（地图学与地理信息系统专业论文）基于adobe+flex的网络视频gis设计与实现.pdf

摘要 地理视频( g e o v i d e o ) 是将视频数据与空间数据集成，获得具有空间参照的视 频影像，是地理空间表达的新方式。视频g i s ( d e o g i s ) 是用来采集、编辑、管 理、分发与应用地理视频的信息系统，是对传统多媒体g i s 的扩展。本文回顾了国 内外地理视频与视频g i s 的研究进展，根据目前研究中存在的问题及当前技术发展， 设计了地理视频数据模型，采用x m l 描述地理视频，设计了基于对a 的网络视频 g i s 体系结构，并在a d o b ef l e x 框架中实现了一个a 视频g i s 原型。基于r j a 模式的网络视频g i s 改进了传统多媒体g i s 存在的缺点，将推动g i s 的大众化与普 适化应用。 本文的研究思路是：基于地理视频数据模型，采集、编辑和管理地理视频数据， 并以w 曲服务方式发布；使用融a 、m a s h u p 等技术整合多种w 曲服务，设计开发 a 模式的网络视频g i s 。首先，设计视频g i s 框架，包括系统结构、基本功能、 数据模型和视频g i s 数据库。其次，按照地理视频数据处理流程，在a d o b ef l e x 框架下实现地理视频智能化流程处理、智能化数据服务发布。最后，进行应用系统 集成，并以具有良好用户体验的f l a s h 提供给最终用户。 本文的数据处理、系统设计和应用实例软件开发表明：( 1 ) 地理视频丰富了传 统多媒体g i s 的表达方式，能为用户提供内容丰富、交互性强的地理场景；( 2 ) 在 数据采集、编辑、管理和发布的基础上，基于w 曲服务的系统框架设计具有结构灵 活、接口开放等特点，适合视频g i s 应用开发；( 3 ) f l a s h 技术具有用户广、传输 快、交互性强等优势，在f l e x 框架下开发网络视频g i s 是可行的，且具有技术优 势。基于a 模式的视频g i s ，集桌面应用程序的最佳用户界面功能、w 曲应用程 序的快速、低成本部署及实时互动多媒体通信于一体，可应用于公路、街道、河流 等设施的可视化理解与管理，在地理教育、旅游宣传等领域具有推广和普及价值。 本文共由六章组成。第一章：绪论，介绍研究背景、内容、目标与研究意义。 第二章：国内外研究进展，系统总结了近些年地理视频数据模型、视频g i s 设计与 应用的研究进展。第三章：研究方法，确定总体研究思路、关键技术和技术路线。 第四章：系统设计，重点讨论了系统的总体设计、功能设计、地理视频数据模型设 计、数据库设计等内容。第五章：系统实现，详细介绍了本系统的地理视频编辑与 服务发布、对a 模式地理视频客户端的软件实现。第六章：结论与展望，总结研究 结论，并对后续要研究的内容进行了展望。 关键词：地理视频；网络视频g i s ；砒a ；m a s h u p ；系统集成 n a b s t r a c t g e o d e oi st h eg e o t a g g e dv i d e oi no r d e rt oa c c e s sv i d e oi m a g e sw i 也s p a t i a lr e f e r e n c e t h e d e o g i s ，a 1 1e x t e n s i o nt om u l t i m e d i ag i s ，i st oc a p n 鹏，e d i t ，m a i l a g e ，p u b l i s ha i l d u t i l i z eg e o d e od a t ar e s o u r c e s ni san e w 印p r o a c ht om e g e o s p a t i a lp r e s e n t a t i o n t k s p 印e ra i l i l st 0d e s i g i law e b - b a s e d d e o g i su s i n gi u at e c l l l l o l o g ) r t h em 勾o rr e s e a r c h i s s u e si n c l u d et h es y s t e m 觑吼e w o r kd e s i g n ，g e o v i d e od a 妇e d i t i o md e s c r i p t i o na i l d 、v e b ( 1 2 妇s e r v i c e ，a n dr j aa p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t t h ed e o g i s md e s i g n e du s i n gs e v e r a ln e ww e bt e c t l i l 0 1 0 9 i e ss u c ha s s e n ，i c e o r i e m e ds y s t e ma r c l l i t e c t u r e ( s o a ) ，w e bs e r v i c e ，v i d e os t r e 锄i i 培，d a t am a s h