图形系统

图形系统（精选十篇）

图形系统 篇1

关键词：高分辨率图形显示,硬件加速,标记处理,状态机

中文引用格式：曹峰，高伟林.飞机座舱图形生成系统的硬件加速设计[J].电子技术应用，2015,41(7):37-39,43.

英文引用格式：Cao Feng,Gao Weilin.Hardware accelerating design at cockpit graphics generation system[J].Application of Electronic Technique,2015,41(7):37-39,43.

0 引言

战斗机座舱显示系统是飞行员了解战场态势、攻防信息、本机状态等信息，完成作战任务的重要信息来源。良好的人机界面能够让机组人员清晰、便捷地获得所需信息，有效减轻机组人员工作负荷，从而安全高效地完成飞行和作战任务。机载显示器是座舱显示系统的终端部件，其发展经历了三个时代，即机械时代、机电时代和光电时代[1]。机载显示器的布局和信息显示方式日新月异，从上世纪70年代末期开始，电子飞行仪表系统（EFIS）逐步替代原有分立式飞行仪表,实现了显示仪表的电子化、综合化，座舱显示器数量急剧减小，主显示器尺寸不断加大，分辨率不断提高，并日益朝着大屏幕化、综合化、信息化和智能化方向发展[2]。目前机载显示器分辨率最高已达UXGA(1 600×1 200@60 Hz)，数据传输率为345 MB/s[3]。随着显示分辨率的提高，要处理的像素也越来越多，而所允许的处理时间却受屏幕刷新率所限制[4]，传统的飞行座舱图形显示方法大多通过处理器和软件技术来实现，而对于实时信息处理系统，处理器还需要进行繁重的数据分析和数据通信工作，这将导致图形显示性能受到影响[5]。

本文提出了一种图形生成的硬件加速设计方法，利用DSP作为图形生成的主处理器完成图形运算算法，将每个像素数据置上标记信息后写入SDRAM帧存，FPGA作为协处理器根据像素数据的标记类型进行相应的数据运算处理，以此减轻DSP的运算负担，提高图形生成效率。

1 图形产生与显示系统原理

1.1 硬件组成

本设计DSP芯片采用ADI公司的TS201，其主频可达600 MHz，集成了SDRAM控制器；帧存采用了Micron公司的SDRAM器件MT48LC8M32，其容量为8 M×32 bit;FPGA采用Altera公司的EP2S30F672I4。本设计的原理框图如图1所示。

复位模块为DSP提供上电复位信号，Flash存放DSP的绘图运算程序，时钟和时钟缓冲为DSP、FPGA、SDRAM等各个器件提供工作时钟。EEPROM存放FPGA程序。

DSP根据绘图参数和指令进行作图运算，将运算结果通过其自带的SDRAM控制器写入SDRAM帧存中。FPGA以乒乓操作的方式持续地从SDRAM帧存中读出数据送至显示终端显示。

1.2 软件设计

DSP画面显示软件主要包括初始化模块和画面显示模块。初始化模块完成DSP系统寄存器、SDRAM、调色板等初始化功能，画面显示模块完成DSP的作图计算与显示等功能。画面显示功能模块框图如图2所示。

DSP与FPGA之间通过FLAG握手信号进行状态标记，TS201共有4个FLAG信号，为FLAG0～FLAG3,FLAG信号可以根据需要由DSP配置成输入或输出状态。本文中将FLAG0配置成DSP的输出信号,由DSP输出至FPGA;FLAG1配置成DSP的输入信号，由FPGA输出至DSP。DSP显示软件设计流程图如图3所示。

FLAG1初始值由FPGA置为“0”,FLAG0初始值由DSP设置为“1”。系统工作时，FPGA程序中在每个场同步信号的上升沿对FLAG0进行采样处理，并将采样值赋给FLAG1。当DSP探测到FLAG1值发生变更时，即开始启动作图运算；作图完毕后，DSP对FLAG0进行取反处理。TIME＿DRAW是FLGA1与FLAG0进行异或运算后的信号，低电平持续时间即为图形生成时间。FLAG0和FLAG1的握手时序图如图4所示。

2 图形产生与显示硬件加速

机载液晶显示器需要实时产生并显示多种画面，其中又以电子式全姿态指示仪（又称天地球）和全罗盘的图形变化最为复杂。一幅典型的机载显示器画面如图5所示。其中天地球部分需要大量的色块填充，如果完全依靠软件实现填充算法，将会大大影响整个图形生成的效率，进而影响显示效果，造成画面迟滞。而飞机飞行过程中各种飞行参数的变化(如飞机的俯仰、横滚等)都需要显示画面做出快速响应以便于飞行员决策。在显示动态图形画面时，还需对帧存中的原始数据做清屏处理，否则会引起画面重影，尽管处理简单，但通过纯软件实现也非常费时[6]。

2.1 硬件填充加速设计

在图形产生与显示系统中硬件加速算法的引入从本质上而言是将绘图任务在软件与硬件之间进行重新分工，找出影响软件效率但有一定规律的适合硬件实现的算法。API标准在图形硬件的应用中扮演着非常重要的角色，其最显著的贡献是允许应用代码在不同的硬件加速平台间进行移植[7]。本文设计了一种图形消隐和色块填充API接口算法，用于对图形消隐和填充进行加速处理。

DSP写入SDRAM中的像素数据预先置上标记信息，FPGA在读出像素数据并处理时采用流水线方式完成，流水线分3个阶段，分别为标记与颜色寄存、标记状态转换、输出数据生成。流水线处理示意图如图6所示。

FPGA从SDRAM中读出数据时按照逐点逐行的次序进行，处理完一行中的所有点像素数据之后，再处理下一行数据。一般处理后的数据采取回写入帧存的方式供下一帧显示，本文采取了一种更为高效的方式，FPGA处理完当前帧像素数据后不回写入帧存，而是直接输出显示，这种方式可以使输出画面减少一帧的延时。

