学科发展[M].北京:中国科学技术出版社, 1998.
[3]陈述彭, 鲁学军, 周成虎.地理信息系统导论[M].北京:科学出版社, 1999.
三维网络地理信息系统 篇2
基于空间认知的三维地理信息系统研究
从空间信息中更快、更多地获取用户所需信息以辅助完成工作是GIS系统的根本目标.从空间认知的不同模式出发,分析了三维空间可视化的两种趋势;考虑到不同人群认知能力的.差别,对用户进行了具体的分类,结合用户的使用场景与目的并在可视化实现中对比例尺与LOD进行分析,提出了一种适人化三维GIS模型.
作 者：葛磊 武芳 钱海忠 GE Lei WU Fang QIAN Hai-zhong 作者单位：解放军信息工程大学测绘学院,郑州,450052 刊 名：测绘科学 ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE OF SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)：2007 32(2) 分类号：P208 关键词：空间认知 空间模式 适人化 三维GIS LOD三维网络地理信息系统 篇3
基于三维地理信息网路服务下, 则是借助原有地理信息网络服务与三维GIS技术的运用, 实现对三维地理信息所存在问题的有效解决, 并搭建出完善的网络服务环境, 以更好的辅助三维GIS研究工作的开展。而要想解决资源共享与协同问题, 则就需要基于三维地理信息网络服务的相关理论下, 抓住关键技术, 以实现多种GIS空间信息的共享、交互操作以及集成, 为进一步化简三维GIS系统模式、丰富网络应用领域、降低服务成本并解决环境资源协同处理问题奠定基础。
1 三维地理信息网络服务的理论研究
从三维地理信息网络服务的表面上看, 则是融合了计算机技术以及网络通信技术等, 将全新的技术运用在地理信息领域中, 而究其本质, 则是将地理空间认知科学与现有的先进技术工具进行融合的全新演变历程下的产物。
1.1 地理空间认知方式的演进
所谓的认知指的是借助感知活动的开展, 实现对外部信息的获取与转化, 进行演变成心理特征并形成相应的知识结构体系, 在此基础上, 借助对这些知识的运用来指导实践活动。在地理空间认知方面的研究, 目前可分为两类, 即所谓的where与what, 相关学科间所展现出的关系如图1所示。而在地理空间认知的演进上, 相应概念信息的传递可借助语言、文字以及图形等方式进行传递, 同时也可以借助真实亦或是抽象的环境, 通过对比分析来实现对地理空间的理解与相应地理现象的掌握。而在地理空间的认知上, 因科学技术的不断发展, 在获取地理空间信息的过程中, 从传统依赖于地图的方式逐渐过渡到借助技术手段的方式, 而在网络通信技术以及计算机技术等不断发展下, 地理空间认知手段随之再次发生了改变。基于维数区分下, 在地理空间的认知上, 其过渡的过程中则是从一维到二维再到三维, 最后向多维方向演变。图2为地理空间二维到三维认知演进的过程。
1.2 认知抽象模型
(1) 针对现有的地理空间抽象模型进行分析。主要有如下三种: (1) Open GIS。其为九层抽象模型, 在实际开发Open GIS的过程中, 其核心目的在于能够实现对GIS间的充分共享, 因此在搭建这一认知抽象模型的过程中, 需要确保其具备高度的开放性, 并能够得到行业的普遍认可。 (2) ISO/TC211, 基于这一认知抽象模型下, 其展现出了层次化特点, 在搭建的过程中, 是在明确地理空间论域的基础上, 实现概念模式的建立, 然会基于人们认知特点与计算机解释处理之需下, 实现这一模型的打造。在此过程中, 则是从现实空间进行概念的筹划, 以此来搭建出相应的模型。 (3) GIS抽象层次模型。这一模型共分为三个层次, 其目的在于将GIS的抽象过程进行简单且清晰的描述。概念模式也就是地理空间认知模型, 基于计算机系统下, 其则隶属于抽象的最高层次, 而逻辑数据模型是地理数据的逻辑表示结构, 隶属于中间层, 借助借助对概念的转化而得到的, 对于用户而言, 则能够借助GIS来实现对现实世界中地理空间的观看。
而这三种认知抽象模型中, 第一个的优势特点在于相应的抽象层次较为细致, 因此使得其具备良好的适用性, 但是不足之处在于抽象模型的搭建极为复杂;而第二种认知抽象模型则简单的进行概念模式的搭建, 并不完善;第三种模型简单明了, 具备着很强的概括性。
(2) 基于三维地理信息网络服务的认知抽象模型。基于GIS三层抽象层次下, 对网络服务条件所呈现出的特征进行充分分析, 进而实现对现有的GIS认知抽象模型进行拓展, 进而实现三维地理信息网络服务空间认知抽象模型的搭建。而基于这一模型下, 其主要能够展现出两方面的内涵:基于三维空间下的信息传输过程以及相应的空间认知过程。在地理信息传输的过程中, 首先需要将相应的地理环境进行转换, 进而获得相应的地理信息内容, 然后对信息进行转换, 以实现地图的制作, 最后将地图进行转换, 以实现地理环境映象的打造。基于这一模型下, 相应层次的特点是认知表达与操作的交替。
1.3 模型特征分析
在这一认知模型中, 相应认知操作占据着主体地位, 该认知抽象模型所呈现出的特征可从两方面进行阐述: (1) 基于网络服务下。相应认知行为需要首先需遵循一般的认知特征, 同时也具备着自身的独特性, 具体而言为一致性、同步性、综合性、相互性以及灵活性, 而在认知内容的交互共享上, 具备了交互性、多元性以及协作性特征。同时, 相应的认识活动中心逐渐偏移向用户。 (2) 三维地理信息特征。事实上, 二三维地理信息网络服务的认知抽象模型与认知过程极为相似, 但在认知操作上三维模式要求要相对更高, 具体而言, 所表现出的特征为:认知模拟程度高、数据信息呈现出海量化与多元化的特点, 同时可视化计算相对较为复杂。
2 三维地理信息网路服务的关键技术分析
基于三维地理信息网络服务下, 其所呈现出的关键技术总体而言有如下三种: (1) 在网络环境地理空间认知特征上, 其表现出了认知行为需要遵循统一的规范, 并且相应认知内容能够实现交互共享, 此外认知中心逐渐偏移向用户, 对这些子特征进行综合考虑后, 则就需要借助基于地理空间表达的三维地理数据组织技术, 其属于计算机建模环节, 是概念模型向数据模型转化的过程。 (2) 基于三维地理信息特征下所表现出的认知模拟程度高、三维地理数据海量且多元化以及可视化计算较为复杂这些子特征下, 需要采用的关键技术为面向用户需求的多粒度三维地理信息服务构建技术, 其隶属于服务封装环节, 是数据模型向服务模型的转换过程。 (3) 基于网络服务客观条件这一特征下, 其所变出的子特征为计算机硬件水平与带宽水平有限, 因此, 就需要借助面向海量数据的用户角色转换与三维地理信息分发技术, 促使从服务模型向空间模拟表达模型的转化, 隶属于计算机网络分布与仿真环节。
如上三种关键技术的提出, 是基于对三维地理信息网络服务认知抽象服务模型特征的分析下, 通过综合考虑来实现三维地理信息网络服务关键技术的提炼, 进而来完善三维地理信息网络服务的理论基础, 为实现三维地理信息网络服务的搭建与运用提供保障。
3 总结
综上, 为了更好的抓住三维地理信息网络服务的本质, 本文从地理空间认知科学着手, 在总结地理空间认知演进过程中基础上, 对现有的Open GIS、IOS/TC211以及三层抽象模型进行了分析, 在此基础上, 对抽象认知模型的特征进行了探讨, 从网络服务认知与三维地理信息认知这两个方面总结了相应的特征。最后, 综合对各项特征的考虑后, 将三维地理信息网络服务的关键技术进行了提炼, 总结出了地理空间表达的三维地理数据组织技术、面向用户需求的多粒度三维地理信息服务构建技术、面向海量数据的用户角色转换与三维地理信息分发技术这三项关键技术内容, 为实现对三维地理信息网络服务的搭建与运用提供了理论参考基础。
摘要：随着信息技术的不断发展, 地理信息系统之间形成了独属于自身的技术体系, 而在技术发展的助推下, 加上自身发展实际需求的变化发展, 使得地理信息系统逐渐向三维地理信息网络服务的方向过渡。在此背景下, 借助三维地理信息网络服务能够在满足服务拓展之需的同时, 为实现空间信息的有效交互与共享奠定了借此, 同时也为实现信息的高效集成提供了全新解决出路。本文就三维地理信息网络服务的理论与关键技术进行了研究, 以供参考。
关键词：三维地理信息,网络服务,理论,关键技术,研究
参考文献
[1]涂平, 王威, 吴升.城市三维地理信息网络服务研究[J].系统仿真学报, 2012 (S1) :169~171+175.
