数字城市技术范文

数字城市技术范文（精选11篇）

数字城市技术 第1篇

1 数字城市

所谓的数字城市便是数字中国、数字地球的美丽延伸, 它和数字中国、数字地球一样, 都属于一种战略目标均有一种自身独特的发展历程, 在数字城市发展的过程中将会对城市的规划管理、居民的生活水平、以及经济的快速发展带来方便和有力的支持。数字城市就是综合利用了遥感、网络、地理信息系统、虚拟现实、全球的定位系统以及多媒体等各项技术, 从而对城市的功能机制以及基础设施建设进行全方位自动的采集和监测并辅助决策的系统。简单的来讲, 数字化就是在城市的规划建设中、城市的运营管理中以及城市居民的生产生活中, 有效的利用数字化的信息处理技术, 对城市中的信息资源进行整合后再利用。数字化城市以海量的空间数据和大规模的基础设施为依托, 那么就需要社会各个相关行业的大力支持和共同参与, 测绘技术部门应该明确自身所存在的有优势与不足, 加大对数字化城市的研究与关注程度, 大力推动城市的数字化建设。

2 数字测绘体系的基本构架

新型的测绘体系是当今数字城市发展条件下的测绘体系的新的发展方向, 建立新型的测绘体系其根本的目的在于为数字城市提供更加完善的更加适用的空间和时间的数据资源。正因如此, 新型的测绘体系要求在建立时以空间数据资源为核心, 那么它应该包含以下的两个方面:

2.1 要以数据的服务为核心建立数字城市的地理空间框架;

2.2 要以数据的获取为核心建立数字城市测绘技术的体系。

解决这些问题的途径就在于, 一方面我们能够尽可能的建立健全最基础的数据库, 那么然后在此基础之上利用动态的制图方式来生产常用的数据;同时要提供出进行加工的平台, 以此来根据应用的需求来实时的生产出适用的数据。那么数字的地理空间框架必须要包含三个方面的基本内容, 就是数据的加工服务平台、基础的数据以及成品数据。

空间中的数据是城市的地理空间中的数据的表达形式。那么从表达的方法来讲, 它的途径是基于景观模型的表达, 那么它的成果便是城市的地理数据;基于地图模型的表达;它的成果是各种地图的数据;基于场模型的表达, 它的成果就是各种影像的数据。城市的影像数据和地理数据构成了其基础的数据, 其中地图数据是数据中的成品。

数据进行加工和服务的平台包含了数据的加工处理以及数据的进行服务的功能。对数据的加工包括有综合化简、编辑处理以及信息的提取等几个功能, 通过了对基础数据的生产加工成成品数据, 满足了具体的应用要求。数据的加工服务平台有力的说明了数字城市的背景下空间数据所应用的服务模式, 那么数据不仅采用拷贝的方式和复制的方式来实现共享, 更多的时候是在线实现直接的引用, 直接的解决客户端的重复的加工以及版本的管理等等一系列的问题。

3 数字测绘技术的优点

3.1 测绘技术可以经过计算机的模拟, 从而在屏幕上生动直观

的反映出地貌地形等特征以及当地的地籍要素, 而且把这些放到计算机上可以让人一目了然, 可以从基本上改变了传统测绘技术的符号, 文字、线条和数字, 并有效的弥补了必须具备专业知识才能看懂读懂的缺陷。

3.2 数字化的测绘产品在使用和维护以及更新上都具有方便和

快捷的特征, 它能够随时的保持产品信息的现时存在形式, 并可以随时的进行补充和修改, 提供新图以供使用。

3.3 可以很据不同的用户需求, 对产品的各个要素的数据进行

再加工, 从而得到用途各不相同的图件, 并可以随时随意的对给出的图形进行缩放和修改拼接, 其用途更加的广泛。

3.4 利用数字化的测绘结果来作为底图, 可以在计算机上进行

不同的设计和规划, 可以方便的对各种方案的设计进行比较和对比, 可以方便准确的对各种要素进行汇总、分析、统计和叠加。有了计算机的帮助, 就大大的提高了测绘技术的完全自动化、规范化和科学化程度, 也使得数字化的测绘技术应用水平又上升到一个高度。此外, 计算机的引用在测绘中其他方面还表现出很多的优越性, 但从刚才以上几点的归纳总结中我们可以看得出数字化测绘技术符合现代化信息高速发展的要求, 也是现代化数字测绘的主要发展方向。因此, 从前以传统的测绘手段为主的测绘单位, 现在都以发展和利用数字化的测绘技术来作为其发展的方向与动力。

