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16 基于 MapX 公路 景观设计

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16基于MapX的公路景观设计,16,基于,MapX,公路,景观设计

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开 题 报 告论文题目:基于MapX的公路景观设计 院 系:遥感信息工程学院专 业:地理信息系统姓 名:梁银川学 号:200232590139指导老师:胡 庆 武一 研究的目的和意义 随着铁路，民航的发展，交通越来越发达，人们出行越来越方便，但是作为人们传统选择的出行方式坐汽车任然而且也将越来越发挥重要的作用。GIS 是地理信息系统英文名称(Geographic Information System) 的简称, 是集计算机科学、地理学、信息科学和管理科学等相关学科为一体的新兴学科。自1963 年加拿大开发了世界上第一个GIS 加拿大地理信息系统(CGIS) 以来,GIS的理论与技术历经了30多年的发展, 取得了巨大的成就。其应用已渗透到社会生活的各个领域, 引起了世界各国的广泛重视。它以图形图象与属性数据管理及模型分析为基础, 获取、存储、检索、分析和显示各种空间动态信息, 进行辅助决策, 成为政府、企业进行现代化科学管理及快速决策的强有力的工具。GIS 借助计算机, 将具有空间特征的信息可视化, 为信息的使用者提供更为直观、清晰的表达形式, 并具有很强的空间分析能力。由于公路信息具有空间特征, GIS 特别适宜于对公路信息的分析处理,是公路建设管理现代化的重要手段之一。一些发达国家已将GIS技术成功地应用于公路的规划、设计和管理等工作中, 并取得较好的效益。我国在公路方面应用GIS 进行管理还处于起步阶段, 有许多工作要做。二 查阅的主要文献、资料及软件在国内外的现状和发展趋势1课题涉及到的部分参考资料1 胡庆武，MapX开发教案，武汉大学遥感信息工程学院，20052 朱新实陈迎春闵召辉，GIS 在公路管理中的应用，安徽省公路管理局 3 龚键雅，地理信息系统基础，科学出版社，2003年7月第四版4 盛岩，张福生，王文朝，刘金山，等级公路路线设计中的景观问题，大连市交通规划勘察设计院，辽宁大连；2.大连力和公路工程有限公司，20055 宋辉 曲向丽 宋振龙著 Visual C+ 实用培训教程 人民邮电出版社6 江聪世，GIS设计与开发课程资料，武汉大学空间信息与数字工程研究中心，2002 7 范大凯, 吴健平，基于MapX的GIS 应用开发实例，华东师范大学城市与环境动态过程重点实验室，20018 冯永玉，王宝山，路天伟，VC+环境下基于MapX控件的GIS应用软件基本功能的开37发(1，河南理工大学，2，葛洲坝集团第一工程公司）20049 陈竞飞，高速公路景观综合设计探讨，广东省公路勘察设计院，200510李建松 ，GIS原理课件 200511王育坚，Visual C+ ，清华大学出版社，200312钱能，C+程序设计教程，清华大学出版社，199913孟令奎，史文中，张鹏林，网络地理信息系统原理与技术，科学出版社，200514秦昆，地理信息课件，200415李征航，GPS原理，20052.研究现状和发展趋势上世纪八十年代年美国政府就提出了“信息高速公路”，并给美国带来了巨大的经济效益。九十年代，当时的美国副总统戈尔又提出了“数字地球”的概念，数字地球是继国家信息基础设施(NII)与国家空间数据基础设施(NSDI)之后的又一新的信息基础设施，它是以整个地球为研究对象，用数字的方法将地球上的活动以及整个地球空间环境装入电脑，建立一个海量的地球数据的虚拟系统，用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动等方面的问题，最大限度地利用资源。今天世界各国都在进行国民经济信息化的建设，“数字城市”、“数字政府”等概念已经深入人心，人们在二十一世纪进入了一个全新的数字时代。公路是联系地球上不同地域的重要通道之一，因此公路的数字化是“数字城市”、“数字地球”中的一个重要的组成部分。公路是一个连续的对象，分布在地球的表面，它不仅是空间的实体、网络型的实体，而且是与地理位置、地理环境密切相关的实体。公路景观模型就是通过GPS、航空摄影等测量手段取得公路及其周围地物的地理位置关系，再利用多媒体技术、数据库技术、GIS技术以及其他相关技术在电脑上模拟出一个虚拟的公路视频模型，通过虚拟的这个模型，我们就可以对公路实行可视化、数字化管理，对公路景观图像进行实时的查询、定位。数字公路用到的主要技术之一是地理信息系统(Geographical Information System，GIS)。GIS借助计算机，将具有空间特征的信息可视化，为信息的使用者提供更为直观、清晰的表达形式，并具有很强的空间分析能力。由于公路信息具有空间特征，GIS特别适宜于对公路信息的分析处理，利用GIS与外部数据库的接口，将公路的空间数据与属性数据有机地结合在一起，是公路建设管理现代化的重要手段之一。一些发达国家已将GIS技术成功地应用于公路的规划、设计和管理等工作中，并取得较好的效益。我国在公路方面应用GIS进行管理还处于起步阶段.数字公路也要用到地图数字化，就是将表示地理信息的图形坐标数据输入到计算机中，完成把连续的空间分布的地图模型转换成为离散的数字模型，以便计算机能识别、处理和存储地图信息。公路景观设计融合了多学科的知识，随着我国公路建设的不断发展及人们观念的不断更新与环保意识的增强，公路景观设计必将日益受到人们的重视，电子计算机的日新月异，地理信息系统技术不断发展，将成为公路景观开发的主要设计手段。三 主要研究内容、途径及技术路线本课题是公路景观设计中的很小一部分，主要是用于实现公路数字化的建立和管理，包括实现视频与地图的关联及其查询，景观图像的查询和管理， 景观地物的查询和管理，景观视频的多形式查询与定位。本程序是以VC6.0+为平台，在MapX上实现公路景观设计的二次开发，来实现对地物的数字化管理和查询等功能。再使用windows mediaplayer来实现视频的管理和查询以及与地图数据的关联。VC+是面向对象的程序开发语言，包含了许多单独的组件，如编译器，编辑器，链接器，生成实用程序、调试器，以及各种各样为开发工具。它还包括一个名为Developer Studio的开发环境. Developer Studio把VC+所有的工具结合在一起，集成一个整体，通过一个由窗口、对话框、菜单，工具栏，快捷键以及宏组成的和谐系统，用户可以观察和控制整个开发进程。使用VC+可以很容易的生成视图界面、工具栏、各种对话框，还能通过其自带的Windows Mediaplayer 插件，可以很方便地实现avi文件的播放。