u p a n dr i c hi n t e m e t 印p l i c a t i o n ( 砒a ) t h es y s t e m 、糯i m p l e m e m e di 1 1f o l l o w 吨s t e p s f i r s t ，d e s i 9 1 1o fm es y s t e mm u n e w o r ki n c l u d i l l gs y s t e l na r c l l i t e c t u r e ，s y s t e m 蛔c t i o l l s ， g e o v i d e od a r 诅m o d e l sa n dw e bs e r v i c e s s e c o l l d ，a u t o m a t i cd a ：t a p r o c e s s i n g ，i e g e o d e od a t ae d i t i o n ，d e s c r i p t i o i l ，o 昭a n i z a t i o na i l dw e bp u b l i c a t i o n 1 1 1 i r d ，印p l i c a t i o n i m e g r a t i o ni i la d o b ef l e xb u i l d e ru s i n g 、e bs e i c e sa i l da c t i o n s c r i p tp r o g r a m m i n g f i n a l l y ，t h e 刚aa p p l i c a t i o ni nf 1 a s hd o c u m e n t sw a sd e p l o y e dt ot l l ee n du s e r t h eg e o v i d e od a t ap r o c e s s i r 培，s y s t e md e s i g na i l da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n ts h o w t 1 1 a t ：( 1 ) g e o d e oh a se x t e n d e dt l l em u l t i n l e d i ag i si np r o v i d i n gu s e r s 谢mr i c hv i d e o c o n t e ：n ta i l di n t e r a c t i v ei m e r f a c e ；( 2 ) b a s e do nt l l eg e o v i d e od a t a 、v e bs e i c e ，t 1 1 es o a 缸i n l e 、v o r ki 助的d u c e di i lt h i sp 印e ri so p e na i l dn e x i b l ef o r d e o g i sa p p l i c a t i o n d e v e l o p m e n t ；( 3 ) f l a s ht e c h n o l o g yi ss 仃o n gi i l a r e a ss u c ha sm en 啪b e ro fu s e r s ， 订a i l s m i s s i o ns p e e d ，a n di n t e m c t i v ea b i l i 劬a n dn l ea d o b ef l e x 危l i l l e 、o r ki sa ni d e a l p r o 黟a m m i n gt 0 0 1 f i d r d e v e l o p i n gw e b - b a s e d d e o g i s c 0 n s i d e 血gt h el o w c o s t g e o d e oc o l l e c t i o na i l dt h ee m e r g i n go fr 工at e c l l i l o l o 趴d e o g i sh a s 印p l i c a t i o n p o t e n t i a l s i 1 11 i n e a rf a c i l i t ) ，m 觚a g e m e m ( e g r o a d s ，s t r e e t s ，r i v e r s ) ，v i n u a lg e o g r a p l l i c e d u c a t i o n ，t o u r i s mp r o m o t i o n 觚do t h e ra r e a s 1 k sp 印e ri so 玛a i l i z e di n t os i ) 【c h a p t e r s c h a p t e ri ：i n t r o d u c t i o ni i l c l u d e st h e r e s e a r c hb a c k g r o u i l d ，t o p i c ，o b j e c t i v e sa l l ds i g n i f i c a n c e c h 印t e ri i ：l i t e