基于MapInfo的分布式预测图形仿真系统设计
辛伟彬+李强
摘 要： 针对地图信息系统输出图形坐标系分布不均问题，设计基于MapInfo的分布式预测图形仿真系统，实现可视化地图信息输出。设置控制点坐标，根据虚拟环境的地图数据构建三维模型，通过AutoCAD程序动态地生成电子地图。采用图层控制技术自动跟踪地图的空间坐标，在MapInfo中显示栅格地图，将各种地图信息数据通过程序加载模块实现数据在线调度，自动生成地图信息，实现分布式预测图形仿真系统的优化设计。仿真结果表明，采用该系统进行地理图形仿真系统设计，输出图形的坐标系分布准确，显示地图信息的准确度较高，图形的自动跟踪性能较好。
关键词： MapInfo； 地图信息； 分布式预测图形； 坐标系； 图像处理； AutoCAD
中图分类号： TN911.73?34； TP311 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）24?0109?03
Abstract： In allusion to the uneven distribution of graphic coordinates output by the map information system， a distributed predictive graphics simulation system based on Mapinfo is designed to realize output of visualized map information. The control point coordinates are set. The three?dimensional model is constructed according to map data in virtual environment. The electronic map is dynamically generated by using the AutoCAD program. The map layer control technology is adopted for automatic track of map space coordinates to display the grid map in MapInfo. The program loading module is used for online scheduling of various map information data to automatically generate map information and realize optimization design of the distributed predicative graphics simulation system. The simulation results show that the system for geographic map simulation system design has accurate coordinate distribution of output graphics， high accuracy in displaying map information， and good performance of graphics automatic tracking.
Keywords： MapInfo； map information； distributed predictive graphics； coordinate system； image processing； AutoCAD
0 引 言
随着地图数字化技术发展，地理信息系统软件不断升级，MapInfo是美国MapInfo公司开发最新的地理图形制作软件。采用MapInfo进行分布式预测图形仿真系统设计，在MapInfo中显示栅格地图，根据投影地图实现地图信息转换和数字化图形输出，提高对地理位置图形化标准能力，研究相应图像仿真系统优化设计方法，在卫星定位、地图软件制作、导航系统设计等领域有应用价值[1]。利用MapInfo软件作为绘图工具，进行图形仿真系统开发，难点在于数据库构建、地图稳健存放、栅格地图绘制及经/纬度投影等问题。本文提出基于多线程数据调度和地理场景模型数据库嵌入式设计分布式预测图形仿真系统设计方法。
1 图形仿真系统处理过程
1.1 圖形预变形与旋转处理
1.2 图形仿真系统的渲染过程
在MapInfo构架环境下，分布式预测图形仿真系统的渲染层分为三层体系结构，分别为地理信息感知层、图形处理层和图形输出层。
利用纹理映射技术进行图形的透视变换处理，在进行地理环境创建中，在三维图形观察器中，为了减少渲染过程开销，用实动画序列进行动态跟踪渲染，在Face Tools中调整网格，组织个别部件进行纹理筛选和删减，提高图像仿真系统输出的稳定性[5]。
通过Geometry Tools把地理信息的数字信息转化为图形信息，提高物体输出的光泽感，采用Insert Materials tool图形渲染工具进行贴图处理，提高分布式预测图形仿真系统的输出稳定性。
根据上述设计，得到基于MapInfo分布式预测图形仿真系统。
2 系统的软件开发实现
2.1 开发环境
