地理超媒体数据模型及Web服务研究 ——以立体视频为例

论文摘要

地理表达是地理学的一个基本问题,也是地理信息科学的核心研究领域之一。在地理信息日益普及的背景下,地理空间表达方式仍存在观察视点上的高空与侧面、理解上的抽象与形象、以及专业化与大众化等多方面的挑战。传统的多媒体地图将多媒体与地图结合,能够更形象、直观地表达地理世界。随着多媒体及GIS应用的日益深化,出现了地理视频、全景照片、可量测影像等新型可定位媒体;而集成Web、GIS以及地理视频等多媒体的地理超媒体则可提供新的多媒体地理表达方式。基于地理超媒体概念,本文将立体视频引入GIS,探讨地理立体视频的数据模型、数据管理、Web服务与应用问题,拓展GIS应用领域。本文的主要研究内容包括:①探讨适合新型可定位媒体应用的地理超媒体框架,包括总体框架、数据组织、系统集成方法。②以地理立体视频为例,设计数据模型;并依据数据模型,采集、处理和管理相关数据。③定义符合行业标准的地理立体视频Web服务接口,探讨Web服务软件技术。④以河南大学金明校区为例,开发了应用原型以验证相关设计。取得如下主要进展:(1)设计了地理超媒体总体框架。分析了地理超媒体的内容构成、系统功能、标准、技术及应用领域;设计了支持可视化、检索、量测及分析挖掘的地理超媒体文档模型(GHDocObject),及基于SOA的系统集成框架。(2)提出了一个地理立体视频数据模型(GeoSVDM)。该模型包括视频、几何、专题属性、语义标注以及线性参照等要素,采用UML表达了模型对象及其语义;逻辑层次上,设计了12个核心关系表,定义了地理立体视频语义描述模式及数据检索方法,实现了地理立体视频对象数据组织与检索表达。(3)开发了地理立体视频数据采集与处理系统。该系统集成了立体相机、三维罗盘以及GPS接收机等设备采集数据,在影像校正及视差计算的基础上,讨论了立体视频合成、三维点云坐标解算与噪点过滤、FOV多边形生成等算法;并评价了影像量测精度。(4)设计了地理立体视频Web服务,定义了服务接口标准。从资源确定、URI定义以及资源操作接口、表述格式等方面进行了服务设计,定义了检索服务、视频播放服务以及影像量测服务接口及其HTTP交互机制,基于WCF实现了上述服务。以河南大学金明校区为例,进行了数据采集与处理,采用AJAX开发地理立体视频Web服务原型系统,验证了地理立体视频数据模型与Web服务设计的有效性与可行性。本文提出的GeoSVDM模型适合于地理立体视频等可定位媒体的管理与服务,开发的地理立体视频Web服务及其接口能够支持面向服务的地理超媒体应用开发,扩充了GIS在可定位媒体管理及地理超媒体开发方面的新功能;设计的地理超媒体框架及系统集成方法在新的技术条件下拓展了多媒体地图技术及GIS应用领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究内容与关键问题
• 1.4 研究思路与技术路线
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 研究技术路线
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 研究进展综述
• 2.1 地理表达研究
• 2.1.1 自然语言
• 2.1.2 地图
• 2.1.3 地理信息系统
• 2.1.4 虚拟地理环境与地理增强现实
• 2.1.5 可定位媒体与地理超媒体
• 2.2 多媒体地图理论与技术进展
• 2.2.1 多媒体地图
• 2.2.2 新地理信息时代的多媒体地图
• 2.3 新型可定位媒体及其应用研究
• 2.3.1 地理视频
• 2.3.2 地理立体视频
• 2.3.3 静态图像及全景图像
• 2.3.4 可量测实景影像
• 2.3.5 可定位媒体数据采集
• 2.4 Web 服务与地理信息服务
• 2.5 地理超媒体应用研究
• 2.6 评述
• 第三章 地理超媒体总体框架与系统集成
• 3.1 地理超媒体
• 3.2 地理超媒体总体框架
• 3.3 地理超媒体文档模型
• 3.3.1 模型需求分析
• 3.3.2 超媒体/超地图数据模型
• 3.3.3 文档模型设计
• 3.4 地理超媒体数据管理
• 3.5 基于SOA 的地理超媒体系统集成
• 3.5.1 面向服务的架构（SOA）
• 3.5.2 基于SOA 的地理超媒体系统集成框架
• 3.6 本章小结
• 第四章 地理立体视频数据模型与数据检索
• 4.1 数据模型设计原则
• 4.2 GeoSVDM 概念设计
• 4.2.1 视频数据模型
• 4.2.2 空间几何数据模型
• 4.2.3 专题属性数据模型
• 4.2.4 语义标注数据模型
• 4.2.5 线性参照数据模型
• 4.2.6 GeoSVDM 模型UML 描述
• 4.2.7 GeoSVDM 模型功能
• 4.3 GeoSVDM 逻辑设计
• 4.4 GeoSVDM 语义描述模式设计
• 4.4.1 MPEG－7 标准分析
• 4.4.2 基于MPEG－7 的GeoSVDM 语义描述模式
• 4.5 GeoSVDM 数据检索
• 4.5.1 基于空间位置与空间关系的视频检索
• 4.5.2 基于线性参照系统的视频检索
• 4.5.3 基于语义的视频检索
• 4.5.4 GeoSVDM 检索分析
• 4.6 基于Geodatabase 的地理立体视频数据库
• 4.7 本章小结
• 第五章 地理立体视频数据采集与处理
• 5.1 数据采集平台
• 5.2 数据处理方法
• 5.2.1 数据处理流程
• 5.2.2 立体视频合成
• 5.2.3 三维处理
• 5.2.4 GIS 数据处理
• 5.2.5 GeoSVDM 数据生成
• 5.3 数据采集与处理系统设计与实现
• 5.3.1 系统分析与设计
• 5.3.2 系统开发与实现
• 5.4 精度分析与评价
• 5.4.1 理论精度分析
• 5.4.2 实际精度评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 地理立体视频Web 服务设计与实现
• 6.1 REST Web 服务
• 6.1.1 REST 架构分析
• 6.1.2 基于 REST 的 WEB 服务设计
• 6.2 地理立体视频Web 服务技术框架
• 6.3 地理立体视频Web 服务设计
• 6.3.1 数据集规划与资源确定
• 6.3.2 URI 定义与资源操作接口
• 6.3.3 资源表示格式——JSON
• 6.3.4 地图服务设计
• 6.3.5 检索服务设计
• 6.3.6 视频播放服务设计
• 6.3.7 影像量测服务设计
• 6.4 地理立体视频Web 服务实现
• 6.4.1 服务实现技术——WCF
• 6.4.2 数据契约定义
• 6.4.3 视频检索服务
• 6.4.4 视频播放服务
• 6.4.5 影像量测服务
• 6.5 本章小结
• 第七章 原型系统开发与实现
• 7.1 系统概述
• 7.2 客户端实现技术——AJAX
• 7.3 视频检索
• 7.4 视频播放
• 7.5 影像量测
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 创新之处
• 8.3 进一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读博士期间研究成果