高精度数字地图在信息通信领域的应用研究.pdf
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1、信息技术 年第 期高精度数字地图在信息通信领域的应用研究 祝玉东 赵国强 韩 雷 代金国 侯永斌(西安卫星测控中心 西安)摘 要:针对野外通信线缆所经地形复杂、环境恶劣、铺设方式多样、探查维护困难的问题设计并开发了一款可用于线缆巡查的高精度数字地图系统()该系统采用 构建窗口界面使用 ()三维渲染引擎利用高精度的卫星影像数据构建数字地球通过北斗全球卫星导航系统实时定位人员位置地下线缆定位精度小于 米可实现地下管线的快速定位 系统可视化程度高、结构轻便、操作简单、扩展性强极大地方便了线缆巡查工作关键词:线缆巡查 全球卫星导航系统 三维可视化 瓦片地图服务中图分类号:文献标识码:文章编号:():.
2、/.作者简介:祝玉东()男本科工程师研究方向为网络通信、通信运维等通讯作者:韩雷()男硕士高级工程师研究方向为深空测控 ():().:引 言野外通信线缆所经区域大多自然环境恶劣地形复杂铺设方式多样 线缆巡查靠经验位置环境靠记忆维修更新靠回想延续性差地形变化、工程施工造成的线缆中断故障点定位时间长给通信安全带来较大隐患对线缆的巡查和维护造成了极大的不便现阶段商业化的数字地图形式多样、发展迅速在社会各个方面得到了广泛的应用 但是各商业化数字地图在市区内较为清晰市区外分辨率较低不能满足线缆巡查的特殊场景需求和精度需求专业线缆告警系统中数字地图仅有装饰作用仅能进行区间报警无参考价值精度较差无法准确定位
3、在线数字地图需要联网且功能较少扩展性较差保密性不足网络信号差的区域无法使用高精度数字地图在信息通信领域的应用研究 祝玉东 等本文采用高精度卫星遥感影像数据构建三维地形使用 进行三维渲染实时显示线缆定位信息利用北斗全球卫星导航系统()进行实时定位引导巡查人员进行线缆巡查通过线缆断点测距信息输入可实现故障点快速定位对维护维修线缆进行图片标注实现维修记录功能方便后续识别、维护 应用需求 线缆巡查维护现状野外线缆动辄长达数百公里所经地形有城区、旱田、水田、河道、公路、山丘和森林等铺设方式有地埋、管道、涵洞和架空等 安全隐患较多自然环境恶劣冬季冰雪覆盖、夏季水土流失、工程施工频繁、车辆碾压剐蹭、土地用途
4、变更等造成巡查、管理、抢修困难 主要表现为:线路长人员少维护效率低下环境差隐患多故障定位困难线缆巡查靠经验位置、环境靠记忆延续性差可视化不足 图 所示为某单位原有定位系统 该系统可以提供实时 定位信息通过一个 英寸屏幕进行定位信息和地图的显示地图仅有道路数据没有地名、河流等矢量数据和高清晰的影像、高程等地形数据 在野外由于森林、农田覆盖该地图基本不具备参考价值图 原定位设备 需求分析为解决上述问题急需研究一套用于线缆巡查的高精度数字地图该系统应该具备以下功能 高精度全覆盖的数字地图及实时定位能力能够提供高精度的数字地图该地图应该使用修正后的卫星影像数据、高程数据和矢量数据以表格的形式显示所有标
5、石定位信息并在地图上进行实时显示标石间线缆以直线连接且具备可视化程度高、操作简便的定位信息管理功能可以对线缆定位点进行增加、删除、修改、保存等能够通过某种外置或内置设备连接北斗、或 等 实时获取巡线员可靠的位置信息以便巡线人员利用地图结合周围环境迅速确定自身和线缆位置 故障点快速定位及辅助措施当线缆由于雨水冲刷、建筑施工等不可控外力造成中断时通过通信检修设备测量断点距离将线缆断点距离信息输入系统能够标示出具体断点参考位置为抢修人员提供参考具备直线、折线测距功能能够测量地图上两点之间的球面直线长度或者任意连续多点构成的折线的总长度方便位置测量及线缆与周边河道、施工场地的实际距离进行隐患分析具备图
6、片信息标注功能能够对线缆定位点进行图片标注存储维护维修时间、内容及线缆变更后的实际状态存储定位点线缆(含预留、盘绕线缆长度)距离值方便抢修人员与地理距离进行比对更加精确、快速定位故障点 视图快速切换和功能扩展具备地球视图、整体线缆视图、视图和任意选定定位点视图的快速切换能力提高系统实用性具备任意区域地图的增加、替换、更新功能方便系统推广使用预留三维模型输入、物联网数据接入接口为智慧化园区建设奠定基础 系统设计概况 地图设计本文使用 三维渲染引擎进行地图的构建 是一个开源的三维引擎被广泛应用在可视化仿真、游戏、虚拟现实、科学计算、三维重建、地理信息、太空探索等领域 采用标准 和 编写而成可运行在
7、几乎所有操作系统中支持市面上几乎所有的数据格式无论是图片还是三维模型以及字体等都能很好的读取 是基于 开发的三维高精度数字地图在信息通信领域的应用研究 祝玉东 等数字地球引擎库在 基础上实现了瓦片调度插件可选的四叉树调度插件更多的地理数据加载插件(包括、等)再结合一套地理投影转换插件这样就能够实现高效处理加载调度地理数据在三维地球上的显示实现虚拟三维地球本文使用高精度的卫星光学影像数据、高程数据和天地图数据构建数字地图 卫星影像是通过安装在卫星上的相机拍摄得到的地球图像“天地图”是国家测绘地理信息局建设的地理信息综合服务是“数字中国”的重要组成部分天地图能够提供无偏的矢量信息 其中中国的数据覆
8、盖了从宏观的中国全境到微观的乡镇、村庄由于该段线路达到数百公里如果采用单张图片进行显示为了实现高精度的地图显示该图片的大小可达到 左右三维渲染引擎和硬件无法实现这么大图片的加载显示 本文对地图数据建立金字塔结构采用 加载 金字塔结构中随着层级的增大地图分辨率越高数据量也越大 为了减小数据量在线缆走向周边下载分辨率高的地图其他区域地图选择相对较低的层级 是一种瓦片地图服务 的算法很简单就是把投影后的世界地图按照层级进行四叉树切割切割后的瓦片数量随层级呈金字塔型对这些瓦片进行分割由于瓦片编号的规律性(平面直角坐标系)加上投影也是一种算法(球形展开成平面)所以编号和坐标之间就建立了一种索引关系通过编
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