在MapInfo软件环境下，进行图像仿真系统的软件开发设计，采用 MVC模型构建图形渲染系统的控制组件，采用MySQL 作为默认系统，进行分布式预测图形仿真系统的关联知识规则库的结构重组。运用开放API集群服务器进行人工、半自动数据采选，采用立体测图仪或立体坐标仪获取地形数据，采用摄影像、机载激光扫描仪扫描生成SAR/INSAR图像。采用分块内插和逐点内插方法获取预测图像仿真系统的DEM数据。本文设计的地理图形仿真系统的原始数据来源于国家地理信息中心，系统主要由面向图的管理模块、Grid DEM数据转换模块、遥感图像处理模块和通信模块构成[6]。对各个模块的软件设计描述如下。
2.2 图形管理模块
图形管理模块由底层数据库、图形数据处理中心和地形对象渲染模块构成。在Multigen Terrain模块中采用立体测图仪进行地理信息感知。在DED文件中采用MapInfo软件对每个地形标杆进行数据采样，从最低分辨率的LOD开始，采用相邻LOD间的图形纹理生成方式实现更高分辨率地形分片处理，图形管理模块的网格由2×2个地形对象组成，获取DEM数据，采用三维变形技术进行高分辨的图像信息采样。在根文件系统中进行图像仿真的SuperViVi移植处理，提高系统的兼容性，构建虚拟文件系统的图形中间件，设计图像仿真系统的控制模块，构建数据同步接口，在嵌入式Web服务下进行Socket编程设计，使用DMA方式发送地理位置信息，把采集参数数据经过路由节点传输到中央处理单元，在图形仿真系统的业务逻辑层动态添加行、列等数据[7]。利用ADO.NET组件库进行图形仿真系统的注册、登录、编译生成可执行程序代码，通过图形处理软件实现实时数据控制。
2.3 Grid DEM数据转换模块
Grid DEM数据转换模块实现对地理图形数据数/模转换，创建模型数据库，用Creator的Terrain菜单模块构建地理图形数据转换模块，将地理图形数据通过实时信号传输方法输入到混合服务器中。在混合操作时，用同步源标识地形区域，使用批处理模块进行图形的颜色、纹理、材质属性渲染，在实时三维应用开发环境下进行创建应用程序，使用Vega Prime编辑器实现分布预测图形的几何学建模[8?9]。在地理图形三维空间坐标系中，采用Vsgu生成大面积地形文件，编译不同的ACF文件，使用MulitGen Creator和ModelBuilder 3D实现Vega Prime库分类和Grid DEM数据转换。
2.4 遥感图像处理模块
遥感图像处理模块对图形采集、滤波和信息融合处理，底层的图形库抽象采用OpenGL进行图像处理，在MapInfo开发软件中建立MS Access数据库，利用MapBasic编程生成的*.mbx文件，按边界地理编码方法直接改变数据表结构。采用VP类库、VSG类库作为图像存储的缓存数据库，在Lynx Prime中建立遥感图像处理的几何结构单元，建立分辨率为8×8网孔，对电子地图数据进行大数据信息处理，采用大量多边形进行图形拼接，根据仿真环境动态场景变化，按照LOD方法进行图形管理。以逻辑组形式实现地理图形信息数据加载和在线调度，为地理图形分布式生产和预测提供图像输入基础，并实现特殊图像处理效果。
3 系统仿真实验
对分布式预测图像仿真系统的调试建立在MapInfo图形处理软件环境中。在Windows Forms中开发仿真系统的GUI界面，程序编译后生成机器代码，采用编程语言进行图形处理软件开发，读取地理信息数据。在ASP.NET处理端口将逻辑控制指令和后台程序代码分开，执行图形生成代码，并通过二维层次结构图灵活地加载数据库，在三维图形观察器观察输出图形，得分布式预测图形仿真输出，如图2所示。
为了证明所设计分布式预测图形仿真系统有效性以及其预测精度等优势，根据图形仿真输出结果，下面进行相关分析，如图3所示。
从图3可看出，在实验的前两次坐标的吻合度并不高，在50%左右。这是因为在实验刚开始时干扰因素较多，设备调试存在一些问题。经一些调整以及实验过程设备自我调整，在第3次实验之后，坐标吻合度较高，且一直是上升趋势，第5次实验坐标吻合度增加到97%左右，对实际信息反映能力好。由于地理信息数量庞大，且复杂性高，预测图形时对地理信息反映完备性很关键，下面通过所提方法设计系统与传统方法对比，来分析两种方法对大量地理信息提取预测完备性见图4、图5。
由图4、图5可知，传统方法面对大量地理图形信息进行预测，从数值上看效果还是比较好，但稳定性差，当图形预测范围逐渐增大时，所预测信息量出现大幅度波动。本文方法信息预测量一直较为平稳，且呈现递增状态。当信息量达到了5 500～6 000时，出现一次较低值，之后又恢复上升趋势，在这段区域内信息点是比较密集的，系统容易出现不稳定现象。
4 结 语
本文提出基于MapInfo的分布式预测图形仿真系统设计方法，实现可视化的地图信息输出。系统由面向图的管理模块、Grid DEM数据转换模块、遥感图像处理模块和通信模块构成。实现分布式预测图形仿真系统优化设计。研究表明，采用该系统进行地理图形仿真系统设计，输出图形的坐标系分布准确，显示地图信息的准确度较高，图形的自动跟踪性能较好。
参考文献
[1] 呼有军，周昕，乐建明，等.基于压缩感知的单像素傅里叶全息成像系统[J].激光杂志，2016，37（7）：7?10.
[2] 王维猛，焦荣华，李晓辉.TD?SCDMA系统DOA?TOA定位技术研究[J].现代电子技术，2014，37（8）：1?4.
[3] LI B， SANG J Z， NING J S. Analysis of accuracy in orbit predictions for space debris using semianalytic theory [J]. Infrared and laser engineering， 2015， 44（11）： 3310?3316.