[2]简灿良, 吴飞, 袁存忠, 阮红利.三维地理信息公共服务平台建设关键技术研究[J].测绘科学, 2011 (S2) :103~104.
三维网络地理信息系统 篇4
车载式三维信息采集系统中多坐标系统转换实现
863课题“近景目标三维测量技术”中,扫描仪极坐标系统如何向当地坐标系统转换是系统急需解决的关键问题之一.课题中涉及到多个坐标系统,本文提出一种多坐标系统转换方法,通过建立起多个坐标系统之间的转换关系,最终实现扫描仪坐标系统向当地坐标系统转换.实验结果表明,转换方法可靠,可满足系统精度要求.
作 者：王冬 卢秀山 WANG Dong LU Xiu-shan 作者单位：山东科技大学,地球信息科学与工程学院测绘科学与工程系,山东青岛,266510刊 名：测绘科学 ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE OF SURVEYING AND MAPPING年，卷(期)：32(4)分类号：P232关键词：车载式三维信息采集系统 多坐标系统转换 站心坐标系统 平台坐标系统
三维网络地理信息系统 篇5
要加快“数字中国”的建设步伐, 重点是加快“数字城市”建设步伐, 全面完成全国地级城市以及有条件的县级城市的“数字城市”建设, 为构建“智慧中国”奠定基础。近年来, 国内一些高校、科研机构开始着手数字城市的理论研究和系统开发工作, 并取得一定进展。
汾西矿业集团公司为满足自身的经济建设及发展, 开展了汾西矿业集团公司介休地区基础航空摄影, 获取了基础地理信息的遥感资料, 测制了国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品, 建立了新时代背景下的介休地区“数字化”三维地理信息系统, 实现了航空摄影—测绘产品—三维地理信息系统一站式的新时代测绘产业链模式。其中, 测绘为数字城市提供基础数据集, 数字城市则高效、全方位地充分利用了测绘数据并在测绘数据的基础上结合其他地理属性信息。
1 技术路线
1.1 总体技术路线
首先完成矿区E级GPS控制网建立, 再以低空无人机航空摄影方式获取矿区全要素数字地形图 (DLG) 、数字正射影像 (DOM) 、数字地形模型 (DEM) 、城市三维景观模型等空间定位的基本信息数据, 利用Visual Studio.Net作为开发工具、C#作为开发语言, 对当前最先进的虚拟现实三维GIS平台Skyline进行二次开发, 建立介休地区“数字化”三维地理信息系统平台。总的技术路线流程如图1所示。
1.2 技术依据
平面坐标系统采用1980西安坐标系。高程基准采用1985国家高程基准。为了保证汾西矿业集团公司介休地区“数字化”三维地理信息系统构建工程建立在国家统一的测绘基准和测绘系统上, 其成果符合国家测绘产品标准化、规范化的要求, 生产作业执行的有关国家技术标准和规范主要有:《数字城市地理空间信息公共平台技术规范》 (CH/Z 9001-2007) ;《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图航空摄影规范》 (GB/T 6962-2005) ;《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图航空摄影测量外业规范》 (GB/T 7931-2008) ;《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图航空摄影测量内业规范》 (GB/T 7930-2008) ;《城市基础地理信息系统技术规范》 (CJJ 100) ;《1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形图图式》 (GB/T 20257.1-2007) ;《1∶5 000、1∶10 000地形图图式》 (GB/T 20257.2-2006) ;《全球定位系统 (GPS) 测量规范》 (GB/T 18314-2009) ;《城市三维建模技术规范》 (CJJ_预标准) 。
2 关键技术
2.1 基础地理信息数据获取
近些年来, 低空无人机测绘航空摄影系统实现了低空航空摄影所获取高分辨率影像数据, 经众多科技人员和生产单位的研究与生产实践[5,6,7], 证实这种技术方式能满足区域大比例尺DOM、DEM、DLG数字产品快速生产的需求。采用无人机低空航摄系统进行区域基础地理信息数据获取时, 应注意以下几个方面。
1) 航空摄影影像应清晰、层次丰富、反差适中、彩色色调柔和鲜艳、均匀, 相同地物的色彩基本一致。太阳高度角的选择应保证阴影不大于2倍。
2) 航摄像片平面控制点和平高控制点相对邻近基础控制点的平面位置中误差应不超过地物点平面位置中误差的1/5;高程控制点和平高控制点相对邻近基础控制点的高程中误差应不大于1/10等高距。
3) 外业调绘采用先室内判读、立体测图, 后野外检核和调查, 再室内修改和补充调绘的方法。严格依据实际地形地貌地物, 走到、看到、量到、问清、绘准, 判读准确, 描绘清楚, 符号运用恰当, 各种注记准确无误。
2.2 三维建模技术
三维建模采用的软件是美国欧特克公司的三维建模软件3 ds max 2012, 建模方式为建筑物外表面的几何结构建模, 用模型和贴图表现大量的实体几何结构。
根据测区1∶1 000地形图和1∶5 000地形图进行模型大小及位置定位, 将CAD电子图导入3ds max, 在线划图的基础上对建筑物、道路、街块等重新描绘, 最后再利用描好的轮廓线立体建模。
三维模型包括地形模型、建筑模型、交通设施模型、绿化模型以及其他模型等, 各类模型按照表现细节的不同可分为LOD1、LOD2、LOD3、LOD4四个细节层次, 按照表1的规定确定。
其中, 对不同细节层次地形模型的规定如下: (1) 地形模型LOD1应为反映地形起伏特征的几何模型。 (2) 地形模型LOD2应为反映地形起伏特征和地表影像的模型。 (3) 地形模型LOD3应为反映地形起伏特征、地表形态及其影像的模型。 (4) 地形模型LOD4应为逼真反映地形起伏特征和地表形态的模型。
3 成果评价
3.1 三维模型评价