2.2 标记处理

标记分为4种类型：填充标记、翻转标记、结束标记、保持标记。本文采用状态机处理标记信息，使用VHDL语言描述有限状态机，可以充分发挥硬件描述语言的抽象建模能力[8]。标记处理状态机包含5种状态，分别为当前像素输出状态、填充状态、翻转状态、保持当前像素状态和结束状态，状态转移图如图7所示。

每种状态下FPGA的像素数据处理结果如下：

(1)当前像素输出：输出FPGA从SDRAM中读出的当前像素数据；

(2)填充：输出FPGA寄存的填充像素数据；

(3)翻转：输出FPGA寄存的翻转像素数据；

(4)保持当前像素：输出FPGA从SDRAM中读出的当前像素数据；

(5)结束填充：最后一次输出FPGA寄存的像素数据。

FPGA每读出一个像素数据，均根据像素标记进行状态转移操作。在当前像素输出状态下，如果读出的像素无标记，则保持在当前像素输出状态；如果读出的像素带有填充标记，则转换到填充状态。

填充状态下，如读出的像素数据无标记，则保持在填充状态下；如果读出的像素带有结束标记，则转移到结束填充状态；如果读出的像素数据带有翻转标记，则转移到翻转状态；如果读出的像素数据带有保持标记，则转移到保持当前像素状态。

翻转状态下，如果读出的像素无标记，则保持在翻转状态；如果读出的像素带有结束标记，则转移到结束填充状态；如果读出的像素带有保持标记，则转移到保持当前像素状态。

保持当前像素状态处理完毕后则根据跳转前的状态转移到填充或翻转状态。如前一状态是填充状态，则转移到填充状态；如前一状态是翻转状态，则转移到翻转状态。

结束填充状态处理完毕后则转移到当前像素输出状态。

3 试验结果

本设计中ADSP-TS201的系统时钟频率为125 MHz，内核工作频率为系统时钟的4倍频，即500 MHz,SDRAM访问的时钟频率设置为125 MHz，与系统时钟保持一致。分别采用FPGA硬件加速方式和DSP纯软件实现方式，生成图5所示的分辨率为1 024×768的典型机载画面，对图4中TIME＿DRAW信号的低电平时间进行测试得到图形生成时间，图形生成时间的倒数即为图形更新帧率。两种实现方式下的效率对比如表1所示。

4 结论

本文针对机载座舱图形生成与显示系统的工作特点，提出了一种适宜FPGA硬件实现的像素消隐和填充加速方法。对图形生成算法的软硬件任务进行合理分工，DSP采用预置像素标记的方式,将图形生成算法中影响软件执行效率的画面消隐和色块填充运算分配给FPGA由状态机实现。运用本文所述图形生成硬件加速方法，绘制一幅典型的机载EFIS画面,效率较纯软件实现方式可提升两倍以上。

参考文献

[1]MOIR I,SEABRIDEG A.军用航空电子系统[M].吴汉平,译.北京:电子工业出版社,2008.

[2]邢新强,李国超,肖锋.机载座舱显示发展趋势分析[J].飞机设计,2010,30(2):34-36.

[3]李翠娟,陈川,张晓曦,等.几种机载视频技术要点分析与发展趋势探讨[J].航空电子技术,2012,42(1):129-131,134.

[4]孔全存,李成贵,张凤卿.主飞行仪表图形加速显示系统的FPGA设计[J].电子技术应用,2007(4):62-64.

[5]胡小龙,周俊明,夏显忠.飞机座舱图形显示加速系统设计及FPGA实现[J].中南大学学报,2008,39(5):1032-1048.

[6]SPITZER C R.数字航空电子技术(上)航空电子元件、软件和功能件[M].谢文涛,译.北京:航空工业出版社,2010.

[7]OISON T J.Hardware 3D graphics acceleration for mobile devices[C].Acoustics,Speech and Signal Processing,2008:5344-5347.

图形信息在记忆系统中的保持与提取 篇2

图形信息在记忆系统中的保持与提取

图形信息的保持与提取是图形信息加工的重要环节。不同记忆系统对图形信息的`加工特点存在差异。语义信息必须经过复述才能进入长时记忆系统，图形信息似乎也可以经复述进入长时记忆。相比之下，两者的途径和方式有所不同。影响图形特征提取的因素既有刺激物的外在因素，也包括记忆者的内在因素，如期望、经验和推理等。记忆系统的信息加工特性研究主要以抽象的语义信息加工为主，还应进一步加强图形信息记忆过程的研究。

作 者：吕厚超 黄希庭  作者单位：西南师范大学心理学系,重庆 400715 刊 名：心理学动态  PKU CSSCI英文刊名：JOURNAL OF DEVELOPMENTS IN PSYCHOLOGY 年，卷(期)： 8(1) 分类号：B842 关键词：图形   记忆系统   保持   提取  

图形系统 篇3

关键词：导向系统；信息图形；设计方法

设计出满足不同层面群众需求的信息图形，营造一个有效的信息传递环境，从而更加准确的传达信息，这是地铁导向设计最主要的目的。而在这方面，国内对信息图形的研究上还处于刚刚起步的阶段，很多地铁导向的设计仍然很不完善，导致乘客很多时候不易快速的寻找到方向，因此对于地铁导向系统中信息图形设计方法的研究是很有意义的。

一、信息图形设计简介

所谓信息图形设计就是用视觉传达的形式揭示、解释并阐明那些隐藏的、复杂的和含糊的信息。在《传达形式与记忆容量的关系》一书中作者明确指出：用语言传达信息可以在人脑中留下40%的记忆，使用图表形式传达信息可以在人脑中留下70%的记忆，而二者同时使用时可以在人脑中的记忆留下90%的记忆。现代设计几乎处处充斥着信息图形设计，由此可见信息图形设计在地铁导向系统设计中的重要性。

