毕业设计-移动智能巡检系统的设计与实现

毕业设计-移动智能巡检系统的设计与实现内容摘要：

对该系统进行相关的测试。 第六章 移动智能巡检系统操作代码说明。 对操作系统，管理系统应用的所用到的相关代码进行说明。 第七章 系统总结。 通过对软件进行测试，发现问题所在，并对开发中出现的问题进行梳理。 致谢及展望。 对论文期间所做工作进行了总结，分析下一步的工作，并对移南京大学硕士论文 引言 3 动巡检系统的未来作了一个展望。 参考文献。 对论文中所参考引用的期刊论文进行罗列梳理。 南京大学硕士论文 3S 相关技术 4 第 二 章 3S 相关技术 地理 信息系统（ GIS）与全球定位系统 (GPS)、遥感系统 (RS)合称 3S 系统。 本方案提出了以地理信息系统 GIS为基础 ,以 GPS定位系统为终端 ,配合带有矢量化电子地图的终端数据采集软件和后台处理软件 ,并通过 RS 遥感系统传输信息，应用在智能巡检系统数据采集传输工作中的一种新思路。 移动智能巡检系统 的方案 ,同时也拓展了 3S 在道路监察、管理的相关领域应用的思路 ,如在以地理信息为基础的道路监察，城区规划设计、道路安全实时空间数据采集和道路巡检等工作中，重点解决道路安全空间数据实时信息的采集、更新 (地图修正 )问题和日常检 查维护问题 ,为道路安全信息化建设提供指导性解决方案 ,对促进管理现代化和决策的科学化都具有重要意义。 GIS（地理信息系统）技术 地理信息系统（ GIS， Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，现在也有称 GIS 为“地理信息科学”（ Geographic Information Science）。 地理信息系统的组成主要包括以下几个方面： GIS 属于信息系统的一类，不同在 于它能运作和处理地理参照数据。 地理参照数据描述地球表面 (包括大气层和较浅的地表下空间 )空间要素的位置和属性，在 GIS 中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。 地理信息系统 (GIS) 是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。 在严格的意义上 , 这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。 例如，根据在数据库中的位置对数据进行识别。 实习者通常也认为整个 GIS 系统包括操作人员以及输入系统的数据。 地理信息系统（ GIS）技术能够应用于科学调查、资源管理、 财产管理、发展规划、绘图和路线规划。 例如，一个地理信息系统 (GIS)能使应急计划者在自然灾害的情况下较易地计算出应急反应时间，或利用 GIS 系统来发现那些需要保护不受污染的湿地。 南京大学硕士论文 3S 相关技术 5 GIS 中使用的技术：各种信息来源，如果能将你所在州的降雨和你所在县上空的照片联系起来，就可以判断出哪块湿地在一年的某些时候会干涸。 一个 GIS系统就能够进行这样的分析，它能够将不同来源的信息以不同的形式应用。 对于源数据的基本要求是确定变量的位置。 位置可能由经度、纬度和海拔的 x， y， z坐标来标注，或是由其他地理编码系统比如 ZIP 码，又或 是高速公路英里标志来表示。 任何可以定位存放的变量都能被反馈到 GIS。 一些政府机构和非政府组织正在生产制作能够直接访问 GIS 的计算机数据库。 可以将地图中不同类型的数据格式输入 GIS。 GIS 系统同时能将不是地图形式的数字信息转换可识别利用的形式。 例如，通过分析由遥感生成的数字卫星图像，可以生成一个与地图类似的有关植被覆盖的数字信息层。 同样，人口调查或水文表格数据也可在 GIS 系统中被转换成作为主题信息层的地图形式。 GIS数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象 (公路、土地利用、海拔 )。 现实世界客观对象可被划 分为二个抽象概念 : 离散对象 (如房屋 ) 和连续的对象领域 (如降雨量或海拔 )。 这二种抽象体在 GIS 系统中存储数据主要的二种方法为：栅格（网格）和矢量。 栅格（网格）数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。 