建筑模型均为精细模型, 其基底轮廓线使用1∶1 000比例尺地形图中建筑物的基底轮廓线直接生成, 并与地形图保持一致。其立体屋顶、凹凸的阳台、一楼突出门厅等几何结构均用几何实体表现, 能精确反映建筑的立面、屋顶结构形式等细节。
精细模型使用的纹理材质均与建筑外观保持一致, 可实际反映出纹理的实际图案、颜色、透明度等, 可区别出砖、木头、玻璃等不同质地。纹理中没有包含建模物体以外的物体。
标准模型中使用的纹理的图案、颜色等均与建筑外观一致。可准确表现建筑物的几何实体结构, 部分实体结构被忽略但不影响建筑物的真实性。小区居民楼一些小的角顶、凹凸的阳台, 一楼突出的门厅等几何结构采用贴图表现。
3.2 三维地理信息系统评价
介休地区“数字化”三维地理信息系统采用网页形式打开, 经测试该系统在IE8或IE9浏览器中均可正常打开。系统采用流处理方式加载场景模型, 经过反复测试, 场景模型的块流出宽度为1 200 m左右, 在视点小于3 500 m时显示场景模型, 模型由远到近时显示不同精度的纹理, 当视点小于100 m时显示最清晰的纹理。
系统可实现360°全方位自由漫游, 可通过鼠标滚轮实现前进后退和旋转视角, 也可通过键盘快捷键来控制漫游。系统在正常使用时会占用大量电脑资源, 但不会有系统崩溃等内存溢出问题, 可正常持久运行。
系统界面及部分场景如图2、图3所示。
4 结语
数字化是一种先进的生产力, 如“数字北京”“数字太原”“数字奥运”等都会提升整体的城市形象及国家形象, 汾西矿业集团公司介休地区数字化标志着汾西矿业集团公司新时代的形象, 标志着汾西矿业集团公司的精神文明和物质文明的建设走在了信息化时代的前端。在当前阶段所实现的介休地区“数字化”三维地理信息系统, 可作为企业内员工和社会各界人士对汾西矿业集团公司进行了解的平台和汾西矿业集团公司对外的企业名片, 为企业的管理和发展提供了革命性的手段。
但是, 现有成果仍然有很多不足之处, 应做更进一步的研究工作, 具体如下。
1) 在现有成果的基础上, 加入各种地面监控等硬件设备的实时信息, 建立一个完善的三维地面监管系统。
2) 并入煤炭集团下属各煤矿企业的地面、地下三维系统, 最终建立一个包括地面信息、煤层、巷道、井下运输、供电、通风、防尘、避灾路线、抗灾路线、生产调度、监测监控、安全管理、设备管理等信息层的三维空间信息管理平台。
3) 结合地下管线、规划、土地、绿化、道路、环境、经济、开发、房地产、人口、商业、工矿企业、电讯、电力等所关心的信息, 建立数据库, 进而建立各种信息管理系统和监控与决策系统, 如综合市情系统, 企业规划系统、配电管理系统、土地管理系统等等。
参考文献
[1]孙敏, 马蔼乃, 陈军.三维城市模型的研究现状评述[J].遥感学报, 2002, 6 (2) :155-160.
[2]顾朝林, 段学军, 于涛方, 等.论“数字城市”及其三维再现关键技术[J].地理研究, 2002, 21 (1) :14-24.
[3]高云琼, 徐建刚, 黄照强, 等.一种城市三维建模的集成处理方法[J].中国图象图形学报, 2002, 7 (3) :282-286.
[4]叶建设, 李学军, 王林旭, 等.数字城市应用研究与关键技术[J].系统仿真学报, 2006, 18 (增刊1) :147-153.
[5]王志豪, 刘萍.无人机航摄系统大比例尺测图试验分析[J].测绘通报.2011 (7) :18-20.
[6]杨瑞奇, 孙健, 张勇.基于无人机数字航摄系统的快速测绘[J].遥感信息.2010 (3) :108-111.
三维网络地理信息系统 篇6
当前以CIMS和CAD等系统和信息技术在不断的更新和发展,要求有一种以分布式的总线系统来实现网关互相操作、控制及模拟的全数字化的“三维一体”的大容量的系统,因此基于网络的智能控制系统的出现,为解决这问题提供了可靠的依据。当前因以太网的低成本和高性能,使以太网受到许多工控产品公司的青睐。但是以太网毕竟不是为工业控制的目的而设计的,信号的碰撞而引起的信息传递时间的随机延迟成为了限制以太网在工业控制领域中的应用范围。但是以太网的速度从最初的10Mb/s发展到100Mb/s到现在的千兆光纤网络,在一定程度上缓解了上述矛盾,但还不能从根本上解决此问题,因此本文就核心控制器的控制下网关互相操作、控制及模拟的“三维一体”的总线结构系统,核心控制器开发及其应用进行阐述。
1“三维一体”的网络智能系统的特点
1.1 强大的现场级信息集成能力
系统能从现场设备获得大量信息,能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。对于任何数字化的通信网络,它不单取代4-20mA信号,还要实现设备状态、故障、远传参数。系统除了完成远程的控制,借助核心控制器,还能完成大量的远程参数化(简称”三维一体”核心控制器)来处理各项数据、信息和控制信号。
1.2 开放性、互换性、互操作性的需求
系统的开放性,允许其他厂商将自己专长的控制技术,如控制算法、工艺流程、软件开发工具等集成到通用系统中,通过网关的互相操作,实现智能控制的功能,对家具智能系统和磨粉机控制优化有独到的优势,因此不同厂商的产品使用统一的标准,设备在系统中具有互操作性和互换性,兼容性良好。
1.3 系统可靠性高、可维护性好
采用总线连接方式替代一对一的I/O物理连线,在I/O系统中减少由连线点,增加可靠性。该系统具备在线故障诊断、报警、记录功能,实现远程参数初始化、修改、收集等参数化工作,系统的维护性大大增强。
随时诊断设备的运行状态,智能化技术含量增加
系统能将传感、测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成。
1.4 大大降低系统成本
该系统的分布式特性,对大规模、大范围的系统,利用综合网络布线,大量直连信号线及相关的敷设工程费用,降低系统成本。
综上所述,以控制器为核心,以以太网作为控制网、以各种现场总线作为设备网、多厂商设备并存的,实现网关互相操作、控制及模拟的“三维一体”的总线结构系统将是近几年来总线技术和控制技术的发展方向之一。
2 系统结构
“三维一体”系统的企业级配置由控制网、监控网以及网关操作网,共三级网络构成;系统结构如图1所示。