二、信息图形设计在导向标识系统中的重要性

地铁作为现代城市地下交通的主要工具，每天都有大量的人乘坐。人们在体验着迅捷便利的同时也体感受着地铁站导向设计的人性关怀。优秀的地铁导向设计可以使大量乘客有条不紊又安全迅速的通过地下通道。由于地铁站处于地下，空间封闭很容易使人迷失方向，这时候导向系统的信息图形设计就显得尤为重要。人们通过明确的导向标识系统，快速了解自己所处的位置和要去的地方，避免人群在地铁站的滞留，增加了空间的流动性。

三、国内地铁站导向设计现状

中国是人口大国，但中国大多数城市地铁导向系统的信息图形设计并不完善，甚至无设计可谈，马斯洛曾经提出过人的五大需求：生理需求、安全需求、情感和归属需求、尊重需求、自我实现需求。通过调研发现地铁站导向系统的信息图形设计仍然存在着很多问题。结合人性化的理念，从马斯洛的人的五大需求出发，分析目前国内地铁导向设计的现状。

从生理角度来看，优秀的导向设计能加快人群流通的速度，减少人群聚集，增加地铁站内的空间，这是功能性的最基本要求；从心理角度来看，明确而井然有序的导向设计可以从心理上大大增强人群找到方向的自信心，给人一种积极的心理暗示，减少方向感缺失造成的慌乱。而纵观国内的地铁站，大多数在这一点上做的还不够完善。

四、设计方法

好的地铁导向设计离不开好的信息图形设计，而优秀的信息图形设计需要具备：趣味性、功能性、真实性、审美性。

（一）吸引眼球

将复杂的信息简单化，具有强化主题的效果，要让乘客尽量在短时间内发现目标，因此吸引眼球是地铁导向设计的第一要素。具体做法可将入口周围的指示牌增加，还可将入口的金属立柱进行优化改良，颜色上采用与周围环境相比下能够跳跃出来的色彩。

（二）准确传达

信息图形设计简单的来说就是将文字信息图形化，将复杂的信息清晰的传达给受众。但是用来表达的图形一定要简单易懂，这需要进行有一定的市场调研，找准大众的思维和审美方式，站在受众的视角设计，这样设计出来的图形才不容易产生歧义。例如站台层多媒体信息显示屏版面的优化改进，要考虑人的视线焦点容易在哪里聚集，大多数人习惯的最舒适的黄金比例的版式。

（三）去粗取精

去粗取精的原因很简单，因为这样人的注意力容易集中不受干扰。（图1）例如哈利贝克设计的英国伦敦地铁交通图，遵循的便是密斯凡德罗的“少即是多”的原则，用不同颜色的线条代表每条线路轨迹，摆脱了之前地图写实的设计，运用了更多的直线代替原来弯曲崎岖、晦涩难懂的线路图。乘客并不关心线路的真实相貌是什么样的，他们只关心去哪里，坐哪列车，到目的地有几站。因此地铁线路图的优化改进是导向设计的最关键的核心要求。可以探索一种更为简洁的方式，可以单独拆分出每条线路，标出每一站的名称，使人一目了然。

（四）构建视线流动空间

引导乘客在行走的过程中视线的流动，循序渐进。这一点可以尝试将站厅层地铁站街区导向图增加；（图2）或将每一处导向牌之间的距离缩短，尽量保持在视线所及之处；将进出口的颜色做出变化加以区分。

（五）精简文字，以图释义

尽量将文字信息精简到最少，文字信息太多人的注意力容易分散。汉字是世界上唯一沿用至今的最古老的象形文字，汉字本身就是一种图形符号，既能运用中国人民最熟悉的符号来设计，也能弘扬中华文化和对外形象。提供清晰易辨认的信息图形指示，使乘客在人流中便捷快速的完成相应的出行目的，提高地铁站和通道的空间利用率。最好的方式是运用视觉传达的设计手法，加入当地地域文化特色。

五、结语

身处于信息化的社会，高效率快节奏的城市生活带来的是焦虑不安，到处都是匆忙的身影，我们需要通过信息图形设计来改善人类的生活方式，通过视觉化的信息传达设计的美感来愉悦人们的心情，这便是设计的力量。

将图形、文字、色彩、材料这些设计元素与当地文化相结合，形成特有的风格。从人机工程学的理论出发，针对不同类型乘客的需求，将导向设计进行分类并阐述具体的应用方式，一套健全的地铁导向设计能够解决城市发展、地下空间、人的各种需求之间的矛盾。设计的目的在于建立并不断完善一套统一而连续的地铁导向系统，为有效的解决城市交通拥堵，提升城市形象有非常重要的作用。

【参考文献】

[1]杜士英.视觉传达设计原理[M].上海：上海人民美术出版社，2009.

[2]胡飞，杨瑞.设计符号与产品语义[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

图形系统 篇4

图形是一种比较自然的信息表达方式, 图形对象可以理解为一幅具体画面中的一个部件或实际存在的基本图形元素。图形对象的类结构可用下列集合表达式表达:总类一{文本类, 图形类}。

图形类一{基本图形类, 组合图形类, 复杂图形类, 图元类基本图形类一{点, 直线, 矩形, 圆, …};

组合图形类一{子图类, 合图类};

图元类={普通图元类, 广义图元类, 属性类};

普通图元类一{立体图元类, 平面图元类};

属性类={色彩, 线型, 填充方式, …}。

图形对象是本系统数据结构中最基本的对象, 是使用面向对象方法设计图形编辑系统的基础, 它可以用一个五元组表示为:GN, 是图形对象的名字或标识;CN是图形类的名字或标识;DS是图形对象的图形数据集;SA是图形对象的状态参数;OA是图形对象的操作参数。