r a _ t u r er e v i e w h a so u t l i i l e d 也er e s e a r c hp r o g r e s s e si i lg e o d e od a t am o d e l ，v i d e o g i sd e s i g na i l d v 撕o u s 印p l i c a t i o n si nr e c e n ty e a r s c h 印t e ri i i ：r e s e a r c hm e m o d o l o g yf o c u s e so nt l l e i i l r e s e a r c h 舭i l l l e 、o f kk e yt e c l l i l o l o g i e s ，i r n p l e m e n t a t i o np r o c e d l l r e s2 u l dr e l a t e dh a r d w a r e a 1 1 ds o r w a r e c h 印t e ri v ：s y s t e md e s i g ni 1 1 t r o d u c e sag e n e 捌s y s t e m 仔a m e w o r k ，i i l w h i c ht h ed a t am o d e l ，d a 臆m a i l a g e m e n t 、v o r k f l o w 锄dt l l e s u b s y s t e m sa r ed i s c u s s e d d e 组i l e d l y c h 印t e rv ：s y s t e mi m p l e m e n t a t i o np r e s e n t st h ed e t a i l e dt e c h l l i q u e sf o r 印p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t ，e g g e o d e oe d i t i n g ，d a t ap u b l i s h ，f l a s hd o c u m e md e s i g n a i l da c t i o n s c r i p tp r o g 瑚哪i n g t h el a s tc h 印t e ri s 廿1 ec o n c l u s i o n ，l i i i l i t a l i o na i l d6 姗r e r e s e a r c h e s k e y w o r d s ：g e o v i d e o ，w e b - b a s e dv i d e o g i s ，砒a ，m a s h u p ，s y s t e mi n t e g r a t i o n i v 关于学位论文独立完成和内容创新的声明 本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学住论文是 本人在导师的指导下独立完成的，对所研究卉勺课题有新的见解。据我所知，除 文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 )、 学位申请人( 学位论文作者) 荽名： ! 丕笼垄 2 0fd 卑多月，乡日 关于学位论文著作权使用授权书 本人经河南大学审核批准授予硕士学住。作为学位论文的作者，本人完全 了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文酌要求，即河南大学有权向国家 图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学住论文( 纸质文 本和电子文本) 以供公众检索、奎阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校 学术发展和进行学术交流等目韵，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手 段保存、汇编学住论文( 纸质文本和电子文本) 。 ( 涉及保密内容的学位论文在解窑后适用本授权书) 、 学位获得者( 学位论文作者) 签名：! 至丝煎 2 0f 学位论文指导教师签名： 2 0 第一章绪论 1 1 研究背景 随着互联网应用的日益普及，大众化地理信息服务逐步兴起。网络地图能为人 们的日常生活提供位置信息，解决大家最常问的“在哪儿”、“怎么走”、“什么样” 等问题，如g o o g l e 、微软、百度等地图网站提供了常用的公众地图服务。 大家出行都求助于地图，通过它来规划行程路线。但是，大家要去的地方什么 样? 旅行所经的路线路况如何? 这些信息在地图上很难表达出来，导致人们到达目 的地后的感受与原来所听、所想大相径庭。另外，公路管理部门对公路的维护每年 耗资巨大，对道路状况的审核与确定大都通过下级部门申请，借助二维地图或文本 来报告道路质量状况，如何合理分配各路段维修费用? 如何审核下级部门的道路维 修申请报告? 在目前及传统的地理教学中，对地理事物、地理现象的解释，大都利 用地图、文字等进行抽象的解释、描述，如何更生动形象地进行地理教学? 