[4] ZHANG Q， ZHU Q Y， ZHANI M F， et al. Dynamic service placement in geographically distributed clouds [J]. IEEE journal on selected areas in communications， 2013， 31（12）： 762?772.
[5] 林楠，史苇杭.基于多层空间模糊减法聚类算法的Web数据库安全索引[J].计算机科学，2014，41（10）：216?219.
[6] 陈志华，刘晓勇.云计算下大数据非结构的稳定性检索方法[J].现代电子技术，2016，39（6）：58?61.
[7] ST?CHARLES P L， BILODEAU G A， BERGEVIN R. SuBSENSE： a universal change detection method with local adaptive sensitivity [J]. IEEE transactions on image processing， 2015， 24（1）： 359?373.
[8] TIAN F L， GUO Y Q， JIANG C H. Controller design and stability analysis for dcs with communication delay and packet dropout [J]. Aeroengine， 2015， 41（5）： 38?42.
[9] LIU A D， SUN H， YU L， et al. Distributed model predictive control of wide?area power system with communication constraints [J]. Journal of systems science and mathematical sciences， 2016， 36（6）： 749?758.
摘 要： 针对地图信息系统输出图形坐标系分布不均问题，设计基于MapInfo的分布式预测图形仿真系统，实现可视化地图信息输出。设置控制点坐标，根据虚拟环境的地图数据构建三维模型，通过AutoCAD程序动态地生成电子地图。采用图层控制技术自动跟踪地图的空间坐标，在MapInfo中显示栅格地图，将各种地图信息数据通过程序加载模块实现数据在线调度，自动生成地图信息，实现分布式预测图形仿真系统的优化设计。仿真结果表明，采用该系统进行地理图形仿真系统设计，输出图形的坐标系分布准确，显示地图信息的准确度较高，图形的自动跟踪性能较好。
关键词： MapInfo； 地图信息； 分布式预测图形； 坐标系； 图像处理； AutoCAD
中图分类号： TN911.73?34； TP311 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）24?0109?03
Abstract： In allusion to the uneven distribution of graphic coordinates output by the map information system， a distributed predictive graphics simulation system based on Mapinfo is designed to realize output of visualized map information. The control point coordinates are set. The three?dimensional model is constructed according to map data in virtual environment. The electronic map is dynamically generated by using the AutoCAD program. The map layer control technology is adopted for automatic track of map space coordinates to display the grid map in MapInfo. The program loading module is used for online scheduling of various map information data to automatically generate map information and realize optimization design of the distributed predicative graphics simulation system. The simulation results show that the system for geographic map simulation system design has accurate coordinate distribution of output graphics， high accuracy in displaying map information， and good performance of graphics automatic tracking.