MapX是一个可编程的OCX控件，是可以重复利用的可编程对象，它提供绝大部分MapInfo Professional支持的地图功能，可以利用编程平台所提供的数据库访问机制，也可以利用自身提供的ODBC接口，并可进行数据的智能绑定，在客户端安装并可以在授权范围内分发，它是全新的桌面地图应用方式，使更多的用户得到廉价的MapInfo地图信息技术。MapX提供了真正的对象连接与嵌入控件，开发人员可以根据各个用户的特殊要求，将地图集成各种各样新的或则已有用的系统中，使你节省大量的资源.MapX是一个基于COM（Component Object Model）技术的可编程控件。它定义了一个类体系，以有效的组织图形元素，图层，属性数据等对象。MapX的主要包括：显示MapInfo格式的地图；对地图进行放大，缩小，漫游，选择等操作；专题地图；图层控制，数据绑定；动态图层和用户绘图图层；生成和编辑地图对象；简单地理查询；边界查询，地址查询。实现景观数据的视频播放后，组织景观数据的数据结构，建立景观数据索引，使基于时间的数据与基于地理位置的数据一一映射，这样就可以对时间数据进行空间位置的查询与定位，选定一个有效的时刻，就可以得到此时刻在一定的播放速率下的景观数据。景观点的查询可采用邻近点算法。 程序工作流程图任意时间查询Time文件*.time Pos文件*.pos车载GPS测量 摄像机拍摄视频文件 *.mpg图1位置、时间、视频帧的关联首先我们通过对视频组件来开发一个视频播放器，而且视频文件*.mpg和Pos文件*.pos已经通过摄像机的拍摄和GPS得到。然后我们播放视频文件可以得到在某个时刻t的视频，此时的t是相对时间，在开始拍摄时的时间为起始绝对时间T，我们通过T+t得到拍摄的绝对时间，然后通过绝对时间来查询到此时视频出现的地点的空间位置（X，Y，Z）。由于车载GPS是每隔一段时间打一个点，所以不是连续的记录空间位置的，因此视频中地物出现的时间绝大多数不能与Time文件里的时间完全吻合，因此就要用加权内插的方式来得到任意时刻的地物的空间位置: A t1 C t B t2图2GPS在A处记录的时间为t1，其空间位置为（X1，Y1，Z1），在B处为t2，空间位置为（X2，Y2，Z2），而当时间为t时要求的坐标X，Y，Z为:X= X1*(t- t1 )/(t2- t1 ) + X2*(t2- t)/(t2- t1 );Y= Y1*(t- t1 )/(t2- t1 ) + Y2*(t2- t)/(t2- t1 );Z= Z1*(t- t1 )/(t2- t1 ) + Z2*(t2- t)/(t2- t1 );这样就可以将视频祯和空间位置关联起来。四 工作的主要阶段、进度及完成时间 第一阶段（第1周第4周）1 调研，收集相关资料，开发工具的学习2 攥写开题报告及开题第二阶段（第10周第16周）、1 实验系统结构及其功能设计2 实验系统开发第三阶段（第17周第18周）1 成果整理及毕业设计论文攥写2 毕业答辩目 录摘要第1章 引言11.1 问题的提出和本文的背景11.2 解决方案1第2章 GIS和GPS技术32.1 GIS的概述32.2 GPS简介6第3章 基于MediaPlayer 的视频组件的二次开发93.1 MediaPlayer组件简介93.2 MediaPlayer组件开发实现9第4章 MapX二次开发154.1 MapInfo简介154.2 MapInfo的空间数据拓扑关系模型154.3 MapInfo的数据组织154.4 MapX结构分析164.5 MapX基于VC的二次开发实现17第5章 系统设计225.1 数据采集235.2实现视频信息和地图信息的关联查询245.3 实现地图基本操作的开发24第6章 视频信息和电子地图的交互式查询266.1视频信息和电子地图交互式查询系统简介266.2 系统的开发26第7章 公路景观系统软件介绍317.1 系统功能介绍317.2系统运行界面32第8章 结论以及进一步的研究方向35参考文献36致 谢37中文摘要公路是国家经济建设和国防建设的基础设施，交通设施的发展和进步已经成为了衡量一个国家和地区是否发达的重要标志。自建国以来我国的公路建设就取得了巨大的成就，为人们的出行提供了极大的方便，也对我国的经济建设做出了巨大的贡献。但是随着公路建设取得巨大成就的同时，由于各类路政管理信息和和数据变得越来越巨大和复杂，传统的手工文件式管理方式在公路建设的管理和维护中所暴露的不足也日益明显起来。计算机技术和空间信息技术，特别是3S技术(遥感RS, 全球卫星定位系统 GPS,地理信息系统GIS)的出现和发展对解决上述矛盾提供了可能。本课题就着重于GPS和GIS技术的集成来解决和实现公路管理中的问题。本系统在地理信息系统和GPS的集成应用和公路管理需求研究的基础上，结合对公路管理信息系统的研究，提出了一种基于地理信息系统和GPS集成在公路管理信息系统中的应用模式。从公路管理的需求出发，以地理信息系统和车载GPS为基础，解决基于地理规则的管理，以办公自动化系统为手段，解决基于业务和行政的管理，实现公路管理的可视化。关键字:公路 全球卫星定位系统(GPS) 遥感(RS) 地理信息系统(GIS) 3S 集成 AbstractHighway is the very important infrastructure of the countrys economy and defence development. Around the word, there is no country and no regions economy development has nothing to do with the development of traffic transport. So the development and advancement of the traffic transport has become a very important sign of scaling to evaluate the countrys economy.Our country has obtained great efforts in the highways construction since the foundation of our great mother land, so that not only people can go everywhere conveniencely but also devoting to the development of our economy. But at the same time, because of more and more traffic information and data, the traditional file pattern traffic management is becoming more and more hard to deal with this situation. The computer and spacial information technology, especially