在实时操作系统的Nucleus的平台支持下,控制器在实现其”三维一体”的过程中起到神经中枢作用,负责解算组态逻辑、主站卡的现场数据采集、通过主站卡将解算后产生的控制信息送到现场的作用,因此控制器是”三维一体”系统的核心;它的功能与工业控制PC机相似。它主要有C P U、R A M、E 2 P R O M和R O M等芯片,还有两个接口,一个向下接收I/O总线来的信号,另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法(有的DCS称为功能块库)。在库中存功能块,如算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算一次滤波、PID、带死区PID,积分分离PID,正弦、余弦、X-Y函数发生器、超前-滞后;先进的算法有史密斯预估、矩阵乘、C语言接口、矩阵加;逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来,还与人连系起来。功能块越多,用户编写应用程序(即组态)越方便。组态按照工艺要求,把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。(说明:因为E2PROM可以擦写,组态要随工艺改变而改变,所以把组态存在E2PROM中)。不同用户有不同组态。组态时,用户从功能块库中选择要的功能块,填上参数,把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。因此控制器在组态模式,运行后就成为运行模式。
有关核心控制器进程和数据流程,如图2所示。
2.1 实时操作系统平台
实时多任务操作系统是指多个任务并发执行,并能在适当的时间内可靠的响应各类外部与内部事件的操作系统。工业环境中,有些信号变化频率非常快,要求计算机系统在几毫秒甚至几微妙内采集一个数据,并记录保存它;某些重要的状态如发生突变,表明有事故发生,也要求计算机系统在几毫秒内对它的相关部件发出控制信号,并记录当时时间及各相关量的状态或数值,以便分析事故发生的原因。如电力系统中,要实时测量多处电力负荷,分析故障并进行保护,都必须选用实时性非常好的实时操作系统。该决定因素是“系统响应时间”,除了与CPU的时钟频率、字长、指令有关外,更主要取决于操作系统对事件中断的响应能力以及对程序运行的调度方法。
2.2 BOOTLOADER与系统引导
“三维一体”中的控制器启动是由两部分组成,(即bootloader加载定位工具和系统引导初始化部分)。Bootloader是一个HEX文件加载定位工具,它根据HEX文件中的段和偏移量信息把用户目标代码定位到适当的内存空间,然后把CPU控制权移交给用户程序,用户程序得到目标代码后,引导代码便开始初始化硬件目标系统。初始化包括目标板硬件初始化、GDT和IDT初始化、实模式转换到保护模式、GDT和IDT从ROM到RAM的拷贝,中断系统初始化等。
3 系统应用
“三维一体”系统给电厂厂生产控制、IT企业网关互相操作和模拟实训的环境带来了真正的开放式技术,同时又实现了系统的本质安全。在该系统中,集成了生产、管理、控制、模拟与实训、分析等各项功能,实现企业各系统间的资源共享,比较早前的CIMS/CIPS的功能更完善、结构更先进。它是涵盖了现场总线的更大范围的系统集成,是在控制技术和网络集成技术的新应用,随着系统应用的加大,将推动整个行业技术提高和发展,因此将对国民经济的发展发挥提供更良好的技术环境,该系统已在以下系统中得于应用。
3.1 家居智能控制系统的应用
随着人们生活水平的不断提高,对家庭的自动化的水平要求也越来越高,经常人们会碰到家里的粉气忘关了,在办公室才发现风扇、电灯、空调一直在运转,门忘了反锁…等等。现在有了图3所示的系统,它们满足你的家居的智能更个性化要求。
该系统总体特点是结合“三维一体”系统的基本构成原理,将由控制器、智能开关、智能锁控系统、安全防范系统等组成;它们通过全无线(或蓝牙技术)的方式进行通信,对系统的一种扩充,它们通过双向信令的应答方式进行通信。
因基于可视对讲的图像系统因为数据采集量大,无法与家居智能控制系统结合在一起,因此采用该方式,实现可视网关系统与智能控制系统一体化角色,它涉及到网关和控制总线的协议转换和硬件兼容的问题:下图表示是:家庭可视网关智能控制系统的应用结构图,如图3所示。
3.2 磨粉机优化控制系统
在磨粉机控制系统中的主要的控制见图4,主要包括温度、负压回路和存料量回路,,控制的目标是在保证磨出口温度和入口负压正常的前提下,将存粉量控制在最佳值。因制粉磨是一个多变量、延迟大控制对象,传统的PID控制器无法胜任,因此采用“三维一体”系统中的控制器控制算法,实现更好的优化控制效果。
4 结论
综上,“三维一体”网络智能系统,不仅能实现传统意义上的控制,又能实现以控制为手段,网关互相操作为目的的信息数据的共享,进而实现操作过程的模拟与培训;它的应用推广将为行业和国家实现低能耗、高附加值的产品或项目提供良好的技术革新和支持。
摘要：工业控制技术的高速发展,使得以网络为核心的企业建设成为了现代企业的代名词。由于现场总线技术适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向,当前对于工业控制技术的应用有了非常高的要求;本文阐述了在核心控制器的控制下网关互相操作、控制及模拟的“三维一体”的总线结构系统,同时介绍了其在智能锁控系统和磨粉机优化控制的应用。
关键词：三维一体,多总线结构,智能锁控,核心控制器
参考文献
三维城市规划信息系统建设研究 篇7
城市规划一直是对三维可视化技术需求最为迫切的领域之一, 随着“数字城市”建设的深入发展和科学技术的不断进步, 城市规划对城市空间信息化应用的需求越来越高, 传统的二维数字地图已经不能满足现阶段城市规划及管理的需求。因此各地都把建设三维城市规划信息系统作为提高城市规划及管理水平的重大战略措施。
1 相关技术研究现状
当前, 一个三维“数字城市”建设的热潮已经悄然兴起, 北京、上海、武汉、重庆、哈尔滨等城市相继提出了三维“数字城市”建设规划, 目前已经开始应用于规划方案展示、三维报建、项目宣传、招商引资等工作中, 并且发挥了重要的作用。
沈阳市于2008年开展了此技术的研究, 通过三年的探索与研究目前已建设完成了近100平方公里现状与规划重点地区的三维模型, 该系统也逐步在一些规划项目中得到了应用。随着三维模型建设范围的不断括大, 该系统在规划设计、规划管理中的应用将会发挥出更重要的作用。