另外， 旅游部门大都利用文字、图片、地图等方式宣传旅游景点，如何进一步提高其宣传 效应，以吸引更多的游客来旅游观光等。以上所述均为实实在在需要解决的问题。 在地图生产过程中存在三种基本矛盾，即地球曲面与地图平面之间的矛盾、地 球原貌与地图抽象之间的矛盾、地理现象复杂性与地图概括性之间的矛盾。三种矛 盾产生的主要原因是将三维或四维的现实世界概括、抽象为二维地图，使地图与现 实世界之间产生了语义差( s e m 觚t i cg 印) 问题，使得普通大众很难通过地图理解现实 世界，进而难以参与决策。由于现实世界的复杂性、多样性，传统地图通过简化、 抽象、概括、综合来描述现实世界，传统g i s 的空间数据库是现实世界的高度简化 模型，对地理信息的表达有一定的局限性。解决传统地图的基本矛盾、提高地图的 服务能力，是今后地图学发展的主要方向。 为了弥补传统g i s 表达地理信息的不足，相继出现多媒体g i s 、三维g i s 、虚 拟地理环境、地理增强现实等技术，它们均为了拓展地理空间的表达方式。在实际 应用中，不少用户希望加入多媒体信息，使用户能更形象、直观地理解地理空间， 进而参与管理与决策。传统的多媒体g i s 是在g i s 环境中集成多媒体数据，将多媒 体数据当作空间数据的特殊属性，以链接的方式静态调用多媒体数据。如何将视频 数据与空间数据集成，形成具有空间参照的视频影像，即地理视频( g e o v i d e o ) ， 使视频和空间数据能够交互通讯，并将其发布至网络供用户调用，以此来弥补地理 空间表达的不足。解决此问题将为地理空间表达提供新的技术方法，为上述大众化 应用问题提供解决方案，并能在一定程度上推动g i s 的大众化应用。因此，多媒体 g i s 从上世纪8 0 年代以来一直是g i s 领域研究的热点之一。 1 2 研究内容 本文的研究内容包括地理视频数据模型设计、刚a 模式地理视频编辑与发布系 统设计与开发、案例验证等内容。 地理视频数据模型设计是视频g i s 首先要解决的问题。目前，国内外对于视频 与空间数据的集成研究较少，有学者提出了相应的解决方案，并应用到了铁路、公 路、隧道等领域。但是很少见对地理视频在网络环境下的应用研究。随着网络地理 信息服务概念、标准和产品的逐步成熟，以及网络视频发布技术的逐步普及，在网 络环境中应用地理视频不仅技术可行，而且具有广阔的应用潜力。 基于本文设计的地理视频数据模型，提出了网络视频g i s 框架，并基于w 曲 服务概念，尝试设计开发m a 模式的地理视频编辑与发布原型系统，实现了对地理 视频原数据的自动化处理、编辑与智能发布，并以具有良好用户体验的f l a s h 文档 供用户调用，在多种操作系统平台下，通过安装有f l a s hp l a y e r 的普通浏览器即可 访问远程发布的地理视频服务。用户能形象、直观的理解认知地理环境。最后通过 案例验证本研究的可行性，为行业网络视频g i s 应用提供参考依据。 1 3 研究目标与意义 随着w 曲1 0 到w 曲2 0 的转变，互联网在模式上从“读”向“写、“共同建设” 发展，由被动接收信息向主动创造信息迈进。g 0 0 d c l l i l d 于2 0 0 7 年提出了“人人都 是传感器”的概念，若6 0 亿的民众能够上传他们观测设备的观测数据，将会大大 促进地理信息的大众化应用【1 】2 】。由于地理世界的复杂性，目前，对地理空间的表 2 达大都是对地理空间简化和抽象后的地图，非专业人员很难通过阅读地图理解现实 世界，这在一定程度上限制了g i s 的大众化应用。本文的研究目标为：基于w | e b 服务概念，在a d o b ef 1 e x 框架中，聚合( m a s h u p ) 地理信息服务、视频流媒体服 务和x m l 文档服务，设计开发面向大众的a 模式网络视频g i s ，实现视频数据 与空间数据在网络环境下的通讯与交互索引。 本文的研究意义主要体现在以下几方面： ( 1 ) 在理论上扩展了传统多媒体g i s ，丰富了多媒体g i s 的理论和技术方法， 为地理空间信息的可视化表达提供了新的方法； ( 2 ) 在网络环境下应用地理视频，可进一步推动g i s 的大众化应用； ( 3 ) 将多媒体界面与地图、遥感影像等结合来表达地理空间，实现了多源信 息的交互索引与跟踪播放，方便了用户理解场景，可辅助于管理与决策； ( 4 ) 视频g i s 与三维g i s 、虚拟地理环境、地理增强现实等相比，地理场景 更真实且成本更低廉： ( 5 ) 可应用于公路、铁路、街道、河流等线性设施的可视化理解与管理，同 时能够用于野外实习、野外考察、地理教育、生活场景描述、旅游宣传等领域，具 有很强的推广和普及价值。 1 4 论文组织结构 本论文供分为六章，具体为： 第一章：绪论。通过论述研究背景，引出本文要研究的问题，阐述了本文的研 究内容、研究目标、研究意义等，并对简单介绍了本论文的组织结构。 第二章：国内外研究现状。本章主要分为三部分：视频地理信息系统概述、视 频g i s 国外研究进展、视频g i s 国内研究进展。重点分析了国内外视频g i s 的研究 现状、数据模型、技术体系和应用现状等。 第三章：研究方法。详细阐述了本文的研究思路，对本文用到的关键技术与工 具作简要的介绍，在此基础上论述了本研究所采用的技术路线。 