the 3S technology including Remote Sensing (RS) ,Global Positioning System(GPS) and Geographic Information System(GIS) can resolve this problem. So in this thesis I will focus on the integration of GPS and GIS to resolve the problem of traffic management. On the basis of research of the application of the integration of GIS and GPS and the requirement of road management, an application scheme of GIS in Road Sight System is proposed. It uses GIS and GPS to fulfill the geographic rules management, uses OA (Office Automation) to fulfill the business and administrative rules management. This application scheme fully utilizes the advantage of computer technology to visualize the management of road. Keywords: Road GPS GIS RS 3S Integration第1章 引言1.1 问题的提出和本文的背景随着我国国民经济的飞速发展，对交通基础设施建设的需求愈加迫切。交通部和国家统计局2005年联合组织实施的第二次全国公路普查工作表明，到2005年12月31日，全国公路总公里为167.98万公里，其中等级公路131.59万公里;全国共有公路桥梁27.88万座，全国公路密度为17.5公里/百平方公里。较1949年增长了14倍。解放时我国没有独立的汽车工业，而目前我国汽车产量超过百万辆，公路客运量由1800万人次增加到120.5亿人次，增长668倍，公路货运量由8亿吨公里增加到5272亿吨公里，增加658倍，公路客运量占综合客运量的比例由13.1%增加为19.9%,旅客周转量由5.2%上升到55.3%，货运量由50.0%上升到76.5%,货运周转量由3.7%上升到13.8%。由此可见，我国公路建设达到了比较高的水平。伴随着公路交通的飞速发展，各类路政管理的信息和数据变得越来越复杂和庞大。但公路的管理还相对落后，许多管理工作还停留在手工方式上，而传统的人工文件档案管理方式在对付繁杂的路况、路产方面的数据，路权归属问题，业务管理的大量信息，以及各类文件的管理和存档、各种法律法规的查询、各种单据的保管和人员的统筹等问题时，越来越显得吃力和迟钝. 特别是一些重要的数据和信息经常出现遗失或无从查找的现象，一些需要及时处理的信息和数据却无法及时得到反馈，更无法对大量的历史数据进行分类、分析和总体的把握，无法获取隐藏的信息和可能的隐患，以及对未来进行有效地预测和规划。因此为了充分利用现有的公路交通资源，提高公路运输效率，同时更有效地保护好各类路政基础设施，必须进一步的提高公路路政的管理水平和管理效率，提高路政信息处理的速度和准确性，提高决策的及时性和正确性。1.2 解决方案建设公路信息系统是实现公路管理现代化、科学化、智能化和可视化的基础工作，是提高公路服务水平的有效方式。通过公路信息系统，可快速查询建、管、养所急需的数据，全面准确获得处理和决策所需的分析信息。这也是今后公路规划、计划、建设、养护和管理等工作的得力辅助手段。公路信息系统主要管理两种数据:属性数据和空间数据。属性数据包括大量的调查统计数据。而反映公路及其附属设施的空间坐标位置的空间数据，主要是指公路地图数据。如果把属性和空间数据有机地结合起来，将使得整个公路的管理更加方便快捷、形象直观，并将彻底改变公路、建设、管理及资料保存的传统模式，从而实现公路规划、交通管理的计算机自动化。公路信息系统是集计算机技术、地理信息系统(GIS)技术、多媒体技术，GPS技术等于一体的综合信息和常规的管理信息系统(简称MIS)。它与常规的管理信息系统最大的不同之处是在于空间数据的可视化技术和空间分析功能的数据可视化、思维可视化的形式。它提供了一种新的决策支持方式，使管理者对各方面情况的了解不再是孤立的，而将自己置身于自然和社会环境当中，直观地掌握公路网的全面情况，从而实现公路的现代化和可视化管理，为公路网络的计算机管理提供更好的手段。公路景观系统是以基础地理地形图为基础，综合运用信息科学、计算机技术等方法和手段，可为路产的查询与维护以及相关部门提供多专业、多层次、多目标、准确性更高的综合服务，实现对路产资源监管的计算机化。而对于维修部门，则能实时地在地图上显示公路设施破损地点和破损类型，并把相关的地点用不同颜色表示出来，供维修、调度使用。它能接受用户要求，运用车辆专用的GPS 定位和与其一体化的通讯设备(车台) 、无线通讯接收和转发设备、计算机软硬件及网络设备和地理信息技术软件,充分利用 GPS 和 GIS 实时准确联动的特点,实现对车辆空间坐标的测量，进而实现对于公路路产设施的监测管理。迅速定位并显示相关的位置信息，提高整个部门的工作效率。在设计公路信息系统的过程中，最重要的任务是选择合适的GIS软件平台。以MapInfo地图化技术为基础的MapX控件，充分利用了数据的空间属性，实现据的完美结合。通过二次开发，可在可视化平台上多维地显示数据，揭示各种数据之间的关联在数据背后的信息。同时，用户可以在地图界面上直接对空间对象进行查询和分析。第2章 GIS和GPS技术2.1 GIS的概述GIS是地理信息系统英文名称（Geographic Information System）的简称，是上个世纪60年代发展起来的对空间信息进行分析与研究的一门新技术，是测量学、地图学、地理学、遥感与卫星定位技术、现代通信技术等多种学科和技术集成的基础平台，是多种学科的交叉产物。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。通过GIS这个平台多维的显示数据，可以帮我们揭示出数据之间的关联和隐藏在数据背后的信息，使数据为人们提供更多、更有价值的信息，形成一种信息分析处理的新发展趋势。2.1.1 GIS的发展阶段地理信息系统的发展经历了如下五个阶段：第一阶段：GIS 的开拓时期（20世纪60年代）奠定了GIS的发展基础。其特点是：1 早期GIS雏形2 有关机构组织的建立3 计算机得到了广泛的应用，但是其存储能力教小，磁带存储速度教慢，机制制图能力教弱，地学分析功能简单。