2 系统建设现阶段的主要问题
近年来, 三维数字城市的建设在我国发展十分迅速, 各个城市已由研究阶段开始进入了实施阶段。尽管许多城市都积极开展了城市三维信息平台及相关数据库的建设工作, 但目前仍然有很多问题有待解决, 主要有以下几个方面:
2.1 三维数字城市系统的理论框架
目前二维地理信息系统的理论框架比较完善, 但是对于三维数字城市系统的理论框架研究各城市尚未形成一致的意见, 缺乏完整统一的理论基础。
2.2 数据的标准化
数据标准化是信息系统建设、应用及维护的根本, 是数据生产和共享的前提, 目前各地还缺乏统一的数据标准。
2.3 数据的采集与处理
系统数据的来源多种多样, 来自社会各个领域各个部门, 并且以多种的数据格式存在。数据来源的多元异构性使得数据融合的操作非常困难, 也增大了数据处理的复杂度。
2.4 城市三维数据的更新与维护问题
城市建设直接导致城市空间数据的变化, 因此城市三维数据的更新不仅需要技术手段, 更需要从管理手段方面着手, 建立更新维护的工作机制。
3 系统建设内容
3.1 系统研究内容
三维城市规划信息系统主要是建立一个城市空间信息与规划信息高效集成的城市三维模拟平台, 将城市地理、地籍、规划、人口、经济、社会等复杂信息以该系统为载体, 并虚拟仿真, 实现可视化。提供在三维可视化环境中的信息查询、统计和分析, 为各级领导决策提供支持。它是“数字城市”建设的基础框架, 通过该系统的建立, 能更好满足城市建设发展的需要, 提高城市规划管理信息化的水平以及规划局各项工作的效率, 更好地为城市建设服务, 为领导决策服务。
3.2 系统关键问题解决办法
3.2.1 建立系统总体框架结构
通过对国内其他城市相关系统的考察, 同时结合自身的工作特点确立沈阳三维城市规划信息系统的理论框架 (如图1) 。系统主要包括数据库、系统功能、系统应用三个部分。
3.2.2 制定系统标准化体系
三维城市规划信息系统的建设是一项涉及面广、技术新, 工作量大的系统工程, 在系统建设过程中, 必须采用分步实施、稳步推进的策略。在分步建设的过程中, 必须有统一的规范和标准, 才能保证系统的一致性。系统标准化体系在整个系统的建设中起着决定性作用, 它决定了整个系统的应用前景、后续拓展以及与其他系统的兼容性。系统标准主要包括两个方面:
1) 数据标准
系统标准化体系的核心是数据的标准化和规范化, 数据标准包括数据分类与编码标准、数据生产规范、数据质量控制标准。
2) 业务应用标准
业务应用标准是贯穿规划部门所有业务、各种数据以及业务流程的规范和约束, 是在系统建设基础上所形成的业务规则和管理标准。
3.2.3 规范数据采集与处理流程
针对数据采集与处理的各个环节都制定相应的规范, 包括收集和整理特定比例尺的测绘资料;野外实地调绘各类地物空间与属性信息;采集相关地物的纹理影像;现状立面拍摄等都要有相关标准控制。
3.2.4 建立城市三维数据的更新与维护机制
城市的改造与建设都将对系统数据产生影响, 系统三维数据的维护与更新需要与项目的建设审批和验收紧密结合, 需要建审和验收部门及时反馈项目信息和资料, 这样才能保持该系统的现势性。
3.3 系统主要功能
本系统主要是为规划审批、领导决策、规划方案设计提供辅助作用, 系统的主要功能分为四部分:
3.3.1 实现城市空间漫游
沈阳三维城市规划信息系统中的三维数据包括现状三维数据和规划三维数据, 所有的三维数据都要严格遵照地形图、现状照片、规划条件, 并按照真实尺度进行制作。因此在该系统中可以真地实感受城市空间, 全方位、多角度在场景中漫游, 真实地看到规划方案建成效果。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。运用该系统可以快速导出效果图和动画视频文件, 解决以往表现手段的弊端, 这一功能将是对传统表现手段的一次革新。
3.3.2 规划分析
运用该系统可对多个方案进行多屏对比分析, 可以从不同角度、不同的方位同时观察多个规划方案, 比较不同方案对城市景观、周边建筑的影响, 以直观的方式评估各个方案的优缺点。
3.3.3 辅助规划管理与决策
运用该系统规划师与规划管理者在有准确坐标的三维城市空间中, 论证规划、景观与建筑设计方案的可行性, 通过对方案建成前后进行描绘, 这样就可以减少甚至杜绝实际建成效果与设计意图偏差很大的情况。
3.3.4 完善城市规划信息系统
通过该系统可以把城市所有的三维数据统一的整合起来, 并且把城市的信息以三维数据为载体加载到该系统中, 同时该系统支持信息的快速查找功能。
3.3.5 展示规划成果与城市形象
系统建成后可以在规划展示馆及互联网向市民展示城市建设的成果和公示重大城市建设项目, 本系统将成为展示城市形象和宣传城市的重要窗口。
4 系统在城市规划中应用实践
该系统提供了准确的城市空间信息, 包括现状建筑、规划建筑、道路系统、绿化等信息。因此我们可以利用该系统进行项目现状调研、现状情况分析、分析规划方案对周边环境的影响等。目前该系统已在城市规划、景观设计、交通规划、辅助审批、规划展示馆等工作中得到极大的应用。
案例一:太原街地区战略规划与城市设计 (现状与规划方案对比)
案例二:金廊沿线绿化景观规划 (改造前后对比)
案例三:沈阳市城市规划展示馆数字沙盘影院 (展示城市建设成果)
5 结语
三维城市规划信息系统的建设将会大大提高规划项目的评估质量, 提供了全新的城市规划、建设和管理的调控手段, 使沈阳城市的规划与建设具有更高的效率。该系统将为认识城市打开了新的视野, 经济效益和社会效益潜力巨大, 必将大大地加速城市科技和城市文明的进程, 推动城市的发展。该系统的建设是一项长期的工作, 需要大量的人力、物力和财力的投入, 随着系统的不断完善, 怎样将该系统广泛的应用于城市其他部门中成为下一阶段新的挑战。
参考文献
[1]李成名, 王纪周, 马照婷.数字城市三维地理空间框架原理与方法[M].科学出版社, 2008.
[2]宋小冬, 叶嘉安, 钮心毅.地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用[M].2版.科学出版社, 2010.
[3]詹庆明.城市规划中的空间地理信息与决策支持[M].武汉大学出版社, 2009.
