“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)”之課題六

“青藏鐵路數(shù)字化路基與仿真平臺開發(fā)研究〞之功能設(shè)計吳立宗、車濤工程負(fù)責(zé)人：程國棟課題負(fù)責(zé)人：李新中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所二OO二年十二月

數(shù)字路基的整體結(jié)構(gòu)青藏鐵路地理信息系統(tǒng)常規(guī)監(jiān)測網(wǎng)遙感與GPS監(jiān)測數(shù)值仿真

平臺評價、預(yù)報和預(yù)警防護措施信息存儲、管理、查詢和分析與CAD及其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與集成數(shù)字路基地理信息系統(tǒng)是“數(shù)字路基系統(tǒng)〞的核心，地理信息系統(tǒng)是其他局部的實現(xiàn)平臺，因此在設(shè)計時將“數(shù)字化路基〞的各項功能集中表達在“青藏鐵路地理信息系統(tǒng)〞。青藏鐵路地理信息系統(tǒng)整體構(gòu)架

定制的客戶端應(yīng)用程序是特為青藏鐵路研究效勞的，通過它能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計中的所有功能，包括對文本數(shù)據(jù)的瀏覽。除此之外，用戶還可以選擇其他的終端瀏覽器，但這些瀏覽器不具備對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析的能力，只能瀏覽相關(guān)的結(jié)果。這些瀏覽器包括InternetExplorer、ArcView、ArcExplorer、ArcReader。如果用戶使用ArcGISDesktop也能實現(xiàn)系統(tǒng)的大局部功能。移動終端青藏鐵路研究很多工作是在野外進行的，為了使地理信息系統(tǒng)能夠在戶外工作發(fā)揮作用，青藏鐵路地理信息系統(tǒng)支持移動終端。移動終端以掌上電腦為載體，以MicrosoftWindowsCE為操作系統(tǒng)，以ArcPad為GIS工具。移動終端可以將效勞器上的相關(guān)數(shù)據(jù)下載到本地，就可以帶到戶外進行工作，并可以與GPS相連接進行野外測量，將測量結(jié)果形成新的圖層。戶外工作完成后，移動終端還可以將工作結(jié)果上載到效勞器。ArcPad功能設(shè)計的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)的查詢、分析數(shù)據(jù)輸出以GIS為工具，集成和表現(xiàn)青藏鐵路研究成果數(shù)據(jù)集成方法、模型集成以GIS和空間分析為研究手段，分析和解決青藏鐵路工程的各種問題。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集GPS數(shù)據(jù)和野外觀測數(shù)據(jù)的自動、半自動接受

終端數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換投影變換和坐標(biāo)體系轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換屬性數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

GPS數(shù)據(jù)和野外觀測數(shù)據(jù)的自動、半自動接受

數(shù)據(jù)接收服務(wù)器野外觀測數(shù)據(jù)（1）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式

通過軟件接口信息管理集成系統(tǒng)新的模擬結(jié)果更新數(shù)據(jù)野外觀測數(shù)據(jù)（2）數(shù)據(jù)處理中心標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)人工傳輸自動、半自動功能的實現(xiàn)需要設(shè)計到3局部內(nèi)容：數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)、傳輸手段和更新到數(shù)據(jù)庫的程序接口。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換終端數(shù)據(jù)輸入

用戶可以將自己的數(shù)據(jù)以文本形式儲存起來，終端應(yīng)用程序具有讀取文本格式，并與已有圖層疊加。此外，客戶端應(yīng)用程序能夠翻開用戶本地的矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)，并與系統(tǒng)數(shù)據(jù)作相關(guān)分析。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換投影變換和坐標(biāo)體系轉(zhuǎn)換