第二阶段：GIS的巩固发展时期（20世纪70年代）其特点是：1 计算机发展到第三代，集成电路取代了晶体管 ，CPU处理速度加快，内存容量增大，I/O设备较齐全，磁盘的产生，人机对话和随机操作的应用，使得可通过屏幕直接监视数字化的操作，而且能很快看到制图分析结果，进行实时编辑.2 从1970-1976年，美国地质调查局建成了50多个GIS，加拿大、德国、日本也相应发展了GIS。3 国际交流频繁:1972年、1979年、IGU(Internal Geographical Unit)召开关于GIS的学术讨论会，1978年，原联邦德国在达姆斯塔特工业大学召开了第一次GIS讨论会。4 GIS人才教育:美国纽约州立大学创建了GIS实验室， 商业性公司开始从事GIS；5 专家影响削弱，政府影响增强。 第三阶段：GIS技术大发展时期(20世纪80年代)其特点是：1 第四代计算机(超大规模集成电路)的出现和发展，微机和远程通讯传输设备的出现，计算机网络的建立使得地理信息的传输时效极大地提高；2 软件技术方面，DBMS、系统软件工具、应用软件工具有成熟产品产生。数据处理和数学模型、模拟决策工具结合，使GIS应用领域很大程度上得到了扩大，如资源管理、环境规划、商业服务等等。3 GIS发展规划的制定，政府科学机构的成立,1987年，美国的国家地理信息与分析中心(NCGIA)成立4 大量商业性的咨询公司，软件制造商涌现，提供了一系列专业化的服务；5 GIS开始用于解决全球性问题。 第四阶段：GIS的应用普及时代(20世纪90年代) 其特点是：进入实用化阶段1 计算机和网络发展，网络GIS形成和发展；2 GIS成为许多机构(尤其是政府决策部门)必备的工作系统； 3 社会对GIS认识普遍提高；4 NII、NSDI、DE的推进。GIS列入美国政府制定的“信息高速公路”计划；美国副总统戈尔提出“数字地球”战略包括了GIS。第五阶段：网络GIS和因特网GIS时期(20世纪90年代中期至今)其特点是：1 NII、NSDI和数字地球工程建设时期； 2 GIS成为国家信息化的基础平台；3 软硬件环境的困难基本排除。 2.1.2 GIS的发展趋势在经历了以上几个发展阶段后地理信息系统的发展趋势是： 一 从传统的集成式向分布式发展；二 网格GIS；三 空间数据的互操作；四 地理信息系统的集成(3S 的集成以及与专家系统的集成)；五 虚拟现实与GIS的集成；六 时态GIS七 三维GIS八 组件式和面向对象的GIS开发2.1.3 GIS的应用地理信息系统的出现，契合了社会日益增长的对地理信息数据处理的需求。在计算机技术和空间信息技术的迅速发展的带动下，地理信息系统也从传统的测绘和制图中扩散到很多其他的领域，如汽车导航，地形制图，铁路网络模拟，环境检测和矿产资源检测评价等。从而成为真正意义上的信息系统，而且成为了能处理大量空间信息数据的信息系统.1 在资源管理领域中的运用主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地，森林，草场)分布,分级，统计,制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。2 在资源配置中的运用在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证 资源的最合理配置和发挥最大效益。3 在城市规划和管理中的运用空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。4 在土地信息系统和地籍管理中的运用土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。5 在生态、环境管理与模拟中的运用区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。6 在应急响应中的运用解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。7 地学研究与应用地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。ArcInfo系统就是一个很好的 地学分析应用软件系统。8 在商业与市场中的运用商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场 和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年 龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空 间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。9 在基础设施管理中的应用城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。 它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。 10 在选址分析中的应用根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充 分体现了GIS的空间分析功能。2.2 GPS简介GPS全球卫星定位系统是 Global Positioning System的简称。它是美国军方所提供的。美国海军和空军从60年代开始筹划，从1973年开始实施并于90年代初完成了NAVSTAR（Navigation Statellite Time And Ranging）GPS全球定位系统。 图 2.2.1GPS由天上部分（卫星），控制系统，和用户三部分组成(如图 2-2-1所示)。现在有24颗卫星在距离约20183公里的轨道上以每天绕地球两周的周期运行。6条轨道按轨道夹角60度分开。每条轨道与赤道的交角为55度，每个轨道上有4颗卫星。每颗卫星发射两种频率的电磁波用于定位。第一频率L1位于1575.42MHZ,第二频率L2位于1227.6MHZ。而载波频率由两种伪码Pseudo-Random Nosie(PRN)和一条导航消息调制而成，载波频率及其调制由星上原子钟控制。GPS控制系统由设在印度洋的Diego Garcia ，大西洋的Ascencion，太平洋的Kwajalen 和夏威夷以及美国本土的Colrade Springs 五个检测站组成。Colrade Springs 为总检测站。卫星检测的功能是检测卫星运行状况，确定其轨道和星上原子钟的工作状态，传输需要传播的信息到各卫星上。GPS系统最初的目的是为了美国军方提供服务，但随着它的发展，在交通，测量，勘测，航空，航海等诸多民用领域也获得了广泛的应用。2.2.1GPS技术的原理卫星定位系统都是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统(如图 2.2.2)地面控制部分：精确测定卫星的轨道坐标、时钟差异，确定系统运行状态，并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进行必要的卫星轨道纠正等。 