它与栅格（网格）图像是类似的，除了使用合适的颜色之外，各个单元记录的数值也可能是一个分类组（例如土地使用状况）、一个连续的值（例如降雨量）或是当数据不是可用时记录的一个空值。 栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。 通常存储单元代表地面的方形区域，但也可以用来代表其它形状。 栅格数据既可以用来代表一块区域，也可 以用来表示一个实物。 矢量数据利用了几何图形例如点、线（一系列点坐标），或是面（形状决定于线）来表现客观对象。 例如，在住房细分中以多边形来代表物产边界，以点来精确表示位置。 矢量同样可以用来表示具有连续变化性的领域。 利用等高线和不规则三角形格网（ TIN）来表示海拔或其他连续变化的值。 TIN 的记录对于这些连接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。 三角形所在的面代表地形表面。 利用栅格或矢量数据模型来表达现实既有优点也有缺点。 栅格数据设置在面内所有的点上都记录同一个值，而矢量格式只在需要的地方存储数据，这就 使得南京大学硕士论文 3S 相关技术 6 前者所需的存储的空间大于后者。 对于栅格数据可以很轻易地实现覆盖的操作，而对于矢量数据来说要困难得多。 矢量数据可以像在传统地图上的矢量图形一样被显示出来，而栅格数据在以图象显示时显示对象的边界将呈现模糊状。 除了以几何向量坐标或是栅格单元位置来表达的空间数据外，另外的非空间数据也可以被存储。 在矢量数据中，这些附加数据为客观对象的属性。 例如，一个森林资源的多边形可能包含一个标识符值及有关树木种类的信息。 在栅格数据中单元值可存储属性信息，但同样可以作为与其他表格中记录相关的标识符。 （ 1）资料采集：数据采集 — — 向系统内输入数据 —— 它占据了 GIS 从业者的大部分时间。 有多种方法向 GIS 中输入数据，在其中它以数字格式存储。 测量数据可以从测量器械上的数字数据收集系统中被直接输入到 GIS 中。 从全球定位系统（ GPS） —— 另一种测量工具中得到的位置，也可以被直接输入到GIS 中。 遥感数据同样在数据收集中发挥着重要作用，并由附在平台上的多个传感器组成。 传感器包括摄像机、数字扫描仪和激光雷达，而平台则通常由航空器和卫星构成。 现在大部分数字数据来源于图片判读和航空照片。 软拷贝工作站用来数字化直接从数字图像的立体象对中得到的特征。 这些系统允许数据以二维或三维捕捉，它们的海拔直接从用照相测量法原理的立体象对中测量得到。 现今，模拟航空照片先被扫描然后再输入到软拷贝系统，但随着高质量的数字摄像机越来越便宜，这一步也就可被省略了。 卫星遥感提供了空间数据的另一个重要来源。 这里卫星使用不同的传感器包来被动地测量从主动传感器如雷达发射出去的电磁波频谱或无线电波的部分的反射系数。 遥感收集可以进一步处理来标识感兴趣的对象和类例如土地覆盖的光栅数据。 （ 2）资料操作： GIS 可以执行数据重构来把数据转换成不同的格式。 例如，GIS 可以通过在具有相同分类 的所有单元周围生成线，同时决定单元的空间关系，如邻接和包含，来将卫星图像转换成向量结构。 由于数字数据以不同的方法收集和存储，两种数据源可能会不完全兼容。 因此 GIS 必须能够将地理数据从一种结构转换到另一种结构。 （ 3）两种系统与转换：财产所有权地图与土壤分布图可能以不同的比例尺显示数据。 GIS 中的地图数据必须能被操作以使其与从其它地图获得的数据对齐或相配合。 在数字数据被分析前，它们可能得经过其它一些将它们整合进 GIS 的南京大学硕士论文 3S 相关技术 7 处理，比如，投影与坐标变换。 地球可以用多种模型来表示，对于地球表面上的任一给定点，各个模型 都可能给出一套不同的坐标（如纬度，经度，海拔）。 最简单的模型是假定地球是一个理想的球体。 随着地球的更多测量逐渐累积，地球的模型也变得越来越复杂，越来越精确。 事实上，有些模型应用于地球的不同区域以提供更高的精确度（如北美坐标系统， 1983NAD83只适合在美国使用，而在欧洲却不适用）。 （ 4） GIS 空间分析：空间分析能力是 GIS 的主要功能，也是 GIS 与计算机制图软件相区别的主要特征。 