基于GIS 的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

姚益峰，路 佳，謝 丹

（湖州創(chuàng)新國(guó)土測(cè)繪規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，浙江 湖州 313000）

由于地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)具有基數(shù)大、類型不一的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理具有很高的難度。傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)存在處理波特率低的缺陷，為此，基于GIS 設(shè)計(jì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，致力于提高地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理波特率。

1 GIS

GIS 以其自身良好的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)表現(xiàn)能力，能夠在計(jì)算機(jī)運(yùn)營(yíng)環(huán)境支持的情況下，實(shí)時(shí)采集地理信息[1]。并通過(guò)GIS 的運(yùn)算、分類、存儲(chǔ)等功能執(zhí)行對(duì)地理信息的管理操作。通過(guò)地理信息的坐標(biāo)點(diǎn)位，展示其獨(dú)特的視覺(jué)化效果。除此之外，GIS 具備極強(qiáng)的空間分析能力，在對(duì)GIS 技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)具有較強(qiáng)的空間分析能力，這項(xiàng)功能在實(shí)施過(guò)程中，需要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為其提供支撐。通常情況下，GIS 技術(shù)在對(duì)事物進(jìn)行描述時(shí)，只能從簡(jiǎn)單的角度進(jìn)行表述。包括對(duì)空間事物發(fā)出疑問(wèn)，由于事件的空間分析是一個(gè)相對(duì)動(dòng)態(tài)化的過(guò)程，因此他無(wú)法正面的回答問(wèn)題。利用GIS 技術(shù)分析事物的過(guò)程，也可被稱之為數(shù)據(jù)空間表達(dá)的過(guò)程，通過(guò)對(duì)空間事物的認(rèn)知，掌握?qǐng)D像、拓?fù)鋱D像、幾何數(shù)據(jù)等背景，并以此作為參照依據(jù)，對(duì)事件可能發(fā)生的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，最終達(dá)到對(duì)事件的分析功能。因此，有必要將GIS應(yīng)用在地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其具體內(nèi)容如下。

2 基于GIS的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 微控制器集成電路

在系統(tǒng)服務(wù)器硬件中，本文采用了一種具有嵌入式-微控制器的集成電路對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，微控制器集成電路接口線路，如下圖1 所示。

結(jié)合圖1 所示，其中RTH 和CHAN 容量為48K、56 K的硬件平臺(tái)，該平臺(tái)可以更好的完成系統(tǒng)中對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理功能的要求。本文主要對(duì)微控制器兩部分的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，一是本系統(tǒng)中的最小系統(tǒng)電路，二是系統(tǒng)中針對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理解析電路。通過(guò)轉(zhuǎn)換芯片將模擬的信號(hào)信息轉(zhuǎn)換為空間上的數(shù)字化信號(hào)，采用具有HS 處理技術(shù)的芯片，實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的信噪比、量子效率等，且地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理速度較快，可以高效處理地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖1 微控制器集成電路接口線路

2.2 通信鏈路

在設(shè)計(jì)微控制器集成電路的基礎(chǔ)上，為確保系統(tǒng)中的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理指令的傳輸能夠高效進(jìn)行，設(shè)計(jì)通信鏈路，表格化傳感器接收端的有效信號(hào)。基于通信鏈路的聯(lián)動(dòng)功能，將多個(gè)系統(tǒng)硬件有效的串聯(lián)在一起，本文設(shè)計(jì)的通信鏈路亮點(diǎn)之處在于能夠通過(guò)運(yùn)營(yíng)商基站傳輸?shù)刭|(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理指令，以此減小信源信號(hào)的冗余度，將出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的幾率降至最低，提高地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理指令的傳輸效率。

2.3 顯示器

設(shè)計(jì)顯示器作為系統(tǒng)的展示界面，將地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理結(jié)果在顯示器上顯示[2]。本文設(shè)計(jì)的顯示器，型號(hào)為AWrty96525400，尺寸為64 寸，共有24 路，通過(guò)串口通訊能夠直接獲得的處理后的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)。通過(guò)Sucount K網(wǎng)絡(luò)與下層控制主機(jī)相聯(lián)。顯示器的硬件環(huán)境配置，包括：2Mbpspc 端各類型瀏覽器及移動(dòng)端各類型瀏覽器，類型為帶寬可支持瀏覽器。利用顯示器中的雙核多路，提高顯示速率。以此，完成系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)。