图 2.2.2空间运行的卫星星座：发送某种时间信号、测距信号和卫星的瞬时坐标位置信号。用户部分：接收卫星广播发送的多种信号并进行处理计算确定用户的最终位置。2.2.2车载GPS系统在汽车上装GPS接受系统，至少需要三颗卫星。这样汽车的运动速度可以通过三颗卫星的数据变化测算出来。卫星接收系统通常由卫星接收器,车载PC, 显示屏等组成。由于使用环境的特殊性,车载PC必须要有一定的要求。如图2.2.3所示图2.2.32.2.3 GPS与GIS的集成GPS技术与GIS的集成，不仅可以提供快速移动定位测量，而且可以构成监测和导航系统。如车船导航系统、移动指挥系统、目标移动定位系统、物流监测系统、大坝监测系统等。GPS与GIS的集成在技术层面主要由以下几种模式(1) GPS(单机定位)+栅格电子地图用于导航目的: 因装载有GPS接收系统的载体(车、船、飞机等)通过接收的GPS定位数据，可通过GIS在栅格电子地图上显示移动载体所在位置。(2) GPS(单机定位)+矢量电子地图用于导航(路径优化选择): 根据目的位置(人工输入)和载体现在的位置(GPS测定)，在GIS支持下可以显示最佳路径，从；而引导驾驶者最快到达目的地。(3) GPS(差分定位)+栅格/矢量电子地图: 用于监测网络，指挥系统。通过固定站和移动载体之间的两台或多台GPS伪距差分技术，可精确定位移动载体的位置，双方均有通信联系时，构成导航、监测网络。(4) GPS(差分定位)+动态图层: 动态数据更新。动态图层接收GPS的定位测量数据，经处理后，以坐标形式对地图进行更新。它们都是通过在GIS中设置动态接收GPS传输的定位观测数据的动态图层实现的。例如在数字流域的应用中，由移动载体、GPS接收机、定位传感器、姿态传感器以及其他传感器等可以构成移动监测系统、移动测量系统和车载防汛指挥系统等(如图2.2.4所示)。图2.2.4第3章 基于MediaPlayer 的视频组件的二次开发3.1 MediaPlayer组件简介MediaPlay2视频组件是微软公司开发的ActiveX控件，由于该控件内包含了Windows Media Player的所有功能，所以能够很好地支持音频文件和视频文件，用其播放的avi效果很好。另外，播放时若用鼠标右键单击画面，可以直接对画面的播放、暂停、停止等进行控制，还可以自行在属性栏中对影片播放进行控制设置，用起来非常方便，通过一些函数调用可以实现Windows Media Player播放器的各项功能。32 MediaPlayer组件开发实现本课题要实现视频和地图的互动查询，因此要在MediaPlayer组件的基础上实现二次开发。即要实现播放，暂停，停止，快进，快退，改变播放速度等功能。而且还要读入GPS的pos文件。第一步:在你建立的工程中的选择project(工程)Add To Projict(添加工程) Components And Controls,在对话框中打开“Registered Active Controls”文件夹，选中“Windows Media Player”出现对话框如图3.2.1所示：插入后控制面板会多一个Windows Media Player的控件 图 3.2.1第二步: 选择MediaPlayer孔件，加入到工程中第三步:在工程中加入实现功能的代码(1) 打开一个视频文件 void CMyVidoDlg:OnVidoOpen() /打开视频文件char szFilter=Mpeg File (*.mpg)|*.mpg|Wave File (*.wav)|*.wav|Mid File (*.mid)|*.mid|Mp3 File (*.mp3)|*.mp3|All File (*.*)|*.*|;CFileDialog FileDlg (TRUE, NULL, NULL, OFN_HIDEREADONLY, szFilter, NULL);FileDlg.m_ofn.lpstrTitle =选择视频文件;if (FileDlg.DoModal() = IDOK) strMediaName=FileDlg.GetPathName(); IsLoadVido=true; m_MyPlayer.SetFileName(strMediaName);/打开视频文件 m_MyPlayer.Pause(); elseMessageBox(没有找到视频文件!);(2)视频控制void CMyVidoDlg:OnPlay() /播放if (strMediaName != )/判断是否加载视频文件m_MyPlayer.Play();IsPlay=true;elsereturn;void CMyVidoDlg:OnPause() /暂停if (strMediaName != ) /判断是否加载视频文件m_MyPlayer.Pause(); else return;void CMyVidoDlg:OnStop() /停止if (strMediaName != ) /判断是否加载视频文件 m_MyPlayer.SetCurrentPosition(0); m_MyPlayer.Stop();elsereturn;void CMyVidoDlg:OnForward() /前进if (strMediaName = ) /判断是否加载视频文件return;else m_MyPlayer.Pause(); m_PauseTime = m_MyPlayer.GetCurrentPosition(); if (m_PauseTime + 15) 0) m_MyPlayer.SetCurrentPosition(m_PauseTime - 30); else m_MyPlayer.SetCurrentPosition(m_MyPlayer.GetDuration(); m_MyPlayer.Play(); void CMyVidoDlg:OnNorRate() /正常速度播放m_Rate = 1.0;/设置正常播放速度为1.0m_MyPlayer.SetRate(m_Rate);m_MyPlayer.Play();void CMyVidoDlg:OnLowRate() /减慢播放速度m_Rate -= 0.1; /每次减少0.1if (m_Rate 0) /判断是否大于0 m_MyPlayer.SetRate(m_Rate);m_MyPlayer.Play(); else MessageBox(播放速度不能为0!); m_Rate = 1.0;/从新设置速度为正常 m_MyPlayer.SetRate(m_Rate); m_MyPlayer.Play();void CMyVidoDlg:OnQuickRate() /快速播放 m_Rate += 0.1;/每次速度增加0.1m_MyPlayer.SetRate(m_Rate);m_MyPlayer.Play();(3)加载POS文件数据从GPS数据的格式可以看出（如图 3.2.2），前6个是时间数据，后6个是坐标数据，而且后6个中前2个是经纬度， 后3个是X，Y，Z坐标。