2 图元模型

图元在SVG中的表示必须既包含几何形状的信息, 又要包含实际的应用属性信息。根据这些要求, 图元可以用BNF描述表示如下[]:<图元) ::=<几何形状定义) [<应用属性定义) <交互事件定义>];

<几何形状定义>::=<几何信息>[<风格样式><动画效果>];

<几何信息>::一<基本图形>[{<基本图形>}];

<基本图形>::=<图形类型><坐标位置>[<坐标单位>];

<应用属性定义>::一<应用属性>[{<应用属性>}];

<应用属性>::={=<属性值>};

<交互事件定义>::=<交互事件>[{<交互事件>}];

<交互事件>::={<事件名>=<响应函数>}。

由此可见, 图元的SVG表示可由几何形状、应用属性和交互事件组成。图元的几何形状可以表示为图元所包含的基本图形的组合。

3 SVG文档的解析模型

由于SVG文档是一个基于XML的文本文件, 在对SVG文档进行加载和保存时必须借助XML语法解析器。根据对文档的不同处理方式, XML解析器可分为基于DOM的解析和基于SAX的解析。本系统采用DOM接口对SVG文档进行解析。

D0M是一种树状模型。利用DOM接口对SVG文档进行分析之后, 其中的信息都会被转化成一棵对象节点树。在这颗节点树中, 有一个根结点即Document节点, 所有其他节点都是根结点的后代节点。节点树生成后, 就可以通过E0M接口访问、修改、添加或删除树中的节点和内容。我们以下面的Test.svg文件为例, 其文档可用图1所示的D0M树表示。

< xmlversion=“1.1”standalone～“no”?>

http:}}.w3.org/TR/2003/CR—SVG一20030114DTD/svg一20030114.dtd”>

hello

在这棵D0M树中, SVG文档的所有内容都用节点表示。一个节点又可以包含其他节点, 节点本身也可以包含些属性信息, 如节点名、节点值、节点类型等。

本文所述的矢量图形编辑系统提供了一个对SVG文件进行可视化编辑的人机交互环境, 它可以直接读取保存在本机或服务器上的SVG文件, 经过解析以图形界面的形式显示在屏幕上, 从而可方便地进行可视化编辑, 还可以通过预先定义好的图元库来提高绘制效率。此外, 该系统编辑好的SVG图形文件可存放在数据库服务器中供Web页面直接调用显示, 大大提高了编程效率, 具有很重要的推广应用价值。

参考文献

图形系统 篇5

图形的符号化是导识系统的构成基础，用图形符号来“记录”生活的历史早于文字，图形和符号被用来表达特殊含义，后来出现的象形文字，也是由具体的图形和“象形”符号所构成，图形担当了信息传达的主要载体。其中有许多图形传递出的信息（包括指向、警告、解释等）逐渐被演化成导识图形符号的雏形，并承载了导识的基本功能。随着社会进入工业化、城市化使得城市规模和城市结构日益庞大；城市人口结构的不断复杂导致公共交通系统变得愈发错综复杂，其导识图形符号的功能性占整个导识系统的核心地位也体现得更加突出。罗美迪·帕西尼指出导识系统包括了两个部分：一是与视觉系统相关的导识信息设计，二是与建筑文脉相关的导识标识空间规划设计。

2 导识系统中视觉图形符号的形式与意义

图形系统 篇6

富士通微电子（上海）有限公司宣布推出一款新型图形控制器片上系统（SoC），用于汽车信息娱乐系统，如：下一代汽车导航和数字仪表板。该款新型控制器 MB86298，不仅为嵌入式系统提供目前级别最高的图形处理能力，还是业内首款能够把视频输出到4个显示器并能处理4个视频输入的芯片。

MB86298有很强的输入输出能力，它在处理4个输入视频流的同时还把视频输出到4个显示器。该芯片可对输入的视频进行调整合成，并在单一屏幕上显示3D图形的各面。在汽车的前后左右四面安装上4部相机，用户就可能自由选择所需的显示视角和形式。该控制器还具有行业领先的处理能力，可以显示8层和inter-layer混合（*1）。控制器对每个信息流进行单独处理，用户因而可以有选择性显示信息屏；控制器同时还能够平稳地合成信息流并显示视频。

新型MB86298控制器在单一芯片上集成了下一代车载信息娱乐系统的必备功能，其所具有的高速视频和图像处理实现了业界首款能够同时处理4个视频输入并把视频输出到4个显示器的控制器。如先前所示，该款控制器不仅实现了同时向驾驶员提供导航图像和在乘客座椅播放TV和视频，而且能够处理显示3D图形的组合仪表（包括仪表针）。此外，该控制器还能处理汽车上前后左右4部相机的输入视频，并对视频进行实时综合处理。针对汽车导航的3D绘图，该控制器能在显示器上输出1600 × 600的高像素，可以带来路况及周围建筑和景色等丰富的图像信息。

矿用类系统中的图形组件应用研究 篇7

关键词：图形组件,矿用类系统,图形驱动

在当前的各种矿用类系统中,用户获取、感知各种相关信息的方式多种多样,其中图形化的展示方式是相对直观、易懂的一种高效的信息获取方式。在各矿用类系统中,由于各系统需要进行图形展示的内容和图形展示的方式各不相同,各系统的图形功能是根据专业系统的具体需求定做的,与各个专业系统的业务紧密相关,这样就导致图形功能很难分离出来,极大的降低了图形功能的重用性。针对矿用类系统中图形展示功能存在的业务耦合度高、重用性低的问题,图形组件就应运而生了;图形组件对现存的图形显示需求进行总结提炼,去除业务相关的功能,从而实现可重用的图形功能。