當(dāng)用戶提出投影和坐標(biāo)體系的需求時，終端將這種要求提交給效勞器，如果效勞器端存在滿足要求的數(shù)據(jù)，那么直接提交數(shù)據(jù)到客戶端。如果沒有需要的數(shù)據(jù)，那么效勞器必須通過投影轉(zhuǎn)換器，將別的投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要的投影數(shù)據(jù)，然后返回給終端。坐標(biāo)體系和單位變換既可以在效勞器端進行也可以在客戶端進行，在效勞器端坐標(biāo)體系和單位的轉(zhuǎn)變是與投影轉(zhuǎn)換同時進行；在客戶端，轉(zhuǎn)換程序需要讀取矢量文件的坐標(biāo)，然后進行轉(zhuǎn)換，在坐標(biāo)顯示區(qū)取代原來的坐標(biāo)。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換支持動態(tài)投影其他數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換Generate和文本數(shù)據(jù)的讀取、矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、矢量圖層存儲為圖片數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換不帶地理坐標(biāo)〔或坐標(biāo)與本系統(tǒng)坐標(biāo)不一致〕的粗幾何糾正。屬性數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換文本轉(zhuǎn)換為表，不同表數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信息查詢

非空間屬性數(shù)據(jù)的查詢

空間數(shù)據(jù)查詢

地圖提示

超級鏈接

基于屬性數(shù)據(jù)的查詢

基于空間數(shù)據(jù)的查詢

基于元數(shù)據(jù)的查詢

查詢和分析非空間屬性數(shù)據(jù)的查詢

非空間屬性數(shù)據(jù)查詢是基于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

查詢方式主要為：關(guān)鍵詞查詢：如輸入北麓河，查詢相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)和相應(yīng)的空間要素限制條件查詢：如輸入地溫＜-2C，查詢滿足條件的路段及相應(yīng)的所有空間要素檢索的結(jié)果顯示：表，圖查詢結(jié)果查詢和分析地圖提示和超級連接

地圖提示信息來源于屬性表中某字段的信息超級連接可以連接到其他文檔，包括文本、圖像、網(wǎng)頁、多媒體等查詢和分析坐標(biāo)查詢功能

適用于不同坐標(biāo)體系：工程坐標(biāo)、經(jīng)緯度坐標(biāo)、大地坐標(biāo)；適應(yīng)于不同的坐標(biāo)單位：公里、米、平方米、平方公里等。查詢和分析滿足一定條件的屬性數(shù)據(jù)查詢

通過對屬性表中的數(shù)據(jù)進行條件設(shè)置，如數(shù)學(xué)運算，邏輯運算，可以得到所需要的數(shù)據(jù)。如查詢面積大于A而小于B的多邊形。查詢和分析查找

用戶通過輸入想要查詢的字符串，并選擇在地圖上特定圖層或所有圖層中查找，同時還可以選擇在所有字段或特定字段中查找。查找完成后，查找窗口將自動移動到所查找的第一個要素處。

查詢和分析要素識別

用鼠標(biāo)點擊相應(yīng)的要素，就能查詢到其屬性表中的信息

查詢和分析位置選擇

l與……交叉l在與……一定距離之內(nèi)l包含在……中l(wèi)全包含l中心落在……之內(nèi)l與…共用線段l與……共用節(jié)點l與……完全一致l被……的輪廓穿越查詢和分析基于元數(shù)據(jù)的查詢

用戶通過設(shè)置坐標(biāo)范圍〔工程坐標(biāo)或地理坐標(biāo)〕、原圖像的格式〔遙感、DEM等〕、遙感圖象的傳感器，遙感圖像的時間，投影等要素對核心元數(shù)據(jù)進行檢索，得到的查詢結(jié)果可以顯示并能夠下載。對多媒體數(shù)據(jù)，通過元數(shù)據(jù)中的描述說明性字段對圖像進行檢索。制作時間，內(nèi)容說明〔如鐵路施工的照片〕，數(shù)據(jù)格式〔如tif，jpg，avi〕等。查詢和分析空間分析

幾何量算點狀目標(biāo)——距離線狀目標(biāo)——直線距離、曲線距離、曲率、點到線的距離面狀目標(biāo)——面積、周長立體目標(biāo)——外表積、體積?；趯傩孕畔⒌目臻g統(tǒng)計分析簡單統(tǒng)計分析需要擴展的統(tǒng)計分析查詢和分析簡單統(tǒng)計分析

最大值最小值標(biāo)準(zhǔn)差頻數(shù)總和平均值查詢和分析需要擴展的統(tǒng)計分析主成分分析法系統(tǒng)聚類分析空間自相關(guān)分析回歸分析