第四章：系统设计。本章根据第三章的研究思路和技术路线，阐述了视频g i s 的框架设计、系统的总体设计、功能设计、地理视频数据模型设计、数据库设计、 3 软硬件环境设计等内容。 第五章：系统实现。本章根据系统的设计方案，详细论述了系统主要模块的实 现过程，并将各模块集成使软件成为一个实用的系统。最后通过实例测试验证了系 统的稳定和健壮性。 第六章：结论与展望。总结了本文的主要研究成果，探讨了研究的主要亮点， 并展望了需进一步研究的内容。 4 第二章国内外研究现状 2 1 视频地理信息系统概述 地理视频( g e o d e o ) 是将视频数据与地理空间数据进行集成，获得具有空间 参照的视频影像。常规地理数据包括位置、时间和属性信息，是对现实地理世界的 抽象、概括描述；而视频是直观、生动、具体的，是对现实地理世界的形象描述。 地理视频结合传统地图和视频的优点，能够帮助人们更直观地认知和理解地理空 间，是地理空间信息可视化的新方式。 视频地理信息系统( v i d e o g i s ) 研究的是视频数据与地理空间信息的综合与交 互应用【引。视频g i s 克服了传统二维g i s 的抽象性、虚拟g i s 建模的复杂性、航空 航天摄影的俯视性等不足，在充分发挥视频数据获取多样性、建模与分析灵活性的 基础上，为用户提供一个更自然、真实、及时的现实环境f 4 】。 从技术方面来讲，视频地理信息系统是用来采集、编辑、管理、分发和应用地 理视频的信息系统【3 5 】3 7 。8 1 。传统的多媒体g i s 是将多媒体数据作为特殊的地理属性， 通过超链接等方式将地理信息和多媒体信息集成；与传统多媒体g i s 相比，视频 g i s 在采集地理视频的过程中，同步采集空间位置信息与视频影像，并建立视频帧 与相应空间位置之间的映射关系，通过软件工具编辑处理，最后实现空间信息与相 应视频帧的同步播放与交互索引。 视频g i s 与传统g i s 相比有其独特优势。传统g i s 是通过对地理空间的抽象与 简化来表达地理信息的，能准确地定位抽象地物实体的地理位置，可量测距离和方 位，并能判断计算空间关系【5 】。视频数据表达的是真实地物景观，能从微观的角度 表达地理空间，并且视频数据容易获取。空间数据与视频数据集成产生了地理视频， 地理视频充分发挥了二者的优势，能从宏观和微观两方面表达地理空间，并能使空 间数据的抽象性与视频数据的直观、形象等特点相互补充。空间数据对视频的补充 使人们能更好的理解视频数据的空间特征；视频对空间数据的补充，使人们能通过 视频认知其对应地理空间的真实场景，给人们以身临其境的感觉去认知地理环境。 可见视频g i s 能很好的帮助人们认知地理空间。 视频g i s 与三维g i s 、虚拟现实、虚拟地理环境、地理增强现实等技术有着一 定的相似之处，同时也有一定的区别。从地理认知与地理空间表达的角度看，这些 技术都是为了更形象、生动、直观的描述、表达地理空间。但从技术层面和表现方 式来说它们是有所区别的。虚拟现实是电脑模拟产生的一个三维空间虚拟世界，能 够为用户提供关于视觉、听觉、触觉等感官模拟，使人们的感觉如身临其境，并且 能够任意无限制的观察三维空间内的地物【6 j ，其特征是：人们能沉浸在虚拟的三维 空间内与其交互。三维g i s 、虚拟地理环境是使用虚拟现实、g i s 等技术模拟产生 的三维虚拟地理空间，是对现实地理空间的虚拟表达，在该环境下，人们以“化身 人的身份与其实现协同、知识共享和认知【7 】引。增强现实是由用户看到的真实场 景和叠加于真实场景之上的虚拟场景构成，虚拟场景对真实场景起增强作用，提高 人们对真实场景的认知与理解【9 】。而视频地理信息系统中，地理视频是现实世界中 真实的视频影像与地理空间数据的集成。 视频g i s 具有普适化、人性化和智能化等特点，能将具有动感的视频影像和地 理信息相融合，从人类的常规视觉角度出发，以主动便捷的数据获取方式为人们了 解客观世界提供了新途径。同时，极大地丰富了g i s 在数据获取和视频浏览、建模 分析方面的能力【l0 1 。视频g i s 表达的是现实世界本身，而不是它的某种抽象，能给 人们以高度的真实感和身临其境的感觉，改变了传统g i s 对地理空间的抽象、静态、 综合的表达方式。视频g i s 不仅可以基于对视频影像对空间数据进行查询，而且可 通过空间数据索引查询视频影像。 2 2 视频gis 国外研究进展 目前，在g i s 环境下应用视频等多媒体数据，大都是将其作为空间实体的某种 特殊属性来应用，没有建立视频和空间数据之间通讯、交互、索引等关系。普通视 频数据不支持用户的交互，对普通视频数据的应用是单向体验过程，用户只是作为 被动的角色去浏览观看视频。另外，视频有着形象直观、蕴涵信息丰富、具有时空 维结构等优点i l o 】，而地理数据具有空间位置、可量测、空间关系明确等优点。如何 集成视频数据和地理数据，建立二者之间的通讯、交互与索引机制，实现视频信息 6 与地理信息的互操作，国内外学者进行了一些探讨与研究。 1 9 7 8 年麻省理工学院的a n d r e wl i p p m a | 1 教授，在美国国防部高级研究计划署 的资助下，首次将视频数据与空间数据集成，开发了动态、交互式超媒体地图【l l 】。 