1 图形组件总体设计

1.1 图形组件总体结构

图形组件整体采用的结构是图形驱动加图形展示的方式,其中图形驱动负责按照约定的数据格式对各系统中相关的数据进行转换,并提供实时数据和相关文件作为图形展示的信息来源。图形组件中图元通过属性配置和图形驱动服务关联,实现实时状态变化,具有通用性,避免了针对不同业务系统的需求重复定制开发。组件总体结构图如图1所示:

1.2 实现技术路线分析

在图形组件的开发过程中,如何实现各个专业系统图形展示功能的统一和对各个专业系统数据的统一,是实现组件化开发必须要解决的两个问题。在解决各个专业系统图形展示功能统一的问题上,本组件将各个系统中涉及的图形展示需求就行总结提炼,刨除其业务相关性,将各种具体需求抽象为统一的图形展示功能,从而实现最大程度上的图形展示功能统一。在解决各个专业系统数据统一的问题上,本组件通过制定统一的数据契约、服务契约,实现和各个专业系统的数据通讯;各系统在使用图形组件时只需要按照统一约定的数据契约、服务契约实现图形驱动的开发,即可实现图形组件对各系统数据的兼容。

该组件涉及到的主要数据信息包括:图形对象数据信息、图形驱动实时数据信息、数据分析结果,对外发布数据信息等,组件总体数据流图如图2所示。

2 图形组件研究内容、研究目标

2.1研究内容

整个组件以创建、展示图形对象为主线,主要实现根据专业系统的实时数据对图形对象进行动态解析,实时展示图形对象的状态。该组件的主要功能模块划分如下表所示:

2.2 项目研究目标

1)实现图形组件在各矿用类系统中的通用性、可移植性、易维护性、平稳升级等。

2)实现通用图形驱动的开发,并能通过图形驱动控制各个图形对象。

3)实现矢量化图形展示平台,并完成常用适量图形操作功能。

3 项目应用成果

图形组件在各个矿用类系统中的最终应用效果如图3~图4所示。

4 结束语

图形系统 篇8

1 系统总体框架

地籍图形信息系统是土地管理信息系统的重要组成部分, 是国土资源业务信息化的重要标志。在系统建设的过程中, 按照土地业务的相关性、土地管理的特点, 结合南宁市的具体实际, 建设南宁市城镇地籍管理信息系统。系统平台总体框架如图1所示。

从图1中可以看出, 该系统充分考虑了图形管理与办公系统的集成, 把业务流程与办公自动化流程有机结合, 形成一体化的政务信息管理。该系统有两条重要的主线 (子系统) 。

(1) 办公子系统, 主要是图形管理的流程, 只有制定好了科学的图形管理的工作流程, 才能最大程度的管理好这些图形, 根据各个流程中的分工, 做好相应的工作, 把图形数据一步一步的传下去, 只要各个流程 (岗位) 严格按照制定的分工操作, 就能完全管理好图形数据.设计的流程依次为:项目接件、属性信息、图形编辑、质量检查、数据入库。 (2) 图形管理子系统:就是指图形管理的平台, 这个平台上要能快速简洁的实现图形的操作, 可以进行图形的输入、编辑、管理, 以及图形数据的应用, 比如输出, 统计分析等。

2 系统功能设计

基于ARCGIS的南宁城镇地籍图形信息系统充分地把地籍数据与GIS结合到了一起, 将图形与属性相结合, 能很方便地控制宗地划分、数据控制等。系统功能包括以下几点。

(1) 地图编辑:对空间数据和属性数据的编辑和合并。空间数据的编辑包括对矢量图形文件的复制、粘贴、剪切、移动、增加、删除、撤销, 以及针对图斑的输入、分割、合并、删除等功能, 对栅格图像的裁剪、投影转换;属性数据的编辑包括属性数据的录入、修改、删除, 属性数据结构的修改, 以及根据属性数据信息修改图形文件参数等功能。 (2) 属性数据管理:对各种表格进行查看、添加、编辑、删除以及导入已经备份的文件和导出文件表格, 同时可以对各种表格进行各种条件的查询打印以及绘制各种图表及根据不同的属性字段进行统计等。 (3) 查询统计模块:包括地籍日常管理中有关图件的快速查询及由图形到数据表格或宗地属性的快速查询和制图与量算功能。地籍的统计汇总、综合分析及相应图表的输出。 (4) 参数设置:包括中央经线、指北针、图例位置及大小、系统年度、数据路径及公里网颜色等的设置。 (5) 管理维护:包括地籍档案管理, 地籍档案有关信息的录入、修改、查询、删除、输出和历史资料的查询性等。 (6) 规范输出:严格按标准规范输出各类图、表、卡、证及专题图件, 如:1∶500标准分幅地籍图、宗地图、土地使用证等, 还可以输出用户自定义的图表, 如:自定义幅面的地籍图、宗地附图、表格等, 另外还可以输出各种专题图件, 并且这些图件均可按标准制图规范输出。

3 系统开发平台选择

3.1 开发平台

GIS应用系统的二次开发主要有以下几种方式。

(1) 在GIS桌面版上进行VBA开发。 (2) 利用GIS软件商提供的GIS组件进行开发, 但是需要有GIS桌面版的支持。 (3) 全GIS组件方式开发, 可以完全独立于GIS桌面版环境。国内外的许多GIS系统都提供了进行二次开发的方法和开发工具, 国外的有ESRI公司的MapObjects、和ArcGIS Engine以及ArcGIS Server, Intergraph公司的GeoMedia二次开发组件等;国内的有超图公司的Surper MapObjects, 中地公司的MAPGIS二次开发组件。

由于ArcGIS二次开发组件具有功能完备、开发方便、易于集成等特点, 因此在综合考虑各种可选方案的基础上决定采用ArcGIS Engine作为二次开发底层组件, 开发C/S的系统体系。