3 基于GIS的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于GIS 迭代分析地質(zhì)測(cè)量空間矢量數(shù)據(jù)

為進(jìn)一步處理地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，還需要基于GIS 的空間分析能力，迭代分析地質(zhì)測(cè)量空間矢量數(shù)據(jù)。通過(guò)GIS 根據(jù)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的空間特性，聯(lián)系計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)方式，對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀性空間描述。集合地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)屬性要素（包括：地質(zhì)測(cè)量勘查區(qū)名稱、地質(zhì)測(cè)量勘查區(qū)編號(hào)、地質(zhì)測(cè)量勘查區(qū)面積及地質(zhì)測(cè)量重點(diǎn)工作區(qū)等），生成支持系統(tǒng)迭代分析的數(shù)據(jù)格式。并在此基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，將基于GIS 的地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可支持地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)化表述地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的變化過(guò)程。分析地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)屬性，制作相應(yīng)的電子信息表。以此，作為地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的模糊轉(zhuǎn)化過(guò)程及表達(dá)，基于GIS 空間描述對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的認(rèn)知，掌握?qǐng)D像、拓?fù)鋱D像、幾何數(shù)據(jù)等背景，為分析地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)提出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終達(dá)到對(duì)地質(zhì)測(cè)量空間矢量數(shù)據(jù)的分析功能。

3.2 可視化地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)

基于GIS 迭代分析地質(zhì)測(cè)量空間矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于GIS 建立地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)3D 繪圖協(xié)議，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)量的空間數(shù)據(jù)可視化。具體流程為：首先，通過(guò)HTML 腳本制作Web 交互式三維動(dòng)畫，以3D 圖形的形式渲染地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)。而后，利用OpenGL ES 2.0 制作地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)API，允許文檔對(duì)象模型接口。最后，利用部分Javascript 實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)3D 繪圖自動(dòng)存儲(chǔ)器管理。完成上述操作后，將地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)屬性作為參照數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS，對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，直觀的檢索地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，并使用系統(tǒng)提供的專家處理技術(shù)，使地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一種可視化狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)可視化。基于GIS 能夠得到可視化的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，為下文實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理提供可視化數(shù)據(jù)。

3.3 實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理

在完成可視化地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)后，還需要基于GIS 處理地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，統(tǒng)一地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)格式。本文通過(guò)GIS 中對(duì)數(shù)據(jù)的處理功能，首先，針對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行自校驗(yàn)，通過(guò)GIS 的二維影像自動(dòng)恢復(fù)功能，形成區(qū)域場(chǎng)景三維點(diǎn)云模型。而后，利用GIS 技術(shù)中SIFT 特征提取算子提取地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)特征點(diǎn)，刪除相對(duì)較低區(qū)域的數(shù)據(jù)[3]。而后，利用GIS 進(jìn)行地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)特征粗匹配，提取出有價(jià)值的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)信息。在此基礎(chǔ)上，剔除誤匹配點(diǎn)。最后，在完成地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理步驟的基礎(chǔ)上，運(yùn)用GIS 的高程模型功能，正向映射校正地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)后，在多次對(duì)比達(dá)成一致后，實(shí)施地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)成像，并去除邊緣模糊的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，提煉地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的空間信息特征，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理。至此，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4 實(shí)例應(yīng)用分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)實(shí)例分析，選擇某礦山LOPertyl 地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)集作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)LOPertyl 地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)集執(zhí)行處理行為。忽略其它對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成影響的外界因素，首先，使用本文基于GIS 設(shè)計(jì)的處理系統(tǒng)，處理LOPertyl 地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，使用matalb 軟件測(cè)得其處理波特率，定義該組為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)實(shí)施相同步驟的操作，同樣使用matalb 軟件測(cè)得其處理波特率，定義該組為對(duì)照組。為了避免突發(fā)事件對(duì)結(jié)果的影響，將多種變量參數(shù)控制一致，共設(shè)置10 次實(shí)驗(yàn)，記錄測(cè)得的處理波特率。處理波特率越高表示該分析系統(tǒng)對(duì)于LOPertyl 地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理效率越高。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，處理波特率對(duì)比結(jié)果，如下表1 所示。

表1 處理波特率對(duì)比表

通過(guò)表1 可知，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)處理波特率明顯高于對(duì)照組，對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理效率更高。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過(guò)本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理中存在的效率低的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理波特率測(cè)定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理波特率測(cè)定結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來(lái)針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為地質(zhì)測(cè)量提供更好質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。