这是一个早期超媒体系统的例子，用户通过超媒体电影地图即可虚拟游览阿斯本城 市。该系统由一个陀螺稳定器、四个1 6 毫米的停格胶片摄影机及一个编码器组成， 这些仪器固定在汽车上，编码器每隔1 0 英尺触发照相机拍照。当汽车行驶在城市 道路上时，照相机拍摄汽车行驶方向的前方、后方及侧面的城市景观。数据采集完 成后对非连续的城市景观图片进行组合，获得具有多视角的正射景观图像，用户可 在一个视点来观看多个视角的景观，同时可以查看不同时间该位置所对应的视频影 像。 b e n y 在2 0 0 0 年提出视频制图系统( d e om a p p i n g ) 框架，同时提出了数据的 外业采集、内业处理及其应用方案f 1 2 】。视频制图系统是g i s 数据可视化的一次飞跃。 利用该框架，多媒体g i s 不需要费时单调的为图像编码地理坐标，使复杂的图像搜 集、图像索引、网络发布等过程，通过简单的记录、索引和回放即可实现。其原理 是将精确的g p s 数据和时间数据，通过调制解调记录在摄像机录像带的一个音频声 道中，当影像播放时，可以从视频录像带中获得g p s 信息，并将其连接到数字地图 加以显示和访问。 j o o 和h 眦培提出在对视频地理对象进行查询和表现的基础上，实现视频和 g i s 之间的交互【1 3 】。他从视频影像元数据概念作为切入点，利用半自动图形对象追 踪摄影测量技术来提取对象轮廓边界，并建立包含坐标、属性、轮廓等的视频影像 元数据，进而实现了空间位置与视频影像的映射，即g i s 与视频影像的交互操作。 但是，对离实际像素点远的特征点估计效果不佳。 k - y o n g h o 硒m 在分析二维g i s 、三维g i s 和虚拟现实等地理空间表达失真的 基础上，提出了地理视频概念【3 】。他认为视频地理信息系统属于多媒体g i s 范畴， g e o v i d e o 是v i d e o g i s 的原型，g e o v i d e o 将视频自身作为一个g i s 系统，通过视 频本身可进行地图浏览、查询、编辑、空间分析等操作。硒m 建立了一个g e o v i d e o 概念模型，他通过视频帧的空间位置和方位等信息，建立了三维地图和视频帧之间 7 的关联映射关系。其原理是在媒体服务器端把视频流传送给媒体播放器，当点击视 频时，鼠标点坐标和帧数通过后台通道传送给g e o v i d e o 服务器端，g e o v i d e o 服务 器端根据传回的地理坐标、相机参数等在三维数据库中确定选择的物体，并将其传 送至g e o v i d e o 播放器，以文本或地图的形式在视频上显示。 p i s s i n o u 、蹦e v 和m a k k i ( 2 0 0 1 ) 从三维拓扑和方向的关系出发，提出了地理视 频中地理实体的时空模型及其表现方法，在g i s 环境中动态的模拟飞行器状态，并 用于解决实际问题1 1 4 j 。n a v a r r e t e 和b l a t ( 2 0 0 2 ) 在其主持的视频g i s 项目中，将地理 空间信息和视频影像集成，建立了视频片断地理索引，并生成了可在g i s 环境中调 用的超视频( h y p e r v i d e o ) 【”j ，并且定义了用于集成地理语义描述信息的语义框架 【1 6 1 。h w a n g 、c h o i 、j 0 0 和l e e ( 2 0 0 3 ) 提出了用于位置相关服务( l b s ) 的m p e g 7 元数据方案【l7 1 。他们认为，视频地理信息系统的主要功能是：通过计算空间实体的 三维空间位置来查找相应的影像和视频片段，并通过旅游信息和酒店预约等实例验 证了该方案的可行性。l e e 提出了移动制图系统4 s 设计。其组成包括全球定位 系统( g p s ) 、电荷耦合器件( c c d ) 、惯性导航系统( i n s ) 等【1 8 1 。【2 0 1 。l i u 、y o o 和j a i l g ( 2 0 0 5 ) 提出了用于导航的视频g i s 系统框架，并讨论了其原理、网络传输、 编码等内容，实现了地图与视频在3 g 移动网络中的交互查询【2 1 1 。 与此同时，一些商业公司也开始注重视频g i s 的研发，并成功开发了能够采集 处理具有地理参照的视频系统，经过处理可将视频数据集成在g i s 环境中，实现视 频与空间数据的交互。美国r e dh e ns y s t e m s 公司研制了m e d i a m 印p e r 和g e o d e o 系统【2 2 1 ，并为用户提供具有地理参照的视频采集硬件系统。该系统可以安装在汽车 或飞行器上，也可随身携带。视频采集时，可以在地图上查看摄像机的路径，当视 频播放时，地图上实时的显示当前播放视频帧所对应的空间位置，并可对视频进行 播放、暂停、拖放等操作。由英国b l u e g l e n 公司研发的c a i l l n a vm 印p e r ，是基于 g p s 编码技术的视频制图系统，与m e d i a m 印p e r 有着相似的功能，能够用于导航等 领域【2 3 】。另外还有i m a g e c a t 公司的e w s 【2 4 1 以及d e o m 印p e r 公司的d e o m 印p e r 系统【2 5 1 ，均实现了视频和地理空间位置的集成，并提供了从数据采集、处理到应用 的系统研发。 