空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以及对空间事物做出定量的描述。 一般地讲，它只回答 What（是什么。 ）、 Where（在哪里。 ）、 How（怎么样。 ）等问题，但并不（能）回答Why（为什么。 ）。 空间分析需要复杂的数学工具，其中最主要的是空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等，其主要任务是对空间构成进行描述和分析，以达到获取、描述和认知空间数据；理解和解释地理图案的背景过程；空间过程的模拟和预测；调控地理空间上发生的事件等目的。 GIS 软件 地理信息只是一堆数字纪录，需要有合适的软件去把它表示出来；与此同时，地理信息数据库的建立，亦有赖合适软件的帮助，把地理数据信息化。 现时在工商界方面的市场普遍被两大地理资讯系 统巨头 ESRI 及 Mapinfo 所垄断，但他们亦能够提供一套整全的地理资讯系统，以供客户使用。 政府及军方机构往往用到特别打造的软件，例如开源的 GRASS 或其他专门的系统，以配合他们的特殊需要。 虽然现时有不少自由的阅览 GIS 资料的工具，一般大众可以轻易取得的地理信息，还得依靠 Google Earth 或微软的 Virtual Earth 之类的系统。 这些系统所提供的资料更往往过于地域中心，例如：你可以清楚找到一个位于美国偏远小镇的停车位，但却不能看得清楚一条位于首尔江南区的大街。 （ 1）互联网连结编程界面：在互联网服 务普及的今天，不少地理资讯系统都提供编程界面，让用户通过这些界面及其系统建立各自的地理资讯信息页面。 这些编程界面，有利用 VBA 或 JavasScript 的。 让用户很容易就可以提供卫星图片或地图的连结页面，甚至加上行车路线或道理位置等信息。 南京大学硕士论文 3S 相关技术 8 （ 2）移动 GIS：通过与流动装置的结合，地理资讯系统可以为用户提供即时的地理信息。 一般汽车上的导航装置都是结合了卫星定位设备 (GPS)和地理资讯系统 (GIS)的复合系统；在香港曾经很流行的地图王，则是一套可以安装在 PDA或手提电话上的即时地图系统。 汽车导航汽车导航系统是 地理资讯系统的一个特例，它除了一般的地理资讯系统的内容以外，还包括了各条道路的行车及相关信息的数据库。 这个数据库利用矢量表示行车的路线、方向、路段等信息，又利用网络拓扑的概念来决定最佳行走路线。 地理数据文件 (GDF)是为导航系统描述地图数据的 ISO 标准。 汽车导航系统组合了地图匹配、 GPS 定位和来计算车辆的位置。 地图资源数据库也用于航迹规划、导航，并可能还有主动安全系统、辅助驾驶及位置定位服务 (Location Based Services, LBS)等高级功能。 汽车导航系统的数据库应用了地图资源数据库管理。 GPS 无线定位 整个 GPS 系统主要由空间部分、地面控制部分与用户接收机三部分组成 :（ 1）空间部分： GPS 的空间部分由 24 颗 GPS 工作卫星组成，早先这些卫星被分成 8 颗一组，分布在 3 个不同的绕地轨道上，之后人们对这样的安排做了调整，最终将 24 颗卫星划分为 6 组，每组四颗，分布在 6 个不同的绕地轨道上，轨道平均高度为 20200 公里，不同轨道之间的倾角为 55176。 卫星运行周期约为 11 小时 58 分钟。 GPS 卫星轨道经过调整之后，能够保证在世界上几乎所有的地方都能够至少有 6 颗卫星处于地平线以上，即可见范围，最多时能达 到 12 颗。 这样布局从理论上可以保证 GPS 在地球上任何时间、任何地点对物体进行定位。 加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此， GPS 是一个全球性、全天候的连续实时的导航和定位系统。 （ 2） 地面控制部分 ： GPS 地面监控系统分布于全球范围，由 1 个主控站、5 个监控站和 3 个注入站组成。 主控站位于美国科罗拉多（ Colorado）的法尔孔（ Falcon）空军基地，主控站根据各监控站对 GPS 的观测计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去，以调整偏离轨道的卫星至预订轨道，或启用备用卫星替 代失效卫星等。 监控站的作用负责接收南京大学硕士论文 3S 相关技术。