数字工程原理与方法知识点总结

数字工程原理与方法知识点总结第一章数字化技术数字技术就是利用0和1两位编码，通过电子计算，光缆，通信卫星等设备，来表达，传输和处理所有信息的技术。数字信息利用数字技术处来表达传输处理的所有信息。数字工程概念1.数字工程就是利用数字技术整合，挖掘综合处理地理空间信息和其他专题信息的系统工程；2.是地球相关信息的数字化，智能化，可视化，网络化的过程；3.是以遥感技术，测绘技术，海量数据存储与处理技术，宽带网络技术，网格技术，快速通信技术，虚拟现实技术等技术为核心的信息技术系统；4.它将地球信息的各种载体向数字载体转化，并使其在网络上畅通流动，为社会各领域所广泛应用。数字工程产生背景①信息高速公路的产生（为数字工程的建设和集成提供了网络平台环境，为信息提供了物理通道）②国家信息基础设施的建立（提供了统一的数据框架）③数字地球概念的提出（数字工程有了概念升格）④数字思维与数字文化的产生⑤通信技术的发展⑥GIS技术的支撑○7社会应用的需求5.数字工程的特点①空间载体性②数据化，可视化，网络化（数字化信息通过通信网络畅通无阻地流动，各个系统连接成网络），智能化（指信息与知识应用的自动化）③融合与集成（体系数据和系统和两方面，数据融合之后不再体现单个数据的特征而产生一种的新数据比如假彩色合成影像；数据集成：指各种异源异构，不同时态，不同尺度，不同专业的数据在统一的地理框架下，以统一的空间定位为基准，以规范和协议为标准的无缝集成。系统类似）④端对端连接（系统和系统的端对端；数据的采集与应用的端对端）数字工程的总体框架（整体框架，逻辑框架，理论框架，技术框架）整体框架：从整体上看，纵向多层次，横向网格化。多层次：每个应用系统节点都是基于网络的多层结构；此外，各种应用系统逻辑上组成更高级层次网络化：有各种应用系统节点连成的一张分布式网络。逻辑框架：从逻辑上看数字工程是一个多层次多平台的立体结构。标准和安全贯穿于各个平台中。数字行业综合平台，基础信息共享平台，数据平台，网络平台，软硬件平台（自下而上的支撑关系）数字工程是一个集成的共享的平铺的“面工程”和“网工程”一个有机的整体：数据是共享的，网络是通畅的，通信是实时的，决策是科学的。概括起来就是：大平台，大共享，大应用。理论框架：以地球信息科学为核心与其他相关学科交叉融合。技术框架：见书本P21图1-9第二章软件体系结构的目的及其对数字工程的作用目的：解决软件的重用，质量和维护问题。作用：为数字工程的应用软件系统了一个结构，行为，属性的高级抽象，由构成系统的元素描述，这些元素相互作用，指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。软件体系结构发展阶段及特点mainframe结构：一种集中式结构。C/S结构：客户服务器分布式结构，部署与拓展性存在不足。三层—多层结构：三层即客户端层，服务器层，数据层。有更好的移植性；可跨平台工作，负载平衡安全多为基于Internet的应用。分布式计算的功能及其对数字工程的作用分布式计算：数据处理由多台计算机完成。功能：1.将分布式软件看做了直接反应了现实社会中的分布性。2.主要用于改进某些应用程序的性能，使它们比单进程，集中式的实现更具有效率。中间件的作用，数据库中间件在网络环境下起一种承上（网络应用软件）启下（操作系统）作用的基础软件。数据库中间件DM：本地中间件：为特定中间件设计；呼叫层接口:提供多个数据库的统一界面。把一般通用的呼叫接口转换任意的数据库本地语言。数据库网关：提供对大型系统内部数据的访问。集群的作用和分类1.高性能科学集群（高吞吐计算集群和分布计算集群）2.负载均衡集群（使负载尽可能在计算机集群中平均地分摊处理）3.