2 3 视频g is 国内研究进展 对于视频g i s 的研究，国内学者也进行了一些探索，且在某些技术和研究领域 已处于世界领先水平。由武汉大学李德仁院士团队研制开发的道路移动测量系统， 是当今测绘界最为前沿的技术之一，代表着未来道路电子地图测图领域的发展趋势 【2 6 】2 7 】。其原理是：在机动车上装配全球定位系统( g p s ) 、视频系统( c c d ) 、惯性 导航系统( i n s ) 或航位推算系统等先进的传感器和设备，车辆在高速行驶过程中， 快速采集道路及其两旁地物的空间位置数据和属性数据。同时，数据同步存储在车 载计算机系统中，经过编辑与后处理形成各种专题数据。另外，该系统还具有汽车 导航等功能，可用于道路状况、道路设施、电力设施等的实时监控，以迅速发现变 化，实现对原图的及时修测。该系统主要用于线性地物地图测图制图领域，并在军 事、勘测、电信、交通管理、城市规划、堤坝监测、电力设施管理、海事等方面有 着广泛的应用前景。 唐冰、周美玉( 2 0 0 1 ) 提出了铁路沿线视频与地理信息的集成方案，并重点讨 论了里程校正与数据库设计【2 8 】。李郁峰、朱金陵等( 2 0 0 4 ) 论述了实时采集压缩线 路视频数据、视频文件索引信息生成、采集点公里路标数据获取等技术，并设计开 发了专用的线路视频播放器，最后通过铁路线路视频数据验证了该方案的可行性 f 2 9 】。台湾学者周永川，张嘉兴，何泰源( 2 0 0 3 ) 将视频g i s 技术成功应用于隧道维 护【姗。 刘学军、闾国年( 2 0 0 7 ) 认为：视频g i s 是指对获取的具有空间定位信息的视 频数据进行传输和管理，并在单帧影像解析的基础上进行空间量测和空间实体三维 建模的技术系统【4 】。视频g i s 在充分发挥视频数据获取多样性、建模与分析灵活性 的基础上，能够为用户提供一个自然、真实、及时的地理世界环境。分析了视频 g i s 具有真实性、动态性、数据易获取、易更新、互动性、实时性等特点。在此基 础上，提出了视频g i s 技术体系框架，并详细阐述了视频数据采集、视频数据压缩、 视频数据无线传输、视频时空数据模型和视频构建与检索、视频影像量测和空间三 维量测等技术。最后认为，视频g i s 与数字硬盘录像设备、视频传输设备、远程控 制设备等有机整合，以地理信息系统为终端应用界面，在交通、电力、电信、水利、 9 邮政、教学、军事、旅游、公安等诸多领域具有潜在的使用价值。 丰江帆( 2 0 0 7 ) 认为：视频g i s 是将地理信息与视频影像实时自动集成，生成 空间位置与视频影像相融合的空间视频信息【3 1 1 。他主要从以下三方面阐述了视频 g i s 的关键技术：( 1 ) 基于a s f 格式，保持空间属性的原始信息，将不同的媒体信 息置于统一的容器中，通过公共的时间轴实现媒体间的同步，最后达到可定位的视 频直播；( 2 ) 使用自适应传输和错误恢复再同步方法，改善了多媒体传输质量，保 证了在流媒体接收端空间数据和视频、音频信息的同步；( 3 ) 利用视频本身的空间 信息与电子地图相关联，通过映射匹配算法，自动提取视频的空间特征并建立特征 之间的关系描述，实现了对物理视频数据的检索。 丰江帆，张宏，沙月进( 2 0 0 7 ) 等分析了目前移动视频监控中存在的问题，指 出基于空间定位信息的移动视频监控是今后的发展方向1 3 1 1 。他们构造了一个基于 g p s 与g i s 的车载移动视频监控系统，并详细论述了该系统的结构设计、工作原理 及其主要功能，对使用的关键技术进行了分析和总结，最后探讨了该系统存在的问 题，并展望了该系统的发展前景。 孔云峰( 2 0 0 7 ) 总结了国内外视频数据和空间数据整合的研究进展，将公路地 理信息与视频影像集成，为公路管理提供了空间位置与视频影像相融合的超媒体信 息p 引。在地理视频数据组织方面，建立了地理位置( x y ) 、公路里程值( m ) 和视 频帧( t 或f ) 之间的映射关系，实现了公路位置、里程与视频影像的集成。进而 实现了公路位置、里程与视频影像之间的相互检索和交互操作，满足了公路视频 g i s 的基本需求。郭浩、孔云峰( 2 0 0 8 ) 设计了一个视频g i s 数据采集系统，对视 频数据和地理空间信息进行了有机集成，可自动生成视频对应的空间信息视频索引 文件【3 4 】。 孔云峰( 2 0 0 9 ) 讨论了地理视频的基本概念和数据模型，并提出了地理视频数据 模型的实体一关系图，同时在网络环境下进行了地理视频的应用开发【3 5 1 。另外，随 着地理超媒体概念、框架、系统与应用的研究进展，孔( 2 0 1 0 ) 讨论了基于w 曲服务 的地理多媒体数据模型和描述方式，进行了网络环境下地理超媒体系统的设计开 发，并以大学校园和公路地图为例，开发了超媒体系统原型系统【3 7 1 。同时，孔( 2 0 l o ) 1 0 在回顾地理视频与视频g i s 相关研究进展的基础上，提出了地理视频数据模型和视 频g i s 框架设计，包括地理视频的描述方法、数据处理流程，以及网络视频g i s 技 术标准、系统设计与实现技术方案等内容1 3 引。