查詢和分析緩沖區(qū)分析

基于點要素的緩沖區(qū)分析基于線要素的緩沖區(qū)分析

基于面要素的緩沖區(qū)分析

查詢和分析緩沖區(qū)分析應(yīng)用形成新的多邊形要素

如將鐵路兩側(cè)2公里范圍內(nèi)，面積大于10m2的凍漲丘，形成一張分布圖。鄰近查找

查找距離某一地物一定距離范圍內(nèi)的其他要素分布圖查詢和分析疊加分析

矢量疊加多邊形疊加點與多邊形疊加線與多邊形疊加?xùn)鸥駡D層疊加基于常數(shù)對單個圖層進行代數(shù)運算；基于數(shù)學(xué)變換對單個圖層進行數(shù)學(xué)變換〔如指數(shù)、對數(shù)、三角變換等〕；多個圖層的代數(shù)運算〔加、減、乘、除、乘方等〕和邏輯運算〔與、或、非、異或等〕查詢和分析矢量疊加

并集〔Union〕將兩個多邊形中的要素合并起來，生成一個新的多邊形，新生成的屬性表中將得到原來多邊形的全部屬性。交集〔Intersect〕將兩個圖層中的要素和屬性組合到第三個圖層中，并且第一個圖層被第二個圖層范圍所限制。疊和〔Identity〕輸入的第一個圖層的要素不會被第二個圖層的范圍所剪切，即在輸出結(jié)果中保存了第一個輸入圖層的全部要素。柵格圖層疊加

利用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間信息隱含屬性信息的特點，可以通過數(shù)學(xué)關(guān)系建立不同圖層之間的聯(lián)系。各種空間模型很多都是采用各種方程將不同的圖層進行疊加運算，以揭示某種空間現(xiàn)象或空間過程。例如，凍土深度與地溫、水分等要素有關(guān)，可以將地溫、水分作為數(shù)據(jù)層面輸入，通過運算可以得到地溫、水分變化后的凍土深度分布圖。

查詢和分析空間提取子集提取

剪切

融合

查詢和分析圖像壓縮或快視圖的獲取.采用圖像壓縮格式能夠得到最好的壓縮比和最好的視覺效果空間插值

整體插值方法邊界內(nèi)插方法趨勢面分析變換函數(shù)插值局部插值方法最近鄰點法——泰森多邊形方法移動平均插值方法——距離倒數(shù)插值樣條函數(shù)插值方法空間自協(xié)方插最正確插值方法——克里金插值查詢和分析三維分析

外表形成及外表分析地形分析三維交互式顯示三維飛行和虛擬現(xiàn)實三維疊加通視計算、自動生成地形剖面等三維計算功能查詢和分析根底數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和根本功能GIRD格式等值線坡度圖坡向圖山影圖查詢和分析三維圖像交互式顯示查詢和分析三維飛行和虛擬現(xiàn)實三維飛行虛擬顯示查詢和分析三維疊加查詢和分析DEM與矢量的疊加DEM與遙感圖像的疊加＋＝透視計算查詢和分析視線分析視域分析二維剖面查詢和分析顯示CAD圖層查詢圖例屬性表信息連續(xù)三維剖面的自動形成和查詢查詢和分析三維顯示任意切割連續(xù)三維面地統(tǒng)計分析

地理統(tǒng)計預(yù)測值：測值標(biāo)準(zhǔn)差，概率圖，分位數(shù)圖，指示器的誤差。連續(xù)外表生成提供把分布式采樣點繪制成連續(xù)外表圖的能力。通過在樣本中分析固有的模式，外表生成工具能生成一個外表。生成子數(shù)據(jù)集對輸出外表的質(zhì)量進行估價的最嚴(yán)格的方法是把預(yù)測的值和野外測定值進行比較，把最初的數(shù)據(jù)集分為兩局部。一局部用來生成空間結(jié)構(gòu)的模型及生成外表。其他局部用來比較和驗證輸出外表。查詢和分析系統(tǒng)輸出

分析結(jié)果儲存

將分析的結(jié)果以文本、表格、圖像格式儲存在本地制圖功能簡單制圖復(fù)雜制圖數(shù)據(jù)輸出數(shù)值仿真平臺系統(tǒng)

為數(shù)值仿真平臺提供數(shù)據(jù)發(fā)布數(shù)值仿真平臺模擬的結(jié)果(主要以圖表的形式)將數(shù)字仿真平臺模擬的結(jié)果〔數(shù)據(jù)文件〕以