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 本刊论文 |
| 基于WPF的数字地球研究 |
| 作者：杨伟峰 时间：2016/08/27 点击：626 |
摘 要：文中提出了一种基于WPF的数字地球研究方法，介绍了数字地球研究的重要意义和国内外研究的情况，分析了相关的关键技术，构造了WPF数字地球的系统框架结构，取得了比较好的效果。最后该文展示了在WPF数字地球上的实际运用的效果。
关键词：数字地球；框架结构量；WPF；效果
中图分类号：TP399
数字地球（Digital Earth），是美国副总统戈尔在题为“数字地球：认识二十一世纪我们所居住的星球”演说时，提出的一个概念。通过在计算机将高分辨的遥感影像、全球数字化的高程模型贴在仿真出来的球体模型上，建立虚拟的数字地球，为社会各行各业提供服务。随着信息技术、遥感技术的发展，建立起的数字地球，与整个国民经济建立了紧密的联系，市场份额也在飞速的增长，在未来和知识经济社会中产生巨大的经济效益和社会效益。
目前对于数字地球的研究已经成为国内外的热点，Google公司开发的谷歌地球，NASA的开源平台World Wind，提供了地图浏览，三维可视化操作功能，已经在社会生活中占据了重要的地位。
本文主要研究定义在以WPF技术为支撑，应用三维可视化技术、计算机仿真学、金字塔模型建立起数字地球主体框架；以元数据、互操作性、大数据技术、海量数据存贮、计算机科学、卫星遥感技术等技术为支撑，在球面上添加海量的地理信息数据、人文社会数据、遥感数据并对外提供服务。
1 关键技术分析
在电子计算机上实现数字地球，模拟真实的地球环境需要很多学科的支持，特别是信息科学技术的支撑，包括：大数据处理、海量数据存储、高速网络、遥感卫星影像数据分析、三维可视化、高速网络、高分辨率卫星影像、虚拟现实技术和科学计算。
1.1 高速网络
数字地球加载地理信息，人文社会，遥感卫星影像等庞大的数据，需要分布于全球各地的数据库给予支撑，因此需要高速的网络链接这些数据库，以便于用户及时的查询到所需要的数据。
1.2 海量数据存贮
数字地球所需数据的多样性、复杂性、对重要数据的不同级别的保护、地理上的分散性等等都对数据存储和管理提出了极高的要求。中国遥感卫星影像数据自1986年以来保存下来的数据有400万景，并以平均每年20TB的速度增长，伴随着中国高分一号、高分二号的发射，数据将会急剧的增长。为了在海量数据中方便快捷的查找数据，元数据库的建设显得尤为迫切，它是数据对数据存数管理方法，通过它可以清新的查询到有关数据的名称、属性、位置等信息，从而满足了用户的需求，大大减少用户寻找所需数据的时间。
1.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术是计算机仿真学、三维图形技术、定位追踪技术、传感器网络技术、语音识别技术的综合集成应用。模拟出一个虚拟的三维空间世界，让使用者在视觉、触觉。听觉、感觉等方面如同身临其将一般，可以通过拉近、拉远、旋转摄像机等操作无限制的查看三维空间内的事物。
虚拟现实技术在数字地球上的应用，是地球真真的变成了地球村，使用者可以随时查看地球上任何角落的人文、地理信息。
1.4 3S技术
“3S”是指全球定位系统，地理信息系统和卫星遥感。全球定位技术是基于GPS无线传感器网络建立起来的，已经普遍的应用在了移动客户端的地图服务上；地理信息系统用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据；卫星遥感是由遥感卫星、遥感摄像机、信息接收、处理和分析应用等系统组成。随着中国高分辨率卫星的升空，遥感集市等相关系统的建成，将会在未来发挥越来越大的作用。
2 基于WPF的数字地球系统架构
2.1 WPF简介
WPF（Windows Presentation Foundation）是微软的下一代显示系统，是.NET Framework 3.0的重要组成部分，可以创建能带给用户震撼视觉体验的 Windows 客户端应用程序和浏览器承载的应用程序。提供了统一的编程模型、语言、框架、全新的多媒体交互用户图形界面、超丰富的.NET UI 框架和集成了矢量图形，丰富的流动文字支持，3D视觉效果和强大无比的控件模型框架。
2.2 数字地球架构模型
通过对数字地球系统的功能需求和关键技术的分析，根据WPF的特点和功能提出了基于WPF的数字地球架构方案。图1说明了这种模型的结构。
（1）数字地球客户端。用户界面是有XAML语言和ComponentOne Studio组件组成，后台为C#，它为终端用户远程访问提供了统一的接口，主要完成三维空间的浏览和动态交互功能。
（2）数据库管理。地形数据、卫星遥感数据、三维模型数据和属性数据可以用数据库进行存贮与管理。SQL Server 2008 支持XML语言，通过对XML语法分析器和XML引擎的封装，这些数据库系统可以高效的满足对XML数据的存取。
3 研究部分成果展示
3.1 系统主界面展示
3.2 卫星轨道仿真展示
3.3 距离测量展示
测量线条：
测量直线：
4 结束语
本文提出了基于WPF的数字地球的系统架构，并进行了相关技术的研究与实现。基本上满足数字地球系统的功能需求，为加载其他的地理信息数据提供了非常好的平台。本文提出的数字地球系统架构和部分成果展示，都是基于Client-Server结构，实验数据表明，该系统界面展示效果绚丽，结构合理，系统运行稳定，基于WPF实现是数字地球领域的又一大创新，为今后更多功能的实现奠定了良好的基础。
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