三维网络地理信息系统 篇8
与传统的二维展示方式相比，三维漫游技术有更强的创造性、互动性和身临其境感[1]。三维漫游技术的使用一方面为真实场景的定制提供仿真平台;另一方面大大缩短观察者与场景的距离[2]。三维漫游系统往往需要调用数据并生成三维模型[3]。这极大地影响了系统运行的效率，降低了用户的体验[4]。为了使场景更流畅，一般会采用LOD(level of detail)模型[5]。LOD模型不仅能保证比较真实的视觉效果，还可以提高复杂场景的生成和显示速度[6]。因此，在交互式可视化、虚拟现实等领域得到了广泛应用[7]。
三维漫游系统的三维模型总量是非常多的。用户在某一时刻只会用到当前视域范围内的模型。当用户漫游时，系统需要把可能被访问到的模型文件提前调入内存，否则会极大地影响系统运行效率，降低用户体验。而系统内存的容量是有限的，这就要求系统在内存中保留最有可能被用户访问的数据。然而怎样选择模型进行预取是一个关键的问题。目前比较有效的方法是使用基于概率统计的方法进行预取。根据访问日志，按访问次数对模型进行降序排列，然后把排在前面的若干模型预取进入本地缓存。这种方法可以较为有效地预取模型，实践表明，其命中率可以达到40%[8]。但根据历史记录进行预取的方法也有着它的局限性。该方法仅仅局限在判断过去访问过的模型，当场景更新速度较快，新模型数据较多，或者模型总数太多时，这种方法便无法达到理想的效果[9]。如果系统能根据每个模型的特征信息，对模型被访问的可能性做出高准确率判断，就可以有效地选择模型并进行预取，由此提出了一种基于神经网络的依据特征的模型预加载智能系统。经验证，无论模型是否之前被访问过，该系统都可以有效地判断该模型被访问的可能性。从而提前预取模型到内存中，提高运行效率，改善用户体验。
1 基于神经网络的依据特征的模型预加载智能系统
首先该系统不需要管理员手动判断和设置每种模型特征的影响系数，而是神经网络自动调整权重值，来建立一个含有预测变量的函数。其次，神经网络为每个模型预测出一个非二进制的值，这个值反映模型将被访问的可能性。这样就可以把模型按被访问的可能性大小进行排序。
1.1 特征目录
模型的特征大致可以归为三类:外观特征、功能特征和相对位置特征。通过对某一特定三维场景的模型特征进行归纳整理，可以得到一个特征目录。列入目录的每个模型特征对应着一个输入单元，每个输入单元被分配一个值。这个值是从它本身的特性或者与某种参考基准的相对关系得到的。以一个变压器为例，它的变量可以是二进制值的，比如用1和0分别表示此设备是或不是核心设备。相关变量也可以是一个可以连续变化的变量，比如表示此设备与视点的距离或者此设备高度等。通过这种方式，每个模型被分配一组值，每个值代表一个特征。
1.2 特征选择
模型的特征目录往往包含大量的特征，因此只选择全部目录的一个子集来减少特征的数量。筛选时，把相互之间类似或极其相关的特征找出来，选择有代表性的特征加入特征目录。在此过程中不考虑用户的请求，只依据了特征的属性和它们之间的关系[10]。
1.3 基于神经网络的模型预取
模型预取过程使用的是计算机学习的方法，根据产品目录上选定特征的变量来预测每个模型将被请求的可能性。使用米切尔所指出的约定来规范学习方法:“计算机程序从经验E来学习，经验E由某类任务T和实测结果P而来。任务T中的表现通过P来测定，通过经验E来改进[11]。
在此次应用中，任务T:预测模型被请求的可能性。表现效度P:预测出的模型将要被访问的可能性和从历史服务中得到的真实的可能性之间的平均误差。训练经验E:模型的特征和各模型的请求数以最大请求数作归一化后的相对值。
人工神经网络(ANN)是一种人工智能技术。每个人工神经元需要一些数值xi作为输入(代表一个或者多个树突)，并使用权重wi计算这些输入的线性组合。输入变量通过线性运算激活函数或者传递函数，最后输出一个单一值，如图1所示。
神经网络在学习阶段得到权重值wi，所以对于给定的输入可以获得所期望的输出。在提出的系统中，网络权重通过使用二元组(x,t)的形式进行有导师的训练。把服务器日志收到的每个模型的请求数以最大请求数作了归一化。每个训练实例的输出对应于这个归一化后的数值。例如:((x主要设备=1,x距离视点=0.4,x高度=0.6)t=0.9)。
使用了一个特殊的前馈型多层感知器神经网络，此网络中每层的单元与前一层的所有单元相连。
古典误差反向传播算法一直是最流行的神经网络学习技术。为了提高学习速度，使用的是Levenberg-Marquardt算法，以加速学习[12]。该算法是最快的训练算法，它比简单的按梯度下降的传播训练快10～100倍[13]。
1.4 模型预加载
神经网络经过训练后得到权重值。使用这些权重，系统可以为每个模型进行评估，得到的值就是所预测出的模型将要被访问的可能性。系统根据每个模型的可能性以从大到小的顺序把这些模型存入缓存，直到内存资源消耗达到所设定的极限。因为系统需要事先获得过去的历史访问记录。所以在服务开始阶段，会有一段时间的延迟。必须收集到足够的统计数据，程序才可以正常的运行。
2 实验过程
该方法基于以下假设:
H1:可以在一组模型特征和所观察到的访问结果之间建立映射。
H2:一个基于特征的预取策略可以在耗用适当的内存资源同时表现出令人满意的性能。
H3:利用当前的缓存数据建立的预测系统，可以高正确率的预测未来的请求情况。
只要这上述假设是正确的，在系统开始记录缓存的工作数据一段时间之后，就可以进行模型预加载了。预测系统可以用来预测哪些模型更可能会被用户请求，并预加载这些模型，以提高服务质量和用户体验。
2.1 数据来源
数据来源于某变电站的三维实时监控与装配管理系统。此数据集为3个月内的55万次请求。该系统既可以通过直观的三维界面来提高变电站的智能监控水平，同时又可以使工作人员通过对电气设备的装配练习来提高事故处理能力，从而整体上提高变电站运营管理水平。研究范围覆盖了50多种电气零部件模型，该系统内的模型精度分28个级别，每提高一个精度级别，面数就增加为原来的4倍。
训练数据集为2011年3月18日服务器收到的4867个请求。用于评估的数据集，包括从2011年3月19日到2012年6月18日(三个月)从服务器收到的545 133个请求。
2.2 特征
首先，27个特征被归纳出来。这些特征囊括了此变电站三维场景所有的设备、配套设施及景观的外观特征、功能特征和相对位置特征，之后关联度较高的特征被找出来，每组相关度高的特征只保留其中1到2个。这样就在信息损失最小的情况下，把目录中的模型特征减少到了19个，如表1所示。
2.3 系统训练
神经网络模型一般是通过不断改变网络的体系结构直到达到最佳配置而建立起来的。因此对单隐藏层和双隐藏层都进行了测试，测试选择的隐藏神经元的数量在3个到10个之间。
被选定的结构的输入层有19个输入层(每个特征有一个输入)，一个含有6个隐藏节点的隐含层和一个单一的输出，如图2所示。根据标准惯例，它可以记作19/6/1网络。
隐藏层中使用的传递函数为tangent-sigmoid函数，它可以把无限范围的数值通过非线性变化缩放到(0,1)这个区间内。而输出层的传递函数是一个线性函数。
把输入通过一个简单的线性缩放(如式(1)所示)进行归一化，所有的值都属于区间[0,1]。其中x和y分别是表示归一化之前和归一化之后的数据值。xmax和xmin分别是所有数据中的最大和最小值。ymin和ymax定义标准化区间。这可以让网络的学习进程加快很多。