3.2 数据库平台

本系统采用大型数据库管理工具ORACLE作为海量数据存储的数据库, 采用美国ESEI公司的ArcSDE for Oracle作为GIS服务器, 选用Oracle作为空间数据存储平台, 并通过Oracle与SDE的集成对空间数据库进行管理, Oracle关系数据管理系统提供数据服务, 空间数据存储在Oracle数据库中, SDE服务器进程作为应用服务器, 对客户端应用软件发出应用请求, 进行处理并转换为对Oracle DBMS请求, 然后将Oracle DBMS返回的数据, 经处理后提交给客户端应用程序。

4 子系统结构设计

4.1 图形管理子系统

图形管理子系统通过ArcSDE和ADO.NET对Or acle数据库进行访问, 在数据库中读取和存储数据。而后, 再经过ArcSDE和ADO.NET构造合适的计算和数据模型, 通过数据的控制部分及数据的显示部分对图形进行管理。图形管理包括:图像纠正、数据编辑、系统初始化、专题图制作、坐标转换、符号管理、图属互查、时态管理元数据管理, 出图、权限管理、数据检查等。其中数据编辑中又包括:基本数据编辑、拓扑编辑、宗地编辑、版本编辑、测绘编辑等。图形管理子系统的流程图如图2所示。

4.2 办公子系统

办公子系统通过单点登录可以对土地登记部分、统计查询部分及系统设置部分进行访问操作。其中, 土地登记部分包括申请、变更、地籍调查、审批、公告、登记卡、打印证书、归档等流程;统计查询部分包括:按地类分级统计、按使用权类型统计、宗地查询、历史宗地查询等;系统设置部分包括:系统初始信息设置、系统代码表设置、部门用户管理、流程设置等。用户可以通过不同的权限对这些流程进行操作。

5 结语

南宁市城镇地籍图形信息系统采用ARCGIS+Oracle平台进行建设, 通过该系统的建设, 提高了南宁市地籍图形数据的管理水平, 使地籍图形数据常变常新, 时时保持现势性, 为南宁市土地管理工作的可持续发展提供了有利保障。该系统是一个多功能的地籍管理信息系统, 覆盖了地籍管理工作中初始调查、变更调查图形数据与属性数据的管理与结合。它将图形数据与属性数据紧密连为一体, 实现了图形无缝拼接、图数互查、快速自动变更等功能, 它不仅极大地方便了日常地籍管理工作, 而且能随时为土地管理部门提供最新、全面、准确的数据, 为各级政府部门和有关领导提供辅助决策的工具和强有力的科学依据, 加速了土地管理工作现代化的进程。

参考文献

[1]潘雨青, 陈天滋.基于GML的地理空间数据模型[J].江苏大学学报 (自然科学版) , 2002 (11) :82-85.

图形系统 篇9

与实现配电自动化系统功能相关的系统有:调度自动化系统、生产管理系统 (PMS) 、电网GIS系统 (地理信息系统) 、营销管理系统、OMS (停电管理系统) 等相关的系统。配电自动化系统与其他系统之间的数据交互逻辑如图1所示。

IEC61970/IEC61968作为应用集成的国际标准, 其中IEC61970/IEC61968公共信息模型 (CIM) 是电力企业信息一体化应用集成的重要工具。实现基于IEC61970IEC61968的信息集成技术主要包括企业信息交互总线、信息交换模型及工具、现有电网应用软件与接口参考模型的对应关系、中间件适配器、组件适配器等。信息集成需要一个企业的集成总线将不同的服务、组件或应用连接起来。

在采用信息交互总线和IEC61968公共信息模型基础上, 根据各电网公司制订信息集成规范, 国内多个配电自动化系统实现了和其它系统的信息集成, 配电自动化系统可以利用GIS系统等其它系统提供的馈线图形和模型数据, 基本实现数据的源端维护。

本文针对配电自动化系统与其它相关系统信息交互过程中存在的若干关键问题进行探讨。目前图形和模型是信息交互的基本内容, 也是主要内容。配电自动化系统在图形共享方面还存在以下问题:

(1) GIS系统提供的馈线单线图上没有设备的量测标注, 而这些量测信息对于配电自动化系统是必不可少的内容。

(2) GIS系统提供的馈线单线图上所涉及的设备比较全面, 但配调运行人员对其中某些设备并不是特别关注, 如用户侧中的设备。

(3) 在配网调度运行操作中, 尤其是故障处理过程中转供恢复操作需要有馈线联络图的支持, 即把有联络关系的馈线绘制在一幅图形中, 在此图形上只展现一些重要设备及连接关系。而GIS系统提供的图形很难满足此要求。

2 配电自动化系统图形交换的相关问题及解决

2.1 量测标注

配调运行人员一般都要求在馈线单线图上能显示重要设备的量测信息, 主要有开关的电流、配电变压器的有功功率和无功功率等。在常规的配电自动化系统中, 图形上的量测数据获取方法为以量测唯一标识在实时库量测表中读取该量测的当前实时值, 并显示到画面上。

但是在GIS系统中一般没有量测信息, 所以在馈线单线图上无法绘制出匹配量测唯一标识的量测图元。但由于要保证图形的源端维护, 也就无法在配电自动化系统中对馈线单线图进行量测标注。

考虑到量测是有量测类型的, 以及量测都可以归属到对应的设备。所以, 量测标注还是可以在GIS系统中完成, 只不过此时导出的SVG图形 (可缩放矢量图形) 采用“设备唯一标识+量测类型”取代原有的量测唯一标识。

在馈线单线图导入到配网自动化系统后, 根据设备的实际情况, 自动在配网自动化系统中创建设备的量测图元, 形成实时库的量测表, 然后针对量测图元的刷新机制做如下调整。