4 测绘技术应把握数字城市所提供的发展机会

城市信息化的高速发展主要归功于数字化城市的建设, 数字化城市建设不仅拓展了测绘技术的运用领域, 而且还加快了测绘技术的创新和发展, 加速了城市的测绘由原来传统的模式向现代信息化的方向转变。为城市的测绘技术发展提供了新的发展机会。面对机会, 测绘技术部门应该牢牢把握现代信息化的测绘技术发展方向, 以城市的空间地理信息基础设施建设为测绘技术的重点, 促进城市的空间资源的开发和共享。将城市的测绘技术部门发展提高到一个新的高度与境界。数字城市的发展建设是关系到城市向前发展的一个系统性的工程, 因此, 城市的测绘技术部门就应该明确自身的发展方向, 制定相应的规划纲程, 积极的参与组织建设数字化城市。

5 结论

面对着数字化城市建设不断发展的今天, 测绘技术必须要把握好历史赋予我们的机遇, 努力并实现新的超越。这就要求我们将城市的基础测绘纳入到国民经济与社会发展的计划为先机, 积极的发展勘测技术, 从而能更好地服务城市的规划和国土资源的管理。

参考文献

[1]耿宝林.数字测绘技术应用初探[J].城市建设理论研究, 2011 (5) .[1]耿宝林.数字测绘技术应用初探[J].城市建设理论研究, 2011 (5) .

[2]马佩勋, 谢海波.数字城市的基本框架与关键技术研究[J].长沙民政职业技术学院学报, 2009 (3) .[2]马佩勋, 谢海波.数字城市的基本框架与关键技术研究[J].长沙民政职业技术学院学报, 2009 (3) .

数字电子技术课设(数字钟) 第2篇

数字电子技术课程设计报告

题

目：

多功能数字钟课程设计

学

年：2007

学

期：第二学期

专

业：自动化

班

级：0703

学

号：07100559 姓

名：刘磊

指导教师及职称：

魏巍

时

间：

2009年7月9日

太原理工大学现代科技学院

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数字电子技术课程设计报告

一、设计目的

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.二、设计要求

（1）设计指标

① 时间以12小时为一个周期； ② 显示时、分、秒；

③ 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； ④ 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时； ⑤ 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。（2）设计要求

① 画出电路原理图（或仿真电路图）； ② 元器件及参数选择； ③ 电路仿真与调试；

④ PCB文件生成与打印输出。

（3）制作要求

自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

（4）编写设计报告

写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

三、原理框图

1．数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

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译 码 显 示 电 路时计数器分计数器秒计数器振荡器校时电路报时电路多级分频器（a）数字钟组成框图

2．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用ＴＴＬ门电路构成；另一类是通过ＣＭＯＳ非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个１８０度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

（b）CMOS 晶体振荡器（仿真电路）

3．时间记数电路

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一般采用10进制计数器如74HC290、74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择74HC390。由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。

秒个位计数单元为１０进制计数器，无需进制转换，只需将ＱＡ与ＣＰＢ（下降沿有效）相连即可。ＣＰＡ（下降没效）与１ＨZ秒输入信号相连，Ｑ３可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰＡ相连。

秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。将１０进制计数器转换为６进制计数器的电路连接方法如图 ２.４所示，其中Ｑ２可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰＡ相连。

十进制-六进制转换电路

分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的Ｑ３作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰＡ相连，分十位计数单元的Ｑ２作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰＡ相连。

时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为１２进制计数器，不是１０的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行１２进制转换。利用１片７４ＨＣ３９０实现１２进制计数功能的电路如图（d）所示。

（d）十二进制电路

另外，图（d）所示电路中，尚余－２进制计数单元，正好可作为分频器２ＨZ输出信号转化为１ＨZ信号之用。

4．译码驱动及显示单元电路

选择ＣＤ４５１１作为显示译码电路；选择ＬＥＤ数码管作为显示单元电路。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。

计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。

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5．校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。

实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。

（f）带有消抖电路的校正电路

6．整点报时电路

电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。

当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QＣ和QＡ、个位的QＤ和QＡ及秒计数器十位的QＣ和QＡ相与，从而产生报时控制信号。

报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。

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说明：当时间在59分50秒到59分59秒期间时 分十位、分个 位和秒十位均保持不变，分别为5，9和5；因此，可以将分计数器十位的Qc和QA，个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号。IO1分计数器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分计数器个位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒计数器十位的QC和QAIO674HC30D数字钟设计－整点报时电路部分