神经网络通过2.1节中描述的的访问日志进行有导师的训练，数据被归一化到区间[0,1]内。
以某变压器模型为例:
输入变量中，除x14、x16与x19外均为二进制，分别用1和0表示符合或者不符合该特征。以x1为例，变压器属于主要设备，因此x1=1。
x14、x16与x19均为连续的实数值，将其归一化到[0,1]区间内。以x14为例，视点与该模型的距离为60 m，与场景内模型的最大距离为200 m，与未进入视野的模型的最小距离为20 m。将数据带入式(1)归一化后，得到x14=0.22。
在训练集数据中，该模型被访问了320次，所有模型的最高被访问次数为401，最少被访问次数为0，代入式(1)归一化后，得到t=0.8。
众所周知，神经网络容易过度拟合。如果神经网络的训练次数太多，它会学习到很多训练数据中的不相关的细节，这就导致了错误的结果。因此，确定算法训练的停止条件是至关重要的工作[14]。使用了一个交叉效度数据集来检测过度拟合，训练样本集被随机划分为若干个不相交的子集，神经网络进行训练时，每次都留出其中一个子集作为验证集，并以验证误差的平均值评价网络模型，在验证误差比率开始上升的时候停止训练。
然而，现在实验期间，验证误差在验证实例中一直是单调减少的。所以这个停止条件从来没有达到过。曲线很快就变得平坦，系统的性能也不是总随着训练而提高。因此，训练在梯度误差减小到10-5时结束。
2.4 简化模型数统计方法
鉴于我们的LOD模型面数以指数增长，每次请求可能访问的只是某种模型的某个精度级别的模型。同样情况下，访问一组模型中更高精度的模型和较低精度的模型的意义是不同的。因此，我们在统计访问次数的时候采取一个加权的方法。把不同分辨率之间的模型的访问量，用一个约定来换算。如果用l级别的模型的访问量来表示m级别的模型的访问量k，那么其访问次数为n=4m-1·k。
这样，所选则的特征跟简化之后的模型访问量进行映射，而不是跟每个模型访问量进行映射。该系统内模型分28个级别，取精度级别处在中间(14级)的模型作为基准级别，此后的神经网络的训练、验证和测试都在这个基准下进行。
2.5 衡量标准
项目对所提出的方法进行了评估，使用了高速缓存命中率(CHR)和字节命中率(BHR)，两种最常用的缓存性能评估指标。为了验证先前的假设，我们使用了三维变电站实时监控与装配管理系统的请求日志。请求日志分为两个时间范围。第一部分用来训练神经网络，第二部分是用来验证建立起来的神经网络系统所做预测的命中率。
3 实验结果和讨论
对上述神经网络进行训练，使解释变量(模型特征)与因变量(用户请求数据集)产生合理的关联。如图3所示，对神经网络进行了一个快速收敛的实验。作为停止条件的最小梯度，在迭代33次之后达到了。
高速缓存命中率和字节命中率都达到了较高的值，如图4所示。在预取过程中，首先按照预测出的被访问的可能性进行降序排列，然后优先预取最可能被请求的模型，直到内存资源消耗达到所设定的极限。
上述基于特征的选择方法，在短时间内(一天)来训练神经网络模型，即可以做出准确的长期预测(三个月)。曲线在开始阶段快速地上升，在预取模型占模型总数的比例达到20%时开始趋于平缓，预取模型比例在20%到90%的曲线中间部分比较平坦，说明增加进入缓存的模型对提高高速缓存命中率没有意义，因为有很多模型基本上不会被请求到。在预取模型比例从90%到100%的曲线的最后部分，命中率的提高是因为之前被错误地认为不会被请求的模型进入到了缓存里。
经验证，使用神经网络算法，基于特征的函数所建立的预取系统取得了较高的正确率。我们认为假设H1和假设H2是正确的。此外，假设H3由长期的准确预测而得到证实。
4 结语
为了提高三维场景的流畅度，当前主流的技术先将模型文件存储在内存里，使访问速度更快。然而，当需要存入的模型太多时，存储需求的增长会难以处理。
提出了一个基于神经网络的智能系统，可以自动地决定模型存入缓存的优先级。目的是把最有可能在未来被请求的模型保持在缓存中，在资源消耗不变的情况下，为用户带来最好的服务。神经网络在初始训练阶段，使用一个特征目录，通过过去的访问数据对系统进行有导师训练。
系统在经过训练之后，仅输入待预取模型的特征，即可得到该模型将被访问的可能性，而不需要此模型的历史访问数据。这样，系统不但可以较为准确地判断原有模型被访问的可能性，对于新加入场景的模型，也可以同样的作出判断。此方法尤其适合于模型总量较多或模型更新较快的三维场景。
实验结果表明，该系统能基于特征和过去的访问资料，有效地预测未来对模型的访问情况。
人工神经网络也有它的缺点，就是它只有有限的能力来明确地识别因果关系。它很难诠释所估计的神经网络的每个权重的含义，它也很难找出，对于一个特定的输出，哪些变量起到的作用更大。此外，神经网络建模需要更多的计算机资源。
输入特征的选择在模型建立过程中是至关重要的。不相关的和冗余的输入特征不但使网络结构更复杂，而且还会降低该模型的性能。出于这个原因，在接下来的工作中，应该在特征选择方面纳入更先进的数据筛选技术。系统也可以使用更好的内存替换策略，以除去访问率低的模型，以便腾出存储空间。
摘要：三维漫游已经成为十分普遍的远程游览或监控的一种方式。三维漫游过程中,系统往往需要动态调用数据并生成三维模型,这会影响系统运行的效率,降低用户体验。针对这一问题,提出一种基于神经网络的智能预取系统。历史访问日志中,模型的特征与被访问频率之间的映射被提取出来,并用以训练系统。系统可以根据模型特征判断哪些模型更可能被用户请求到,并把它们提前存入内存中。通过某三维变电站实时监控与装配管理系统对该预取系统进行验证。结果表明,通过短时间(一天)对系统的训练,即可做出长期(三个月)的高准确率(90%)的预测,有效提高了系统运行的效率。
三维网络地理信息系统 篇9
当前科学技术迅速发展,很多先进的技术被应用到我们的工作当做,提高了我们的工作生产效率。在公安系统中,地理信息系统就得到了越来越普遍的应用,并发挥出关键的功效。在公安业务的开展中,地理信息系统多被应用于指挥工作的开展以及巡逻任务的完成,除此之外,刑事案件侦破,人口调查,治安管理,维持交通、警署保卫工作以及反对恐怖组织等工作也对地理信息系统有了越来越多的需要,通过将这些工作开展的相关讯息附加在该系统中,能够提升公安部门的工作效率以及工作所取得的效果[1]。传统的警用地理信息系统都是建立在二维平面矢量地图和影像地图的基础上,已经越来越不能满足公安系统的信息化的要求。这是由于二维地理信息系统从根本上来说是作用在抽象符号基础上的,它本身有着不易改变的不足,无法带给人们真实的感觉[2]。二维地理信息系统把周边的生活环境及一切事物都通过抽象符号转换成简易的二维模式,这样一来它一定是无法满足三维事物的展现需求。而三维地理信息系统对真实环境的体现更加的写实,更加可以带给我们真正的感官体验,它通过立体的形式为我们带来现实的三维空间,更加有利于工作的开展[3]。三维警用地理信息管理系统(3DPGgis)是在计算机上实现三维地理信息与人口、场所、案事件等公安业务数据库信息有机结合的管理系统。
2 研究主要内容及关键技术
2.1 研究主要内容
研究如何将APl技术应用到系统当中,选择B/S的架构方式构造公安三维地理信息系统。使得这种系统可以将实际的环境通过三维的形式更加生动写实的展示出来,且将所得信息输入合并到之前的二维系统内,同时结合公安业务开展的实际需要进行新功能的研发。
2.2 关键技术