(1) 获取量测图元上所匹配的“设备唯一标识+量测类型”。

(2) 以“设备唯一标识+量测类型”在实时库的量测表中找到对应的量测数据。

(3) 读取该量测的当前实时值, 并显示到画面上。

原有常规的实现方式是先有量测然后把量测标注到图形上产生量测图元, 而这种新方法是先把一个量测图元标注到图形上, 然后再创建量测, 最后将图元和量测自动对应起来。

2.2 设备显示控制

GIS系统提供的馈线单线图上所涉及的设备比较全面, 但配调运行人员在不同应用环境下所关心的图形内容是不一样的。比如, 单线图画面缩小、需要在一个屏幕显示整个馈线时, 配调运行人员关注的是馈线柱上开关、开关站和配电间之间的整体连接关系, 一般不关心开关站、配电间里面设备的详细连接关系, 此时不需要显示开关站和配电间内部设备连接关系。但是当图形放大时, 配调运行人员往往关注馈线局部连接关系, 此时需要把开关站、配电间的设备连接细节详细展现出来。

为实现这种要求, 配网自动化系统在导入GIS系统提供的馈线单线图时, 可以按照设备类型把馈线上的设备划分到不同的图层。在所有图层都显示的情况下, 在配网自动化系统中看到图形和在GIS系统中看到的效果是一样的。

(1) 直接属于馈线的设备 (如馈线段、柱上开关、开关站、配电间等) 划分到基本层。

(2) 属于开关站的设备 (如开关站里面的母线、负荷开关、地刀) 划分到开关站层。

(3) 属于配电间的设备 (如配电间里面的配电变压器、用户侧开关、母线) 划分到配电间层。

为实现对设备的显示控制, 可以针对不同的图形缩放系数来配置对应的显示图层。如:在缩放系数小于和等于1的情况下, 只显示基本层的设备;在缩放系数大于1小于1.5的情况下, 显示基本层和开关站层的设备等等。这样, 在配电运行人员对图形缩放时, 就可以看到不同的显示内容。

2.3 馈线组自动成图

馈线联络图是指把有联络关系的馈线绘制在1幅图形中, 在此图形上只需展现一些重要设备及连接关系。配网调度运行操作, 尤其是故障处理过程中转供恢复操作需要有联络图的支持。另外, 配网线路改造频繁、设备量大, 如果在GIS系统中同时维护地理接线图、馈线单线图与馈线联络图, 带来的问题不仅是增加了维护工作量, 而且难以保证多种图形间拓扑模型的一致性。因此, 由GIS系统来提供馈线联络图是非常困难的。

为此, 在配网自动化系统中对配网图形建模提出了馈线组概念, 从而为馈线联络图自动生成提供了有力支持。依据GIS系统提供的馈线模型, 自动生成“电路-联络-馈线组”模型。在“电路-联络-馈线组”模型基础上, 以1个馈线组绘制1幅图形。按照区分馈线主干和分支的思路、利用拓扑不变原理和美观原则进行布局, 清晰反映馈线供电层级关系以及馈线联络关系, 自动生成馈线联络图。本功能完全依赖GIS系统提供图模, 而无须额外的绘图工作。在自动生成的馈线联络图中, 完全支持SCADA (数据采集与监视控制系统) 、FA (配电馈线自动化系统) 、DPAS (配电网分析软件) 等各种配网应用相关的图形显示需求。

馈线组自动成图采用先主干后分支、主干水平、分支垂直的横平竖直的绘图思路, 布局满足调度运行人员的使用习惯。自动成图方法步骤如下:

(1) 利用拓扑关系形成图形布局矩阵。所谓布局矩阵, 就是用来表示图形上图元之间的相互位置关系的矩阵。对布局矩阵说明如下: (1) 布局方式从左至右、从上到下, 按行布置馈线组内设备; (2) 布局矩阵相邻元素如果非空, 则表示相邻元素内的设备是连接的, 布局矩阵是一个稀疏矩阵; (3) 矩阵元素只能是开关和电路, 对于如环网柜等附加信息, 根据电路或开关的相关信息再进行叠加; (4) 允许连续的矩阵元素对应同一个电路。主干电路在布局矩阵中所占不同相邻元素的数目中最大者, 就是该电路的最大分支宽度。主干电路与下一个主干电路之间的行数为该主干电路上的最大分支深度。这样一来保证了分支与分支的布局不会受到影响。

(2) 通过馈线组的布局矩阵, 可以对馈线设备大体布局有一个总体概念。在馈线组主线路基础上, 可以绘制分支电路, 分支电路布局采用垂直布局方式。

(3) 馈线组绘制。在馈线组布局矩阵生成后, 对所要绘制馈线组的区域, 根据矩阵行列拆分成若干原子绘图矩形区域, 在每个原子绘图矩形区域里面绘制具体的开关设备以及电路。

3 结束语

图形系统 篇10

关键词：矿图,数据质量,图形编辑,图形纠正,数字化转换,MapX

0引言

矿图是管理矿山企业和指导生产必不可少的重要资料, 它在矿山的施工设计、安全决策、生产计划制定等方面起着重要的作用。传统的制图方法是采用正投影、标高投影和轴侧投影方法手工绘制而成, 这种成图方法周期长, 绘制的纸质图纸容易变形, 精确度不高, 影响矿山生产、建设和安全, 已经很难适应现代矿山企业组织生产, 实施可持续发展的要求。

矿图数字化新技术的应用是我国煤矿的一个发展趋势, 是建设“数字矿山”的基础性工作, 也是矿井设计和生产管理自动化和网络化的关键技术, 对数字化矿图数据质量研究有着重要的意义。为此, 笔者构建了一种基于 MapX 的矿图图形纠正系统, 利用MapX强大的地图分析能力真正实现将矿图变成数字信息即矿图数字化, 即实现格式转换、自动成图、出图、分析, 为矿山的管理提供快速、准确的决策依据。