四、元器件

1．四连面包板1块（编号A45）

2．镊子1把 3．剪刀1把

4．共阴八段数码管6个 5．网络线2米/人 6．CD4511集成块6块 7．CD4060集成块1块 8．74HC390集成块3块 9．74HC51集成块1块 10．74HC00集成块4块 11．74HC30集成块1块 12．10MΩ电阻5个 13．500Ω电阻14个 14．30p电容2个

15．32.768k时钟晶体1个 16．蜂鸣器10个（每班）1）芯片连接图

1)74HC00D

2)CD4511

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3)74HC390D

4)74HC51D

2．面包板的介绍

面包板一块总共由五部分组成，一竖四横，面包板本身就是一种免焊电板。面包板的样式是：

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面包板的注意事项：

1． 面包板旁一般附有香蕉插座，用来输入电压、信号及接地。2． 上图中连着的黑线表示插孔是相通的。

3． 拉线时，尽量将线紧贴面包板，把线成直角，避免交叉，也不要跨越元件。4． 面包板使用久后，有时插孔间连接铜线会发生脱落现象，此时要将此排插孔做记号。并不再使用。

五、各功能块电路图

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，可以由许多中小规模集成电路组成，所以可以分成许多独立的电路。

（一）六进制电路

由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如图一。

U1A3123U2A12Com74HC00D74HC00DU5SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGU3AV1 32Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U413DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC390D43~ELOF~BIOG~LTVCC5V4511BD将十进制计数器转换为六进制的连接方法

（二）十进制电路

由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如图二。

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U4A3126U4B4574HC00D74HC00DComU3SEVEN_SEG_COM_KU1AV1 60Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U213DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514ABCDEFGVCC5V74HC390D43~ELOF~BIOG~LT4511BD十进制接法测试仿真电路

（三）六十进制电路

由两个数码管、两4511、一个74HC390与一个7400芯片组成，电路如图三。

（四）双六十进制电路

由2个六十进制连接而成，把分个位的输入信号与秒十位的Qc相连，使其产生进位，电路图如图四。

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ComComSEVEN_SEG_COM_KU1B6453U1A12U4SEVEN_SEG_COM_KU7U11BABCDEFG64513DADBDCDD5OAOBOCODOE~ELOF~BI~LTOG1211109151421CLR141INA1INB3U10A12ABCDEFG74HC00D74HC00DU3B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD11109U2712674HC00D74HC00DU8A31QA1QB1QC1QD5677126U913DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514VCC5V74HC390D43U1C891011U1D12134511BD74HC390DComVCCU643~ELOF~BI~LTOG5VSEVEN_SEG_COM_K74HC00D74HC00DABCDEFG84511BDComU15C91011U16DSEVEN_SEG_COM_K1213U14U3A131INA1INB21CLR1QA1QB1QC1QD5677126U513DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC00D74HC00DU12B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD111097126U13DADBDCDD5OAOBOCODOEABCDEFG***14V1 100kHz 5V474HC390D43~ELOF~BI~LTOGVCC74HC390D5V43~ELOF~BI~LTOG4511BD4511BD

（五）时间计数电路

由1个十二进制电路、2个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与十二进制电路相连即可，详细电路见图五。

ComComComComComComU1SEVEN_SEG_COM_KU2SEVEN_SEG_COM_KU4SEVEN_SEG_COM_KU3SEVEN_SEG_COM_KU5SEVEN_SEG_COM_KU6SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGABCDEFGABCDEFGVCCVCCABCDEFGABCDEFGABCDEFG5V***45VVCCVCC***49***45V***3121110***01514145V9VCCOG995V99OAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOG~LT~LT~EL~EL~BI~BI~ELDADCDDDADCDDDADC~LT~LT~LTDBDB~EL~EL~EL~BI~BIDADCDDDADCDDDADCDBDB3DBDD~BI5V73DBDD4511BD54511BD******12643U23CU25A74HC00D***8U21A74HC00D13111038U20C74HC00D3U19A74HC00D131110974HC00D9356356772QB1QD2QD2QD1QB1QC2QB2QC2QB2QC1QB1QA2QA2QA1QA1QC1QD2QA2QC2QD61QB2INA1CLR2CLR2CLR1INA1INB2INA2INB2INA2INB1INA1INA1INB74HC00D161CLR74HC390D6151INB74HC00D111CLRU26B74HC390D74HC390N1174HC390N74HC390DU20B1574HC00D1262INB74HC00D74HC00D***242V1 1000Hz 5V时，分，秒计时电路图