2.2.1 三维地形数据集构成
通常情况下,三维地形数据集是指包含数字高程模型(DEM)的地形数据集。3DMAX中的三维地形数据集是一种融合遥感影像、数字高程模型以及各种矢量地图的数据集,是进行三维场景浏览的基础数据,需要利用Arc Gis系列软件中的TB软件来创建。TB是创建可在产品中TE Pr0显示的带精确地理坐标、具有照片实景效果的三维地形数据集(*.mpt)的软件。该软件能够实现不同分辨率、不同格式的遥感影像、数字高程模型以及各种矢量地理数据的融合与叠加,迅速方便地创建海量三维地形数据集[4]。利用TB创建三维地形数据集的流程图如图1所示:
新建工程影像融合生成影像金字塔影像预处理生成三维地形数据三维地形构建流程ARCGIS。
Arc Gis产品中的TG是用于网络发布三维地形数据(*.mpt或*.tbp)的软件,为地形可视化提供了一种强大的网络数据服务器技术。即使在低带宽的情况下也能够进行最优化,实时传送3D地理地形数据,支持同时向多客户传送三维地球数据。通过TE Pr0与其连接,TG能够实现将具有地理坐标的三维地形数据集发布在基于网络的应用程序中[5]。同时,TG是基于网络无缝可变带宽的,不受连通性的中断而影响。当地形数据以低分辨率被用户所接收,用户就能够开始进行三维显示,而不用等到所有的数据集都传输完毕。这项技术的突破为用户展示了无缝的三维图像[6]。
2.2.2 三维建筑模型优化处理
LOD是被应用在三维模型当中的一种先进的技术,它能够在保持三维影像质量不受改变的情况下,将一些无关的景物进行排查忽略,这样一来三维影像所显示的画面更加简洁,能够有效提升绘制算法的开展效率。这一项技术能够针对一个事物构造很多模型,这些模型精细程度不同,结合起来观察能够得到更好的效果。在远距离观察一个事物的时候,就选择构造精细程度比较低的模型来开展下一步的绘制工作;在近距离观察一个事物的时候,就选择构造精细度程度比较高的模型来开展下一步的绘制工作。
很明显,通过该项技术在系统当中的应用可以更好的精简复杂的场景。这样不仅可以确保原有的场景质量不受改变,同时还可以提升场景的绘制速率,使得地理信息系统的实时性得到完善[7,8]。
3 系统功能概述
3.1 三维地图操作模块
该模块中主要提供地图的显示控制操作(如图层的显示控制、地图的缩放等),地图量算、二三维地图切换等功能。
3.2 三口一房管理模块
三口一房管理主要指对常住人口、暂住人口、重点对象和出租房屋户的管理。数据信息实时自动比对进入虚拟房间,可通过平台地图逐级进入“房间”,房间内的人口分别以常口、暂口、人户分离、重点高危对象和出租房屋户等不同类型显示,实现了“以图管房”、“以房管人”和“以房找人”。
3.3 警力部署模块
在三维地图上可以清晰看到派出所、警务室、卡口查报站的分布,在浏览网站时,可以明确区警力部署;网吧、旅馆及重点部位的标注。
系统给出了派出所精确的三维地理信息,用于标志所管辖的区域及联系方式。对于公众而言,可以快速找到本区域所管辖派出所,给老百姓带来及大的方便。同时一旦出现突发事件给相关部门决策带来极大的方便,提供大量空间数据信息,这是二维地理信息系统无法比拟的。
3.4 预案模块
采用GIS技术综合案件发展的时序特征和空间变化特征,制作案件动态演变预案,对于作战指挥起到辅佐作用如:进攻路线,警车,控制区,消防设备,疏散路线……等等。
3.5 警情分析模块
警情分析用来对接到的报警信息进行分析,主要功能包括:阶段报警数量专题分析;警情类别分析;警情“三高”(高发案时间、高发案地区、高发案类型)分析;警力投向与刑事发案对比叠加分析;按派出所辖区统计;按案发时间统计等功能。
3.6 后台模块化管理
后台管理维护模块主要是为管理人员提供系统维护和管理上的支持。主要功能包括对系统用户的管理、地图平台的维护、数据更新管理、系统日志管理、性能监控和数据的备份及还原等。
除此以外,API接口开放和系统二次开发系统开放主要的API接口,便于三维警用地理信息系统后期的二次开发和扩展。由于目前社会经济和公安业务飞速发展,因此要求系统应具有良好的动态性与可扩展性,通过开放API接口,进行二次来发,并能够依据实际工作情况作一定程度的动态修改、扩充和调整,并保证调整前后应用过渡的平稳性,能以零编码实现扩展[9]。
API是一组作为应用程序呼叫某个功能与服务的函数。程序设计师可依据API函数撰写程序,让操作系统或某个程序激活某个程序以执行特定的功能,本系统开放基于Web浏览器的API接口。采用通用的Java Script脚本函数接口,方便进行基于三维地图的二次开发,预留接口与其他系统结合,如:三台合一系统、GPS系统等。
4 系统特点
4.1 核心价值
1)以图强基:加强了基层民警对管理对象的信息掌握度,实现了公安基础工作可视化管理。
2)以图指挥:以更科学、更直观的方式指挥警力调度,辅助领导决策。
3)以图预警:通过对案(事)件的时间和空间分析,判断案情的发展趋势,科学制定工作措施,指导基层打防控。
4)以图作战:直观的三维地图上实现警力资源的最佳配置和部署,制作更灵活、更直观、更准确的作战方案。
5)以图预案:利用三维电子地图制定重大活动保卫预案以及对重要警卫线路进行管理。
4.2 平台共享
三维警用地理信息系统在开始设计的时候,就是一个通用的、共享的系统,可以服务于公共安全的其他部门,减少资源浪费,避免重复建设。
5 结论
三维警用地理信息系统作为集实有人口管理、场所管理、案(事)件管理、指挥调度、监控管理、机构辖区管理和公共资源管理等多种功能于一身的信息化高科技载体,将在不断开发应用中日趋完善、成熟,在实践中不断丰富“基础信息化、信息基础化”的深刻内涵,真正实现在情报信息主导下公安基层基础工作的新跨越。
摘要：目前公安已建成了多个基于二维地理信息系统业务的应用管理系统,如实有人口信息管理系统、应急联动系统、社会治安反恐系统等,然而二维在表现形式上缺失了三维空间信息。主要研究基于GML(Geography Markup Language)三维地理空间数据在公安业务实践中应用,同时也阐述如何得出三维空间相关数据和主要的技术,同时结合公安部门业务实践所需对其功能设计及其特点进行介绍。
关键词：公安,二维地理信息系统,三维空间信息,GML,空间数据
参考文献
[1]邬伦,刘瑜.地理信息系统—原理、方法和应用[M].北京:科学出版社,2001:34-53.
[2]黄杏元.地理信息系统概论[M].北京:高等教育出版社,2004:42-51.
[3]王丛光,赵凯.三维GIS技术及其在工程测量中的应用[[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2009(12).
[4]常歌.基于要干数据的城市景观建模技术研究与实践[D].中国人民解放军信息工程大学测绘学院博士论文,2001.
[5]张舒,李家龙,李鹏,郭慧莉.基于B/S构架统一的警用地理信息更新与服务体系[[J].中国人民公安大学学报(自然科学版),2005(3):90-93.
[6]翟巍,迟忠先,方芳,吕成妹.大规模三维场景可视化的数据组织方法研究[J].计算机工程,2003,29(27).
[7]张帆,史琼芳,达汉桥.Creator应用于虚拟城市三维建模的关键技术与实践[J].测绘工程,2005(1).
[8]孙美玲,李永树.GIS环境下空间数据多尺度特征及其关键问题探讨[J].四川测绘,2002(4).