因此定义三个数组来存放时间数据和坐标数据。其中定义tempArray数组来作为临时数组存放时间数据和位置坐标数据。定义timeArray数组来存放时间数据。定义posArray数组来存放位置坐标数据。图 3.2.2其程序如下:void CMyVidoDlg:OnPosOpen() /打开POS文件 CString strPosName; char szFilter=Position File (*.txt)|*.pos|All File(*.*)|*.*|;CFileDialog posDlg(TRUE, NULL, NULL, OFN_HIDEREADONLY, szFilter, NULL);if (posDlg.DoModal() = IDOK) strPosName=posDlg.GetPathName();/得到文件路径 else MessageBox(没有找到POS文件!); FILE *fp; if ( (fp=fopen(strPosName,r) = NULL )/打开POS文件 MessageBox(不能打开POS文件); while ( !feof(fp) ) /判断是否读完文件 for ( int ii = 0; ii 13; ii+) fscanf(fp,%lf,&tempArrayiCountii); iCount+;/文件行记数器 fclose(fp);/关闭文件/*从临时文件中读取时间数据存储到时间数组timeArray中for ( int ik = 0; ik 6; ik+)for(int ij = 0; ij iCount; ij+) timeArrayijik = (int)tempArrayijik; /*从临时文件中读取时间数据存储到位置数组posArray中 for (int il=0; il 6; il+)for ( int ir = 0; ir GetFeatureFactory();CMapXLayer layer; /声明图层变量CMapXFeature feature; /声明Feature变量CMapXFeatures features; /声明Features变量CMapXPoints points; /声明Points变量points.CreateDispatch(points.GetClsid();CMapXRectangle rect; /声明矩形变量rect.CreateDispatch(rect.GetClsid();/获取主图的边界，根据这个边界值，在鹰眼图上添加一个矩形Featurerect = m_MainMap.GetBounds();X1 = rect.GetXMin(); /获得矩形左上顶点x坐标Y1 = rect.GetYMin(); /获得矩形左上顶点y坐标X2 = rect.GetXMax(); /获得矩形右下顶点x坐标Y2 = rect.GetYMax(); /获得矩形右下顶点y坐标/进行坐标变换 pEagleMap-ConvertCoordV(&scx,&scy,COleVariant(X1),COleVariant(Y1),miMapToScreen);pEagleMap-ConvertCoordV(&scx1,&scy1,COleVariant(X2),COleVariant(Y2),miMapToScreen);pEagleMap-ConvertCoordV(&scx,&scy1,&mapx1,&mapy1,miScreenToMap);pEagleMap-ConvertCoordV(&scx1,&scy,&mapx2,&mapy2,miScreenToMap); /获得矩形框顶点坐标x2 = mapx1.dblVal; y2 = mapy1.dblVal;x4 = mapx2.dblVal;y4 = mapy2.dblVal;/得到添加矩形Feature的图层layer = pEagleMap-GetLayers().Item(EagleRectangle);features = layer.AllFeatures(); int j = features.GetCount(); /没有添加矩形Feature的图层，则新建if(features.GetCount() = 0)/添加四个顶点构成一个矩形框points.AddXY(X1,Y1); /添加顶点1points.AddXY(x2,y2); /添加顶点2points.AddXY(X2,Y2); /添加顶点3points.AddXY(x4,y4); /添加顶点4/创建矩形FeatureCOleVariant vtPoints;vtPoints.vt = VT_DISPATCH;vtPoints.pdispVal = points.m_lpDispatch;vtPoints.pdispVal-AddRef();feature = cFactory.CreateRegion(vtPoints); /设置矩形Feature的属性CMapXStyle style = feature.GetStyle();style.SetRegionPattern(miPatternNoFill); /设置矩形的填充方式style.SetRegionBorderColor(miColorRed); /设置矩形边框颜色style.SetRegionBorderWidth(2); /设置矩形边框宽度feature.SetStyle(style.m_lpDispatch);/添加已经创建的矩形Feature CMapXFeature m_eaglefeature;pEagleDlg-m_eaglefeature = layer.AddFeature(feature);else /否则更新Feature的矩形大小与位置pEagleDlg-m_eaglefeature.GetParts().Item(1).RemoveAll(); pEagleDlg-m_eaglefeature.GetParts().Item(1).AddXY(X1,Y1); pEagleDlg-m_eaglefeature.GetParts().Item(1).AddXY(x2,y2); pEagleDlg-m_eaglefeature.GetParts().Item(1).AddXY(X2,Y2); pEagleDlg-m_eaglefeature.GetParts().Item(1).AddXY(x4,y4);pEagleDlg-m_eaglefeature.Update();/更新显示图层layer.Refresh();第二步：实现鹰眼和主图的互动void CEagledlg:OnMouseDownEagleMap(short Button, short Shift, float X, float Y)void CEagledlg:OnMouseMoveEagleMap(short Button, short