（六）校正电路

由74CH51D、74HC00D与电阻组成，校正电路有分校正和时校正两部分，电路如图六。

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142CLRU13AU16B1QA1QC1QDU24DU22BU14AU17BU20DU15AU18B74HC390N43~BI~LT4511BDOGU7U8OFU10VCC4511BDOGU9U114511BDOFU124511BD1010921921254***254太原理工大学现代科技学院学院《数字电子技术》课程设计报告

IO1VCC正常输入信号5V校正信号R1IO2U2C9108小时校正电路J110Mohm74HC00D注意：分校时时，不会进位到小时。U11111213910U2DKey = A12R210MohmIO313U2A8123时计数器IO574HC00D1123674HC00D正常输入信号校正信号R3U3A10Mohm12U2B456分计数器IO6IO44574HC00D74HC51D3J274HC00DKey = B分钟校正电路分校正时锁定小时信号输入R410MohmU3B456图中采用基本RS触发器构成开关消抖动电路，其中与非门选用74HC00；对J1和J2，因为校正信号与0相与为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态，当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时电路处于校时状态。74HC00D数字钟设计－校时电路部分

（七）晶体振荡电路

由晶体与2个30pF电容、1个4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号，电路如图七。

（八）整点报时电路

由74HC30D和蜂鸣器组成，当时间在59:50到59:59时，蜂鸣报时，电路如图八。

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说明：当时间在59分50秒到59分59秒期间时 分十位、分个 位和秒十位均保持不变，分别为5，9和5；因此，可以将分计数器十位的Qc和QA，个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号。IO1分计数器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分计数器个位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒计数器十位的QC和QAIO674HC30D数字钟设计－整点报时电路部分

六、总接线元件布局简图

整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路、整点报时电路组成。

其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。

电路的信号输入由晶振电路产生，并输入各电路。简图如图九。

七、芯片连接总图

因仿真与实际元件上的差异，所以在原有的简图的基础上，又按实际布局画了这张按实际芯片布局的接线图，如图十。

八、总结

1． 实验过程中遇到的问题及解决方法

① 面包板测试

测试面包板各触点是否接通。

② 七段显示器与七段译码器的测量

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把显示器与CD4511相连，第一次接时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。

③ 时间计数电路的连接与测试

六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了。但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。最后，在重对连线时发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。

④ 校正电路

因上面程因引脚接错而造成错误，所以校正电路是完全按照仿真图所连的，在测试时，开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。

2． 设计体会

通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

3． 对设计的建议

我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状况，完成设计

参考文献：

《数字电路硬件设计实践》 贾秀美 主编 高等教育出版社 《电子线路设计、实验、测试》 谢自美主编 华中理工出版社。《数字电子技术基础》 阎 石 主编 高等教育出版社

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基于航测的数字城市三维建模技术 第3篇

关键词：航测;数字城市;三维建模

引言：三维模型由于其在城市规划、地籍管理、旅游、交通及环境仿真等领域显示出了巨大的潜力，已成为众多领域研究的热点。三维模型是以三维的手法进行建模，模拟出一个三维的建筑场景效果。规划者可以模拟在数字场景中任意游走驰骋、飞行缩放，达到一种惟妙惟肖、变化多姿的动态视觉效果。利用数码航摄仪进行数字航空摄影，获取以满足大比例尺成图要求的影像资料;以测区已有的控制点为依据、进行像片控制测量;空三加密获取内业测图所需要的方位元素和加密点坐标;数据采集按内业立体模型定位采集，应保证数据的完整性、正确性，不应断缺、遗漏、移位。此类采集数据经过外业人员现场定性定位调绘，内业缩檐，房屋矫正及加注楼层信息和新增建筑物尺寸编辑等。获得精确的三维DLG数据。

虚拟三维数字实际上就是三维景观的可视化，它易于解译，这是具有大地坐标的三维景观，能确定对象间的空间关系，在事件发生前模拟或者预演，更易于决策，不需要到实地去就可以到真实的环境中浏览。基于航测的数字城市建模主要有两类：一是基于机载摄影测量系统。它是通过立体像对来实现测区三维景观的真实重现，其优点是可快速重建测区范围内所有建筑三维模型、地形地貌三维景观。二是基于近景摄影测量三维建模技术。该技术从三维信息获取的速度、可靠性及灵活性上来说，能够满足绝大多数的实际需求。但是，其效果在很大程度上依赖于三维建模算法的设计，而且算法大都比较复杂，需要较多的计算资源。