Keywords： MapInfo； map information； distributed predictive graphics； coordinate system； image processing； AutoCAD
0 引 言
随着地图数字化技术发展，地理信息系统软件不断升级，MapInfo是美国MapInfo公司开发最新的地理图形制作软件。采用MapInfo进行分布式预测图形仿真系统设计，在MapInfo中显示栅格地图，根据投影地图实现地图信息转换和数字化图形输出，提高对地理位置图形化标准能力，研究相应图像仿真系统优化设计方法，在卫星定位、地图软件制作、导航系统设计等领域有应用价值[1]。利用MapInfo软件作为绘图工具，进行图形仿真系统开发，难点在于数据库构建、地图稳健存放、栅格地图绘制及经/纬度投影等问题。本文提出基于多线程数据调度和地理场景模型数据库嵌入式设计分布式预测图形仿真系统设计方法。
1 图形仿真系统处理过程
1.1 圖形预变形与旋转处理
1.2 图形仿真系统的渲染过程
在MapInfo构架环境下，分布式预测图形仿真系统的渲染层分为三层体系结构，分别为地理信息感知层、图形处理层和图形输出层。
利用纹理映射技术进行图形的透视变换处理，在进行地理环境创建中，在三维图形观察器中，为了减少渲染过程开销，用实动画序列进行动态跟踪渲染，在Face Tools中调整网格，组织个别部件进行纹理筛选和删减，提高图像仿真系统输出的稳定性[5]。
通过Geometry Tools把地理信息的数字信息转化为图形信息，提高物体输出的光泽感，采用Insert Materials tool图形渲染工具进行贴图处理，提高分布式预测图形仿真系统的输出稳定性。
根据上述设计，得到基于MapInfo分布式预测图形仿真系统。
2 系统的软件开发实现
2.1 开发环境
在MapInfo软件环境下，进行图像仿真系统的软件开发设计，采用 MVC模型构建图形渲染系统的控制组件，采用MySQL 作为默认系统，进行分布式预测图形仿真系统的关联知识规则库的结构重组。运用开放API集群服务器进行人工、半自动数据采选，采用立体测图仪或立体坐标仪获取地形数据，采用摄影像、机载激光扫描仪扫描生成SAR/INSAR图像。采用分块内插和逐点内插方法获取预测图像仿真系统的DEM数据。本文设计的地理图形仿真系统的原始数据来源于国家地理信息中心，系统主要由面向图的管理模块、Grid DEM数据转换模块、遥感图像处理模块和通信模块构成[6]。对各个模块的软件设计描述如下。
2.2 图形管理模块
图形管理模块由底层数据库、图形数据处理中心和地形对象渲染模块构成。在Multigen Terrain模块中采用立体测图仪进行地理信息感知。在DED文件中采用MapInfo软件对每个地形标杆进行数据采样，从最低分辨率的LOD开始，采用相邻LOD间的图形纹理生成方式实现更高分辨率地形分片处理，图形管理模块的网格由2×2个地形对象组成，获取DEM数据，采用三维变形技术进行高分辨的图像信息采样。在根文件系统中进行图像仿真的SuperViVi移植处理，提高系统的兼容性，构建虚拟文件系统的图形中间件，设计图像仿真系统的控制模块，构建数据同步接口，在嵌入式Web服务下进行Socket编程设计，使用DMA方式发送地理位置信息，把采集参数数据经过路由节点传输到中央处理单元，在图形仿真系统的业务逻辑层动态添加行、列等数据[7]。利用ADO.NET组件库进行图形仿真系统的注册、登录、编译生成可执行程序代码，通过图形处理软件实现实时数据控制。