高可用性集群（降低易错性）SOA功能模块和工作原理功能模块：开发服务，发布服务，查找服务，使用服务。工作原理：由擅长软件开发的技术人员把一个个业务功能包装成一个个标准的服务，精通商业流程的专家通过组合这些服务可以很容易的搭建功能完善的企业应用，或者重新组合这些服务成为全新的应用以满足企业不断变化的需求（SOA的核心思想）它根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署，组合和使用。海量数据高效处理措施，异构数据库集成技术高效处理措施：存储——数据库算法——高效的智能的错误处理便于检索——索引机制，数据分区，缓存机制充分利用计算机资源，合理调度任务——虚拟内存的使用，任务划分机制优化SQL查询语言，使用合适的格式存储数据。数据仓库——OLAP（联机分析处理），利用采样数据进行数据挖掘利用好的硬件及操作系统。异构数据库集成技术：分类：数据模型不同；不同的产品；数据的迁移和转换：简单易行但是实时性差。使用中间件：多数据库系统（对外集成，对内自治）云计算概念，特点及其与网格计算的区别云计算：是并行计算，分布式计算，网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。特点：超大规模；虚拟化；高可靠性；通用性；高可扩展性；按需服务；及其廉价。云计算与网格计算:相对于网格计算与分布式计算，云计算的特点是低成本，虚拟机支持，镜像部署的执行以及强调服务化。云计算是以相对集中的资源，运行分散的应用，而网格计算则是聚合分散的资源，支持大型集中式应用。GIS数据的特征：空间，时间，属性。空间位置：经度纬度高度属性数据：非空间数据，属于一定地物，描述其特征的定量或定性的指标。时域特征：地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。GIS常用的数据类型：矢量，栅格栅格：基本单位是像素。以规则的像元阵列来表示（一般为影像数据和DEM数据两种），数据量大，图形精度低，图形运算简单，低效，数据格式一致或接近，输出表示直观便宜，容易实现数据共享，不易实现拓扑与网络分析。矢量：点，线，面，基本单位为坐标点。数据量小，图形精度高，图形运算复杂，高效，数据格式不一致，输出表示抽象昂贵，不容易实现数据共享，易实现拓扑与网络分析。GIS的组成其基本组成包括空间信息（地理数据），系统软件，系统硬件，应用人员（普通用户或技术专家），应用模型（数据处理方法GIS专业模型和经验），计算机硬件平台。GIS的功能，常用的空间分析功能：数据采集与编辑；数据存储与管理；数据处理与变换；空间分析与统计；产品制作与显示；二次开发与编程；遥感技术的原理：地球上的物体都在不停的吸收，发射，反射电磁波，并且不同物体的电磁波特性是不同的。遥感常用的电磁波波段以及常见地物在不同波段的光谱特征见ppt242至248遥感技术的分类：按遥感平台，波段，工作方式。按遥感平台（传感器设置在什么上）分：地面遥感，航空遥感，航天遥感，航宇遥感（传感器设置在星际飞船上）按传感器探测波段分：紫外遥感，可见光遥感，红外遥感，微波遥感，多波段遥感（在可见光和红外线波段范围内，再分成若干窄波段来探测）按记录信息的表现形式：图像方式和非图像方式按照感测目标的能源作用可分为：主动式遥感和被动式遥感按应用领域：外层空间遥感大气层遥感陆地遥感海洋遥感（等）真彩色影像和假彩色影像的区别真彩色图像上影像的颜色与地物颜色基本一致。利用数字技术合成真彩色影像图像时，是把红色（蓝色，绿色）波段的影像作为合成图像中的红色（蓝色，绿色）分量。假彩色影像是指图像上影像的色调与实际地物色调不一致的图像。合成过程中，近红外波段作为红色分量，红色波段作为绿色分量，绿色波段作为蓝色分量。