在目前的虚拟三维现实系统中，三维建模基本都是采用DEM和DOM叠加获得三维模型，主要是由于DEM和DOM获取方法的不同而有所区别，对于大面积的区域，如果要求精度不高，我们可以采用卫星遥感影像和通过立体采集的DEM;而对于精度要求较高的区域，需采用摄影测量的方法获取DEM和DOM，该方法生成的产品精度高，但成本也较高;随着激光雷达技术（Lidar）和高分辨率卫星影像的出现，我们可以直接利用Lidar直接获取DEM，该方法是一种新型的获取三维模型的方法，它通过发射大量的激光束，得到模型表面的“点云”，再使用专门的软件由“点云”生成三维模型，该方法简单、测量速度快，且具有实时处理能力，在获取DEM的同时，我们可以同步获取影像图，该方法是目前最快也是精度最高的获取DEM和DOM的方法，但使用LIDAR的费用也是最高的，适合于对精度要求非常的项目的建模，主要还是城市等地物相对密集区，不适合采用常规方法进行测量。随着高分辨率传感器的出现，通过QuickBird、WorldView Ⅰ、WorldView Ⅱ等卫星获取高分辨率的影像以及立体像对，也能满足1：5000比例尺的要求。随着测绘新技术和计算机技术的快速发展，建模方法也会越来越多，对不同的需求，应采用不同的建模方法。

一般通过地形测量和航空摄影测量分别获取地物的各点、线、面的平面和高度空间坐标，再利用航测的立体像对采集地物的高度和顶部结构，结合实地采集纹理，采用建模平台生产模型。一般量测实景三维精度一般在分米级，具有技术成熟、精度较高、成本较高、仪器设备可与常规测量工程共用等特点，是目前“数字城市”地理空间框架建设三维建模部分用得较多的方式.通过地形测量或大分辨率影像获取地物的平面空间位置，通过楼层数结合推断的层高估算建筑等地物高度，再根据实地采集的照片修改地物的细部结构和高度，形成位置、大小、高度相对正确的模型成果。分析应用展示三维的精度一般为米级，有技术要求不高，建模效率高，成本适中的特点，现多用在部分源数据缺乏，投入有限，主要用于展示、一般分析、搜索、定位的“数字城市”建设项目中，为政府和民众提供较完整，较真实，能跑动，直观的数据参考.找准不同城市的三维模型生产的精度定位，首先要根据开展三维模型建设城市的自身情况，从用处、用法、经费、数据基础、后期升级几方面进行调研和评估，再结合软件、硬件、网络等条件，完成精度的分析和定位，再根据精度定位制定数据标准和工作方案.

通过全数字航测工作站对三维实景立体模型进一步编辑，能够得到每一景立体模型的衍生数字化成果产品：数字高程地表模型（DEM）、数字正摄影像（DOM）。航测人员将每一景立体模型的数字高程地表模型、数字正摄影像进行分幅拼接，获得架空输电线路全线的大场景数字高程地表模型、数字正摄影像图数据。将二者配准、叠加，最终创建线路全线大场景立体实景模型。

基于全数字航测工作站的三维线路实景漫游平台，将大场景立体模型于线路全线坐标数据进行叠合，产生三维实景架空线路漫游模型。在三维实景架空线路漫游模型中，线路上的各个铁塔被建模，以实物的形象架设在大场景地理模型上。设计人员可以通过调整视线角度、视角高度等参数，360°地观看每个铁搭在三维实景环境中的真实架设情况。此外，三维线路实景漫游平台提供线路实景漫游功能。通过设置漫游的飞行高度和相机视线角度，漫游平台会自动按线路路径逐塔位的漫游飞行，使线路设计人员对全线路的塔杆整体排位、架设情况进行一次可视化、近距离的实景观看。三维实景漫游功能将线路设计成果由二维的平面图纸变为了三维的实景观看，使得设计成果更为直观具体。设计人员结合三维漫游中的实景观看情况，可以对线路的最终设计成果进行整体的感知。如遇到与设计初衷不一致的塔杆塔位，可以进行进一步的细部改线微调。