Shift, float X, float Y)void CEagledlg:OnMouseUpEagleMap(short Button, short Shift, float X, float Y)4 视图功能的实现(1)放大: m_MainMap.SetCurrentTool(miZoomInTool);(2)缩小: m_MainMap.SetCurrentTool(miZoomOutTool);(3)漫游: m_MainMap.SetCurrentTool(miPanTool);(4)左移: m_MainMap.SetCenterX(m_MainMap.GetCenterX()+1);(5)右移: m_MainMap.SetCenterX(m_MainMap.GetCenterX()-1);(6)上移: m_MainMap.SetCenterY(m_MainMap.GetCenterY()-1);(7)下移: m_MainMap.SetCenterY(m_MainMap.GetCenterY()+1);(8)全图: m_MainMap.SetBounds(m_MainMap.GetLayers().GetBounds();5 测量工具(1)两点测量: void CGeoView:OnTwoPointsRuler()(2)多点测量: void CGeoView:OnMutiRuler()6 编辑(1)注记: void CGeoView:OnAddLabel()(2)自动注记: void CGeoView:OnAutoLabel()(3)清除注记: void CGeoView:OnClaerLabel()(4)加点: void CGeoView:OnAddPoint()(5)画直线: void CGeoView:OnAddLine()(6)画折线:void CGeoView:OnAddPolyline()(7)画多边形: void CGeoView:OnAddPolygon()7 查询功能(1)几何查询A 点查询:在地图上选择一点，查询包含此点地物图元的信息。void CGeoView:OnPointFind()B 圆查询:查询包含在此圆范围内的地物图元信息。void CGeoView:OnCircleFind()C 矩形查询:查询包含在此矩形范围内的地物图元信息void CGeoView:OnRectFind()D 多边型查询:查询包含在此多边形范围内的地物图元信息void CGeoView:OnPolyFind()(2)缓冲区查询:在给定一缓冲距时，在向图元边界扩展得到的一个区域。A 点缓冲区查询:在点的周围形成一个圆形的缓冲区。void CGeoView:OnPointBuffer()B 线缓冲区查询：在线的周围形成一个多边形区域：void CGeoView:OnLineBuffer()C 面缓冲区查询：在面状图元的周围形成一个区域void CGeoView:OnPolygenBuffer()(3)拓扑查询:A 穿越查询:比如查询某公路穿越州的个数B 邻接查询:比如查询和华盛顿州接壤的州的名称和个数C 落入查询:比如查询华盛顿州包含的城市个数(4)SQL查询:通过构造查询表达式，来实现SQL查询。ftrs = lyr.Search(m_ConditionEdit);/其中m_ConditionEdit为SQL表达式(5)视频查询:通过播放视频来得到绘制电子地图和实现对电子的查询（具体实现步骤见第七章）(6)制作专题图:专题图的制作是地理信息系统的一个重要功能。(7)输出各种格式的地图 第5章 系统设计本课题主要涉及到如下几个方面一 利用车载GPS实现道路数据信息的采集二 视频组件的二次开发三 实现视频信息和电子地图的关联互动查询四 实现对地图的基本操作其流程如图5.1所示:得到绝对时间打开视频文件读入GPS数据显示地图对地图进行操作播放视频得到画面的时间时间对比得到GPS中临近时刻的时间得到显示视频的坐标地图跟踪显示 利用车载GPS采集数据得到电子地图, 视频文件,和GPS位置数据打开地图文件 时间 转换 对应坐 标插值图5.15.1 数据采集数据源是指建立GIS的地理数据库所需的各种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等。可归纳为原始采集数据、再生数据和交换数据三种来源。5.1.1地图数据地图数据是GIS的主要数据源，因为地图包含着丰富的内容，不仅含有实体的类别和属性，而且含有实体间的空间关系。地图数据主要通过对地图的跟踪数字化和扫描数字化获取。地图数据不仅可以作宏观的分析(用小比例尺地图数据)，而且可以作微观的分析(用大比例尺地图数据)。在使用地图数据时，应考虑到地图投影所引起的变形，在需要时进行投影变换，或转换成地理坐标。地图数据主要用于生成DLG、DRG数据或DEM数据。5.1.2遥感数据（影像数据）遥感数据(影像数据)是GIS的重要数据源。遥感数据含有丰富的资源与环境信息，在GIS支持下，可以与地质、地球物理、地球化学、地球生物、军事应用等方面的信息进行信息复合和综合分析。遥感数据是一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技术也是GIS数据更新的重要手段。遥感数据(影象数据)用于提取线划数据和生成数字正射影象数据(DOM)、DEM数据。5.1.3文本资料文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等，如边界条约等。这些也属于GIS的数据5.1.4统计资料国家和军队的许多部门和机构都拥有不同领域(如人口、基础设施建设、兵要地志等)的大量统计资料，这些都是GIS的数据源，尤其是GIS属性数据的重要来源。5.1.5 实测数据野外试验、实地测量等获取的数据可以通过转换直接进入GIS的地理数据库，以便于进行实时的分析和进一步的应用，如通过物探得到的地下管线数据。GPS(全球定位系统)所获取的数据也是GIS的重要数据源。5.1.6 多媒体数据多媒体数据(包括声音、录像等)通常可通过通讯口传入GIS的地理数据库中，目前其主要功能是辅助GIS的分析和查询。5.1.7已有系统的数据GIS还可以从其它已建成的信息系统和数据库中获取相应的数据。由于规范化、标准化的推广，不同系统间的数据共享和可交换性越来越强。这样就拓展了数据的可用性，增加了数据的潜在价值。本课题的数据由武汉立得空间信息技术发展有限公司研制的MMS (Mobile Mapping System)道路电子地图移动测制系统来采集，它包括视频文件，视频时间文件，地图文件，GPS测量数据。MMS是当今测绘界最为前沿的科技之一，代表着未来道路电子地图测制领域的发展主流。它是在机动车上装配全球定位系统(GPS)、视频系统(CCD)、惯性导航系统(INS)或航位推算系统等先进的传感器和设备，在车辆的高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据，如：道路中心线或边线位置坐标、目标地物的位置坐标、路宽（车道）、桥（隧道）高、交通标志、道路设施等。