遥感数据应用的一般程序：1.根据目标选择不同空间分辨率的遥感影像。2.购买进过校正的遥感影像，进行精校正。3.遥感影像增强处理（色彩增强:色彩合成，灰度变换）4.遥感影像解译（机助分类，目视判读）ＧＰＳ的系统组成ＧＰＳ卫星星座——空间部分（提供星历和时间信息，发射伪距和载表信号，提供其他辅助信息）地面监控系统（一个主控站，三个注入站，五个监控站）——地面控住部分（中心控制系统，实现时间同步，跟踪卫星进行定轨）ＧＰＳ信号接收机——用户接收设备（接受卫星信号记录处理数据，提供导航定位信息）ＧＰＳ定位原理利用卫星的伪距，星历，卫星发射时间等观测量以及用户钟差来进行定位的。由于伪距的引入，要获得地面点的三维坐标，必须对四颗卫星进行测量：由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可以得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用三颗卫星就可以组成三个方程式，接触观测点的位置。考虑到卫星的时钟与接收机的时钟之间的误差，实际上有四个未知数，因而要引入四颗卫星。从而得到观测点的经纬度和高程。ＧＰＳ的特点GPS具有高精度，全天候，高效率，多功能，操作简便，应用广泛等特点。第三章平台的概念即集成的共享环境，是一种集成的共享资源，承载着各种前端应用。数字工程基础平台的组成，层次关系。书本p90软硬件平台和网络平台建设都需要解决的三大关键问题集成，共享，拓展数据平台的逻辑结构，数据的主要生产者书本p103图3—12（逻辑结构）数据的主要生产者（应用来源和生产主体）:政府，企业，个人（公众）数据共享的实现方式，异构数据库集成的技术异构数据库集成技术：数据的迁移和转换，中间件技术（通用SQL，API；通用网关；通用协议；基于组件技术的一致数据访问接口），多数据库系统（全局统一模式，联邦式数据库系统）数据共享的实现方式：数据格式转化（比较早期的数据集成共享方法）直接数据操作（实现对其他软件数据格式的直接访问）数据互操作标准平台的建设原则，组成组成：书本p121图3-19建设原则：标准参照服从顺序：国家标准，行业标准，部颁标准，地方标准。无相关参照标准：根据实际需要，采用相应的技术规范或指导性技术文件。自行制定必要的工程技术规范和规定。安全平台的组成安全平台和标准平台一起贯穿数字工程建设的全程。体系结构：硬件措施；软件功能（或两者结合）见ppt393第四章矢量数据可视化的实质，主要手段矢量数据的可视化实际上是矢量数据关联的属性信息的可视化。主要手段是符号化。（主要是如何用符号现象的描述出实体的属性特征）可视化一般过程：确定要绘制的空间实体----获取实体的坐标信息和属性信息-----根据不同实体的属性信息对实体进行符号化-----在相应的坐标位置绘制实体显示优先级：点最高，线次值，面最后。提高栅格显示效率的技术索引技术（提高数据调度效率）影像金字塔技术（对不同尺度的影像信息进行有效的组织管理，多尺度管理，分块管理是技术关键）非空间信息可视化的常用形式1.一维数据（文本数字表格）可视化2.多维数据可视化3.时态数据可视化4.层次数据可视化5.网络数据可视化虚拟现实技术的重要特征多知性，沉浸感，交互性，自主感。虚拟现实技术的一般构成实时三维图生成技术立体显示和传感器技术应用系统开发工具系统集成技术虚拟现实系统的分类1.桌面虚拟现实2.沉浸的虚拟现实3.增强现实性的虚拟现实4.分布式虚拟现实第六章数字工程的总体实施过程数字工程的各组成部分的实施步骤各平台实施在调研阶段的主要任务数据平台实施的重点专业应用实现包括两方面工作的内容标准平台体系级别安全平台的设计层次项目管理过程中的重要活动