三维数字沙盘系统嵌入式控制器及控制软件的设计与实现

摘要

近年来，随着人们对三维显示的需求越来越大，一种基于3D实体沙盘的全新的显示方式已经成为当前研究的重点。本文中的三维数字沙盘系统将卫星航拍的遥感数据与动态实体沙盘结合起来，通过技术手段将遥感数据从平面搬迁到真实的空间中来，提供了一种全新的展示模式。
　　本文实现了三维数字沙盘系统嵌入式控制器及控制软件部分。其中，为了控制机械装置模型，设计嵌入式控制器的软件和硬件，并针对机械装置模型中行程触点的不稳定所导致的中断误差，提出了从软件层次设计中断请求信号过滤层，解决硬件中断误差的方案。另外，针对使用现场的突发性断电问题，设计防断电数据保护方案以及一套可靠的恢复流程，为装置的恢复过程提供正确的数据。
　　为实现对遥感信息的处理与传递，本文基于GDAL库，设计上位机控制软件的功能。控制软件通过对遥感信息的处理和展示，并提供用户选择工具，取得用户感兴趣的区域；接着，利用GDAL库，完成对遥感数据的抽样、投影以及转换，最终获得符合沙盘终端格式的目标数据，并通过串口传输给终端。
　　当终端的标准单元发生故障时，我们称之为故障点，对故障点的聚类分析有助于找出故障根源。本文中利用限定距离的强约束关系，对传统的模糊等价聚类算法进行改进，实现了两种改进后的方法：利用负反馈迭代微调?值法和根据限定距离约束聚类方法。两种改进方法能够使得聚类结果满足约束条件，提高聚类的准确性。
　　实验检测表明，终端的误差弥补方案的使用，使得机械装置运行的出错概率由原始的47.5％降为0.5%，并且当系统发生意外断电后，沙盘系统的终端能够被正确地恢复。同时，实验检测发现使用嵌入式控制器托举长方体立柱升降相同的高度，所需步距角的差值和总步距角的比例为0.47%，由此表明机械装置模型的移动误差符合工业误差标准。由实验结果分析可知，系统终端对机械装置的控制具有很高的稳定性和可靠性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2研究背景及意义

1.3本课题的技术难点

1.4本课题的研究工作及内容安排

第2章 三维数字沙盘系统的总体结构

2.1数字沙盘系统总体结构

2.2软件的开发与运行环境

第3章 三维数字沙盘终端

3.1三维数字沙盘终端的构成

3.2沙盘机械装置

3.3嵌入式控制器硬件设计与实现

3.4嵌入式控制器的软件设计与实现

第4章 上位机控制软件设计

4.1遥感图像可视化模块

4.2区域裁剪工具

4.3目标数据转换并通过串口传输

4.4终端状态显示

第5章 沙盘终端中故障点聚类研究

5.1聚类算法简介

5.2利用负反馈迭代微调?值法

5.3根据限定距离条件约束聚类方法

第6章 总结与展望

6.1工作总结

6.2未来展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