外业调绘对地形图的精度和属性有着最直接的关系，调绘人员持初编图到实地按规范、图示、技术设计书的要求，对图上地物逐一定性，对摄影后新增地物进行补测，其中包括对电信及相关设施的调查，其设施的定位可采用GPS，定位或全站仪定位。另一部分包括对地名、小区名称、单位名称、道路名称、河流名称及流向、管线性质及输送方向、境界归属、独立地物、的判定、植被种类的区分等加以补调。房檐的改正时关系到整图精度的一项硬指标，因采集时所测房屋的外轮廓，所以要求调绘人员对每一房屋的房檐都要到实地量测，确保地物的平面精度符合规范要求。利用立体采集的三维数据及外业调绘的资料，根据技术设计书要求进行标准地形图的处理工作，包括对各个要素相对关系的处理，对外业调绘各项数据进行编辑处理，对各种属性的参加，数据分层，线型编码，线条接缝，数据接边等项工作的处理，在整个地形图编辑过程中。地物编辑时一项相当重要的一个环节，要处理好各地物间要素的点、面、线关系，面状要素要封闭（如房屋、湖泊、水库等），线状要素要连续（如铁路、河流），线状要素要相交（如相同属性或不同属性），端点要严格相交到同一点，不能悬挂。

总结：基于航测的数字城市三维建模是以立体测量三维建模为主要工作内容，建模要求模型结构完整、平面和高程精度高、重点道路和市中心区域模型效果精美。最终建模成果可配置于三维地理信息平台上，用于展示及辅助决策，未来成果的应用将延伸到地下管线、数字城管、规划等，初步构建以三维仿真为技术基石，城市综合管理为目标的数字虚拟城市。

参考文献：

[1]黎智，龚学海.海拉瓦技术在输电线路优化设计中的应用[C].贵州省电机工程学会2009年优秀论文集，2009（11）.

[2]黄群，王锦超，徐忠明.VirtuoZo-AAT空三加密中的应用技巧[J].电力勘察设计，2010（3）.

[3]汤坚.特高压架空输电线路二三维交互优化选线技术的研究与系统设计[J].电网技术，2012（24）.

测绘技术在数字城市中的应用 第4篇

关键词：数字城市,测绘,重要作用

0 引言

基础数据库是城市信息管理平台的重要组成部分, 也是数字城市建设和发展的基础, 但是, 基础数据库的更新和维护的费用比较高、周期比较长。建设城市基础数据库, 一般是由政府部门投入巨资, 在全市行政范围内采用3S技术和卫星影像等采集城市基础地形数据, 进行数据处理和入库。然而, 很多早年建立数据库的城市, 因后期维护投入太多而不能实时更新。另外, 在城市建设和各种工程建设中, 都需要对当地的地理环境有清晰的了解。以便为建设提供一定的参考依据, 地形图测绘工作很好的发挥了这方面的作用。在现代化社会发展的背景下, 将先进的测绘仪器设备应用于地形测绘工作中, 提高了以往工作的效率以及人为操作所造成的误差, 对地形测绘工作的发展具有非常重要的作用。

数字城市是城市自然、社会、人文、经济和环境等各类信息集成、整合和共享而形成的城市信息化的发展趋势, 也是推动整个国家信息化的重要组成部分, 自20世纪90年代美国提出数字地球后, 世界上一些国家相继提出本国数字城市建设的构想, 并通过行政、法律、经济的手段加以实施。数字城市很快就在城市规划、交通设施、动态监测、城市建设、政府决策等方面得到广泛应用。

我国数字城市建设已经走过十余年的历程。早在1989年下半年, 国家测绘地理信息局就开始组织有关专家学者对数字中国建设进行研究。2003年, 胡锦涛总书记在中央人口资源环境工作座谈会上对测绘工作作出的重要批示中, 第一次明确提出推进“数字中国地理空间框架建设”, 国家测绘地理信息局和国务院信息化办公室于2006年联合印发了《关于加强数字中国地理空间框架建设与应用服务的指导意见》。近几年来, 国家测绘地理信息局已经分批在全国29个省、自治区、直辖市中遴选出一百五十余座城市, 开展数字城市地理空间框架建设, 超过了我国地级市数量的三分之一。测绘先进技术在数字城市建设中的应用, 使城市地理空间资料和社会经济资料信息化, 加快了城市地理信息资料的获取速度, 改进了资料的存储方式并提高了资料的使用效率, 大大加快了数字城市的建设进程。

1 城市规划测绘

城市规划测绘是大地测量、房产测量和基础地形测绘想结合的规划类专业测绘, 通过使用数字化测绘技术、3S技术和网络技术来协助城市规划审批管理的基础性测绘工作。一般而言, 城市规划主城区内各项建设需由城市规划行政主管部门核发的“一书两证”制度, 从建设项目选址, 规划用地红线、详细方案审查到建设工程规划管理, 城市规划测绘都辅助于规划审批管理。