数据同步存储在车载计算机系统中，经事后编辑处理，形成各种有用的专题数据成果，如导航电子地图等等。视频系统CCD方位传感器车载GPS里程计 图5.25.2实现视频信息和地图信息的关联查询5.2.1通过视频信息查询地图点坐标信息通过播放视频信息得到此时的相对时间t1，然后加上开始测量时的时间T则得到此时刻的绝对时间为T+t1，由于GPS的记录是不连续的，因此需要根据GPS得到的各个时间的坐标值内插出此时刻的精确坐标值。5.2.2 通过地图上点的坐标查询视频信息获得地图上点的坐标信息后，将其与GPS记录的坐标信息进行比较，然后采用最临近法得到其相应的时间，然后减去开始记录的初始时间就得到播放视频的相对时间。5.3 实现地图基本操作的开发本课题采用VC+6.0 组件在MAPX的基础进行二次开发。来实现对电子地图的常见的操作。如放大，漫游，和简单的查询（如缓冲区查询等）的操作。组件又可称为控件，控件是系统封装的能完成特定功能的单元。Visual C+ 组件技术ActiveX(又称ActiveX技术)是一种开放式的技术，程序开发人员利用它开发出激动人心的应用程序模块。ActiveX控件由两部分组成：控件本身，作为已编译的库函数（实际上是一个扩充的DLL）；和应用程序的OLE载体，提过了嵌入式ActiveX控件之间的接口。ActiveX控件由三个接口类型定义：属性、事件和方法。属性(property)是ActiveX控件内有名字的数值，如颜色、大小和范围值、状态标识符以及一些标志等。属性可以是库存（Stock）属性或自定义属性。方法（Method）是ActiveX控件内的函数，供包容器程序在外部调用，如应用程序可以调用一个ActiveX控件方法初始化控件的外观和状态。方法可以是库存的也可以是自定义的。事件（Event）是ActiveX控件响应一些消息如鼠标或键盘输入等，ActiveX控件把这些输入翻译成事件通知发给包容器程序，产生某些操作。事件可以是库存的也可以是自定义的。ActiveX控件支持两种操作模式：运行模式和设计模式。在运行模式下用户可以看到ActiveX控件，但不能对它进行修改和设置。ActiveX控件可以插入Web页中，也可以在MFC应用程序中使用，在使用应用程序向导AppWizard生成的MFC应用程序时可以指定程序为ActiveX控件容器。Visual C+既可以自带的Windows标准控件，Visual C+自带了许多通用控件，如按钮、单选框、进度条、滑块等；使用Visual C+通用控件可以提高应用程序界面的表现力，减少程序员在设计程序界面时花费的时间和精力。也可以使用由一些编程工具如：C、C+、Visual Basic 和Java创建的ActiveX控件，软件开发商们也就我们开发了许多具有特定功能的控件，MapX就是具有GIS二次开发功能的控件。这些控件在使用时与Windows标准控件没有什么两样。第6章 视频信息和电子地图的交互式查询6.1视频信息和电子地图交互式查询系统简介由于众多公路的修建，其管理和维护所需的人力和物力越来越大，特别是在一些荒芜人烟的地方和沙漠或者高原不太可能派谴人员长时间的驻守管理和监视。因此可以采用先进的基于车载GPS的系统先对其公路进行跟踪，然后将其得到的精确的GPS数据进行建库处理和管理。通过对视频信息和GPS精确坐标信息的处理和查询来实现对公路的无人方式的管理。在该系统中可以实现对视频信息的时式的查询和监测。6.2 系统的开发6.2.1利用GPS数据自动跟踪绘制电子地图原理：由于车载GPS是不连续的方式来记录地物点的坐标信息的。因此需要利用车载GPS获得精确的点的坐标信息（包括经纬度和X，Y，Z值）通过插值的方式来获得任意时刻的点坐标值。如图6.1: ta tc tb A 处 C 处 B处图6.1在A(ta)处车载GPS获得此时的坐标位置是（Xa，Ya，Za），在B(tb)处获得的坐标是（Xb，Yb，Zb）而车通过C处时的时间是tc.则可以通过如下的插值方式得到C初的坐标。Xc= Xa*(tc- ta )/ (tb-ta ) + Xb*(tb- tc)/ (tb- ta);Yc= Ya*(tc- ta )/ (tb- ta ) + Yb*(tb- tc)/ (tb- ta );Zc= Zc*(tc-ta )/ (tb-ta ) + Zb*(tb-tc)/ (tb-ta );反之如果知道C处的坐标也可以内插出C点处的时间进而获得C处的视频或则图片信息。实现步骤第一步:由于在播放视频时可以获得当前播放的相对时刻t，而刚开始录制是的时刻已知为T，则此时的绝对时间为time=T+t.函数SeekMapPosFromVido(double time)的功能就是通过时间time来计算当前的坐标m_X，m_Y，m_Z。for (int i = 0;i iCount - 1;i+) /*确定时间time在时间数组timeArray中的位置 temptime1=timeArrayi3*3600 + timeArrayi4*60 + timeArrayi5; temptime2=timeArrayi+13*3600 + timeArrayi+14*60 + timeArrayi+15;/*通过内插的方式获得时间time时刻的坐标 if ( (temptime1time) & (timeGetActiveView();CMapX* pmap = &pView-m_MainMap;/获得主图的m_MainMap指针CMapXLayer layer = pmap-GetLayers().Item(1);/得到图层pmap-GetLayers().SetAnimationLayer(layer);CMapXFeatureFactory FeaFac; CMapXFeature feature;CMapXStyle style;CMapXPoints Pts;Pts.CreateDispatch(Pts.GetClsid();FeaFac = pmap-GetFeatureFactory();if(realtimem_startTime)&(realtimeSetCenterX(m_X1); pmap-SetCenterY(m_Y1); pmap-SetZoom(0.3);/设置放大比例 m_X2 = m_Longtistue;m_Y2 = m_Latitude; Pts.AddXY(m_X2,m_Y2); Pts.AddXY(m_X1,m_Y1);COleVariant vtPoints;vtPoints.vt = VT_DISPATCH;vtPoints.pdispVal = Pts.m_lpDispatch;vtPoints.pdispVal-AddRef();feature = FeaFac.CreateLine(vtPoints); /按照点集画线style = feature.GetStyle();style.SetL