吴勇、刘学军等( 2 0 1 0 ) 针对视频技术 及定位技术，提出了将视频与定位信息有机结合形成可定位视频1 3 9 】。 国内外学者对视频g i s 理论与技术的相关研究，为视频地理信息系统的研究、 开发与应用奠定了一定基础。但是，大多研究是在单机环境下实现的，随着网络多 媒体技术的逐步成熟，基于开放的地理信息服务标准，开发面向服务架构的网络视 频g i s 应用成为可能。本文将基于w 曲服务概念，利用f l e x 等技术聚合地理信息 服务、视频流媒体服务以及x m l 文档等服务，开发面向大众的砒a 模式网络视频 g i s 应用，并通过实例验证该方案的可行性。 第三章研究方法 3 1 研究思路 通过第二章的讨论可知，到目前为止对于视频g i s 的研究大都是在单机环境下 进行的。基于网络技术的最新发展，随着网络地理信息服务概念、标准和产品的逐 步完善，网络视频发布技术的普及，实现地理视频编辑、发布一体化应用不仅技术 可行，而且有着广阔的应用前景。 基于以上背景，本文基于w 曲服务概念，利用f l e x 等技术聚合地理信息服务、 视频流媒体服务以及x m l 文档等服务，尝试开发基于标准的、通用的、面向大众 的刚a 模式网络视频g i s 应用系统，并通过实例验证该方案的可行性，为相关的研 究、开发与应用提供借鉴。具体思路为： ( 1 ) 设计开发地理视频原数据处理模块，用于处理视频数据和g p s 数据，分 别得到f l v 格式的f l a l s h 视频及符合地理视频数据模型的l 描述文档； ( 2 ) 开发地理视频空间元数据编辑模块，编辑地理视频的空间元数据，并将 其发布得到地理视频空间元数据服务； ( 3 ) 设计开发地理视频播放器； ( 4 ) 集成地理视频播放器，开发地理视频语义描述编辑模块，用于为l 描 述文件添加语义描述； ( 5 ) 设计开发地理视频智能发布向导，快速将地理信息服务、视频流媒体服 务及x i l 文档等服务聚合生成地理视频服务； ( 6 ) 将以上各模块集成形成通用的a 模式网络视频g i s 软件。 3 2 关键技术 本文在系统设计与开发的过程中用到了一系列新技术，包括a d o b ef l e x 、r i a 、 a d o b ef m s 、m a s h u p 、w 曲服务等技术。 利用a d o b ef l e x 构建和维护的w 曲应用程序极具表现力，可在所有主要浏览 器、桌面和操作系统一致地部署【4 0 】4 1 1 。f l e x 是开发富互联网应用程序( 鼬c hi n t e m e t 1 2 a p 口l i c 撕o n ，缩写为r i a ) 的高效开源框架，其r j a 架构模式如图3 1 所示，目前 已广泛应用于各种商业领域，如电子商务、行政管理，企业业务流程自动化等方面。 它提供了一个基于现代标准与程序建模的常规设计模式，用基于x m l 语言的 m x m l 来描述用户界面设计和行为事件，用面向对象的语言a c t i o n s 谢p t30 作为其 脚本语言，可以与用户开发客户端要实现的功能变量、函数或类进行相互调用，用 f 1 e x 创建的r j a s 由服务器翻译成s w f 格式的客户端应用程序，町以在浏览器中用 f l a s h p i a v e r 播放，或在桌面端用a d o b e a i r 跨平台运行时柬运行”。 客户层 运行层 操作系统 鞍 b r o w s e r d e s k t o d c i i e n t s e r v e r 画。竹 e 卫 a f c g l ss e r v e r x m lj s o n ，s o a rr s s ，“t o m ， m re t o h t t ph t t p sr a ws o c k e t sr t m p 图31 a d o b ef l e x 的r i a 架构模式 f l a s h 与f l e x 有着一定的区别，f l e x 应用程序的开发与m a c r o m e d i af 1 a s h p r o f e s s i o 衄i 程序的开发有所不同，但二者均会被编译成s w f 文件。f l 勰h 使用了 时间轴( t h e i i m ) 、动画帧( f m m e s ) 、图层( l a y e r s ) 等概念来组织和控制应用程 序。而f l e x 则抛弃了这些内容，转而使用m x m l 标签来设计用户界面组件和连接 数据源。尽管f i a s h 与f l e x 的开发模式不同，但是f i a s h 仍是一个很强大的工具， 矿习 可用来创建定制的组件和视觉资源，然后以外部s w c 文件的形式导入f l e x 。 a ( 鼬c hi n t e m e ta p p l i c a t i o n s ) 即富互联网应用【4 3 1 ，它具有桌面应用程序的特 点，包括：( 1 ) 在消息确认和格式编排方面提供互动用户界面；( 2 ) 在无刷新页面 之下提供快捷的界面响应时间；( 3 ) 提供通用的用户界面特性，如拖放式( d r a ga i l d d r o p ) 以及在线和离线操作能力。同时也具有w 曲应用程序的特点，如立即部署、 跨平台、采用逐步下载来检索内容和数据，以及可以充分利用被广泛采