这些年来, 建设数字城市越来越受到各级政府的重视, 各地政府部门相继投入巨大财力对城市基础地形数据进行勘测和建库, 并整合各级职能部门的专题数据库建立城市基础信息平台。由于城市的发展非常快, 又没有建立科学的更新测量制度, 基础数据库不能实时更新, 无法真实反映地形特征现状, 极大地影响了数字城市的建设。

2 城市测绘是数字城市的基础性工作

作为测绘对象和数字城市管理对象, 是同一个体———物质城市和数字城市。城市测绘研究的是城市基本要素, 主要是地理要素的测绘和变化测量, 是提高对数字城市的认识和管理能力的基础性工作;数字城市针对的是城市的整体, 包括空间和非空间的、物质和非物质的, 是现实城市在网络上非物质邢台的延伸和拓展。城市测绘的基本任务是对城市区域的自然地理要素和地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集和表达, 对获取的数据、信息和成果进行处理并提供使用。数字城市是测绘成果应用的集成化, 规模化和公众化。关于数字城市, 很多学者有各自的定义, 其中两点是共同的: (1) 基础地理空间框架是数字城市的重要建设内容; (2) 基础地理空间框架建设的关键落脚点还是基础地理空间数据, 主要体现在城市基础比例尺地形图。

3 城市测绘应如何把握数字城市提供的发展契机

数字城市的建设推动了城市信息化进程, 拓展了城市测绘的应用领域, 加快了测绘科技创新的步伐, 加速了城市测绘由传统模式向城市地理信息产业的转化, 为城市测绘发展提供了新的契机。面对新的契机, 城市测绘部门应该紧紧把握现代测绘的发展方向, 以城市空间信息基础设施的建设为重点, 促进城市空间信息资源的高效开发, 应用与共享, 将城市测绘发展到一个新的境界。

第一, 明确发展方向, 制定有效措施

数字城市是关系到城市发展的系统性工程, 城市测绘部门应当明确发展方向, 制定相应的发展规划;积极的参与到政府组建的城市地理信息中心, 成为其中的核心力量。

第二, 规范生产与质量管理体系

空间地理信息是数字城市与城市空间信息基础设施的主要数据源, 因此, 作为城市空间地理信息的生产者与提供者, 城市测绘部门必须严把质量关, 建立基础空间数据的管理机制, 健全数字化产品的质量管理体系, 切实承担起城市空间数据的及时采集、处理、加工和提供任务。

第三, 加大对基础测绘的投入力度, 提高测绘保障能力, 要形成政府投入为主、基础地理信息使用单位和承担基础测绘生产任务单位共同投入的投入机制, 切实落实基础测绘项目经费, 并实行专项管理。

4 结束语

数字城市是一个庞大的系统工程, 城市空间信息基础设施是建设数字城市的基础, 而作为城市空间地理信息的生产者, 城市测绘部门有着至关重要的作用。面对着数字城市建设的加速发展, 城市测绘行业必须把握历史机遇, 努力实现新的跨越。我们要以城市基础测绘纳入国民经济与社会发展计划为契机, 积极发展勘测科技, 加强勘测技术研究, 全面实现数字测绘, 充分利用多种先进科学技术, 建设城市基础空间信息系统, 更好地为城市规划与国土资源管理服务。

参考文献

[1]何鸣华.探讨数字化地形图测绘中的修测方法[J].大科技, 2013, 2 (19) :98-99.

[2]谭凯婷.三维数字地形图测绘技术分析[J].城市建设理论研究, 2012, 2 (8) :43-45.

数字化城市管理测绘技术的应用论文 第5篇

[摘要]本文通过总结数字化城市管理平台的建设和运行在城市管理中发挥的作用，提出了数字化城市管理平台在新形势下的升级功能，结合新一代测绘技术的研究成果，论述了实现这些功能的主要技术和应用范围。

[关键词]测绘技术;数字化;城市管理;应用

1引言

自北京市东城区建成数字化城市管理平台，并向全国推广以来，数字化城市管理平台的建设和运行已经有的时间。在这期间，城市管理部门运用这一集中3S(GIS、RS、GPS)技术的平台，构建了新的城市管理体制机制和工作流程，提高了城市管理的科学化、信息化水平，加快了城市管理由粗放型向精细化的转变。随着公众对城市管理水平和环境秩序要求的不断提高，城市管理的精细化程度也在不断加深，基于二维地理信息系统的数字化城市管理将面对诸多的挑战，主要包括：①部件数据普查还不能实现全覆盖，特别是立面部件很难用平面投影的方式在地图上展现;②部件数据更新周期较长;③事件和部件问题还不能实现实景影像与历史数据的精细化对比;④城市管理问题动态监管的实时性还不能完全实现;⑤管理信息可视化方面不足。目前，卫星导航技术、传感器技术、数据通信技术以及遥感等新一代测绘技术的快速发展，已经能够为数字化城市管理平台的升级提供有力的技术引擎。