1组件技术及MapX简介

MapX是MapInfo 公司向用户提供的具有强大的地图分析能力的ActiveX控件产品, 由于MapX是一种基于Windows操作系统的标准控件, 因而能支持绝大多数标准的可视化开发环境, 如Visual C++、Visual Basic、PowerBuilder等。编程人员在开发过程中可以选用自己最熟悉的开发语言, 轻松地将地图功能嵌入到应用中, 并且可以脱离MapInfo平台运行。MapX采用基于MapInfo Professional的相同技术, 可以实现MapInfo Professional具有的绝大多数矿图编辑和空间分析功能。

空间数据结构是 GIS 的基石, GIS 就是通过这种地理空间拓扑结构建立地理图形的空间数据模型并定义各空间数据之间的关系, 从而实现地理图形和数据库的结合。从横向分析, MapX 采取的空间数据结构是基于空间实体和空间索引相结合的一种结构。空间实体是地理图形的抽象模型, 主要包括点、线、面3种类型。空间索引是查询空间实体的一种机制, 通过空间索引, 就能够以尽量快的速度查询到给定坐标范围内的空间实体及其所对应的数据。从纵向分析, MapX的空间数据结构是一种分层存放的结构。采用这种分层存放的结构, 可以提高图形的搜索速度, 便于各种不同数据的灵活调用、更新和管理。

MapX具有数据显示、图层控制、专题地图、数据绑定、远程空间数据服务器等多项功能。

2矿图图形纠正系统的构建

2.1 数字化工具模块

数字化工具模块的主要功能包括数量数据的分层采集、控制点的采集等, 采用交互方式可以对数据进行添加、修改和移动。

图形的加载及数字化工具的实现: 利用MapX的地理信息系统的基础数据就是电子地图, MapX的空间数据结构是一种分层存放的结构, 即MapInfo 表结构文件 (.tab) 。一张地图就是一系列表 (图层) 的集合, 而一个Geoset文件就是一张地图。当加载Geoset 文件时, 它自动打开所有包括在Geoset 中的表文件并默认显示。Geoset 文件含有一些元数据关键字, 其设置包括投影、默认缩放范围以及打开的表是否可见等。具体过程如图1所示。

用MapX控件自带的工具就可以很方便地实现对地图的缩放、平移和全图显示。在应用中只需将Map1.CurrentTool设置为相应的工具参数。如放大功能Frmd.Map1.CurrentTool=miZoomInTool 可实现图形的放大操作。

2.2 数据纠正模块

(1) 系统误差的模型纠正

为了消除由于数字化仪/扫描仪坐标系与地面坐标系不一致以及图纸变形、扫描变形和图纸定向所产生的系统误差, 需要对数字化地图进行纠正。人们对地图数字化的纠正问题进行了大量研究, 取得了丰富的成果。参考文献[1]研究了地图数字化数据的纠正与平差问题, 直接给出了2阶多项式回归模型, 并对参数进行了一维显著性t检验, 考察了不同布点方案的纠正精度; 参考文献[2]提出了用附有未知参数的条件平差法解算相似变换模型的参数;参考文献[3]通过各种纠正模型和方法的对比实验, 分析、研究了不同纠正模型的效果, 为合理选用扫描纠正的模型和方法提供了有益的借鉴;参考文献[4]提出了基于信息扩散估计的平面相似变换建模方法。参考文献[5]提出了多项式回归模型的算法。本文在参考文献[5]的基础上, 利用附加系统参数的多项式回归模型对数字化地图的系统误差纠正进行探讨。

考虑到x和y的变形可能具有不同的形式, 所以x和y的纠正模型分别为

式中:xi, zi为偶然误差;E (xi) =E (zi) =0。

将式 (1) 按级数展开, 可得到完整二次多项式:

Xi=a+a1xi+a2yi+a3xundefined+a4xiyi+a5yundefined+xi

Yi=b+b1xi+b2yi+b3xundefined+b4xiyi+b5yundefined+zi

为避免参数过度化, 即某个参数对坐标变化的作用不显著, 通过实验分析接受a5、b3等于0, 则模型为

式中:xi, yi为纠正前点位坐标, Xi, Yi为纠正后点位坐标, ai、bi为纠正误差系数。

式 (2) 都具有附加系统误差参数, 在一定程度上能够消除一定的系统误差。

(2) 数据纠正

数据纠正采用式 (2) 分别进行抗差估计。将所选图元文件采用抗差估计进行形变纠正, 纠正分为点文件纠正、线文件纠正和面文件纠正。利用抗差估计计算出的参数估值代入式 (2) , 对数字化点位数据进行纠正, 得到纠正后的点位数据;重新写入新得到的数据, 得到纠正后的点图元文件。

纠正的精度关键在于选择适当的控制点。若控制点选取不好, 纠正后的结果文件效果也不会很好。因此, 控制点的选取应适当均匀分布, 并具有一定的密度。

3结语

基于MapX的矿图纠正系统利用MapX强大的地图分析能力真正实现了矿图数字化, 既能实现以往的基本制图的需要, 同时还能将GIS所特有的功能应用于煤矿的生产、规划和管理, 为管理者提供必要的决策支持。如在采矿问题的推理过程中, 可大量使用数据库的数据信息, 如编制煤矿采掘接替计划的工作就是很好的例子, 以GIS作为桥梁, 将采矿问题的智能推理和图形信息紧密结合起来, 这就使采矿决策的智能化工作落在了实处。

参考文献

[1]林宗坚, 李军.地形图数字化数据的纠正与平差[J].武测科技, 1994 (4) :13-16.

[2]蓝悦明.空间位置数据不确定性问题的若干理论研究[D].武汉:武汉大学, 2003.

[3]童小华, 周德意.地形 (籍) 图扫描纠正的精度分析[J].同济大学学报, 2003, 31 (1) :77-81.

[4]汤仲安.矢量GIS线状实体等概率密度误差模型[D].武汉:武汉大学, 2004.