2.3 Grid DEM数据转换模块
Grid DEM数据转换模块实现对地理图形数据数/模转换，创建模型数据库，用Creator的Terrain菜单模块构建地理图形数据转换模块，将地理图形数据通过实时信号传输方法输入到混合服务器中。在混合操作时，用同步源标识地形区域，使用批处理模块进行图形的颜色、纹理、材质属性渲染，在实时三维应用开发环境下进行创建应用程序，使用Vega Prime编辑器实现分布预测图形的几何学建模[8?9]。在地理图形三维空间坐标系中，采用Vsgu生成大面积地形文件，编译不同的ACF文件，使用MulitGen Creator和ModelBuilder 3D实现Vega Prime库分类和Grid DEM数据转换。
2.4 遥感图像处理模块
遥感图像处理模块对图形采集、滤波和信息融合处理，底层的图形库抽象采用OpenGL进行图像处理，在MapInfo开发软件中建立MS Access数据库，利用MapBasic编程生成的*.mbx文件，按边界地理编码方法直接改变数据表结构。采用VP类库、VSG类库作为图像存储的缓存数据库，在Lynx Prime中建立遥感图像处理的几何结构单元，建立分辨率为8×8网孔，对电子地图数据进行大数据信息处理，采用大量多边形进行图形拼接，根据仿真环境动态场景变化，按照LOD方法进行图形管理。以逻辑组形式实现地理图形信息数据加载和在线调度，为地理图形分布式生产和预测提供图像输入基础，并实现特殊图像处理效果。
3 系统仿真实验
对分布式预测图像仿真系统的调试建立在MapInfo图形处理软件环境中。在Windows Forms中开发仿真系统的GUI界面，程序编译后生成机器代码，采用编程语言进行图形处理软件开发，读取地理信息数据。在ASP.NET处理端口将逻辑控制指令和后台程序代码分开，执行图形生成代码，并通过二维层次结构图灵活地加载数据库，在三维图形观察器观察输出图形，得分布式预测图形仿真输出，如图2所示。
为了证明所设计分布式预测图形仿真系统有效性以及其预测精度等优势，根据图形仿真输出结果，下面进行相关分析，如图3所示。
从图3可看出，在实验的前两次坐标的吻合度并不高，在50%左右。这是因为在实验刚开始时干扰因素较多，设备调试存在一些问题。经一些调整以及实验过程设备自我调整，在第3次实验之后，坐标吻合度较高，且一直是上升趋势，第5次实验坐标吻合度增加到97%左右，对实际信息反映能力好。由于地理信息数量庞大，且复杂性高，预测图形时对地理信息反映完备性很关键，下面通过所提方法设计系统与传统方法对比，来分析两种方法对大量地理信息提取预测完备性见图4、图5。
由图4、图5可知，传统方法面对大量地理图形信息进行预测，从数值上看效果还是比较好，但稳定性差，当图形预测范围逐渐增大时，所预测信息量出现大幅度波动。本文方法信息预测量一直较为平稳，且呈现递增状态。当信息量达到了5 500～6 000时，出现一次较低值，之后又恢复上升趋势，在这段区域内信息点是比较密集的，系统容易出现不稳定现象。
4 结 语
本文提出基于MapInfo的分布式预测图形仿真系统设计方法，实现可视化的地图信息输出。系统由面向图的管理模块、Grid DEM数据转换模块、遥感图像处理模块和通信模块构成。实现分布式预测图形仿真系统优化设计。研究表明，采用该系统进行地理图形仿真系统设计，输出图形的坐标系分布准确，显示地图信息的准确度较高，图形的自动跟踪性能较好。
参考文献
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