2主要技术

移动测量技术是在测量车辆上装载卫星导航系统、摄影测量系统(CCD)相机、360°全景相机、惯性导航系统(INS)、激光扫描仪等传感器和设备。“在车辆高速行进中，通过高精度的卫星定位技术，配合惯性导航设备，获取精确位置及姿态数据，将这些位置及姿态数据，与移动测量车辆同步采集的实景影像数据和激光点云数据进行融合，形成具有地理参考的可量测实景影像”[1]。通过这一技术，我们可以得到任意部件的精确位置和实景影像，将能够解决立面部件无法普查和监督处置困难的问题，如路灯杆、行道树、交通设施、建筑细节等。此外，这一技术还能够实现数据在短时期内的动态更新，大大提高了监督和处置的效率。另外，“由于影像带有绝对方位元素，因此可以实现影像中任意地物的绝对测量和相对测量，绝对测量的.精度可达0.5米，相对测量精度达到厘米级”[2]。此外，实景影像融合技术和车载GPS技术，也能够为提升数字化城市管理平台的功能提供更新的技术支持。数字化城市管理平台通过移动测量技术，已经得到了实景影像数据库。城市管理巡查员在日常巡查中，通过手持的“城管通”对问题进行拍照，并上传至数字化城市管理平台，平台通过对带有位置、姿态信息的实景影像进行融合，得到更新的、实时的实景影像。传统的车载GPS技术仅能够观察和记录车辆的行驶路线，通过“ArcGIS自带的空间分析功能为基础、改进的遗传算法为核心，开发出城管车巡逻最优路径选择功能”[3]。这一技术可以更加科学、合理、高效地安排各类城市管理监督执法和作业车辆的行驶路线，避免交叉和空白。

3功能应用

3.1立面部件普查

在传统的数字化城市管理系统中，所有部件均以平面投影的方式在地图上展现，而大量的立面管理部件则无法在二维地图上表示出来[2]。通过新的移动测量技术，可以实现将立面管理部件全部进行普查，比如建筑立面上的广告牌、建筑首层原始结构、私搭乱盖、立交桥、树木等。升级后的数字化城市管理系统可以解决以前很难解决的问题，主要有以下几点：①当有未经审批擅自设立的广告牌，或未按审批规定的尺寸和内容的广告牌出现时，数字化城市管理平台的管理人员就能通过巡查员上报的实时照片，运用实景影像融合技术与历史影像进行对比和测量，在广告设立完成前及时发现问题，予以处置;②当有商家在居民楼首层为经营方便而私自扩大窗户尺寸、将窗户扩大成门、甚至在承重墙上开门时，这一技术同样能起到准确判断和及时纠正的作用;③其他部件的普查，如建筑顶部的坡屋顶、老虎窗及各种装饰构件，还有行道树、城市家具等。

3.2实时动态事件监管

城市管理中的动态管理和实时上报是快速处置，甚至是靠前防治的基础。当城市中出现生活垃圾堆存、餐厨垃圾外溢、工程渣土洒漏、违章建筑、植物病虫害等事件时，巡查车辆具有比巡查员行动更快、发现和核查问题范围更大的优势。通过移动测量、视频传输、实景融合等方法，不仅可以快速捕捉和记录目标点，为大数据提供基础，还能克服巡查员不能在同一时刻出现在多个地点，造成的随机性和滞后性问题，对城市管理工作进行实时动态的监督管理。

3.3监管车辆智能化调度

目前，城市管理监管和作业车辆包括环卫、园林、市政、交通、执法、电力(路灯)等，数量众多。如果这些车辆在城市中漫无目的地行驶，不仅可能把时间和燃油浪费在未发生问题的区域和线路上，而且可能无法及时出现在发生问题的点位上，同时也不可避免地出现交叉和盲区。通过车载GPS系统由数字化城市管理平台发布行驶最优路径，同时配合巡查员，对所有车辆进行智能化调度，就能够实现资源的高效合理利用。

4结语

卫星导航技术、传感器技术、数据通信技术以及遥感等新一代测绘技术的不断成熟和应用转化，能够为现有数字化城市管理平台的功能升级提供强有力的技术支持。这些技术的应用，必将为我国由数字城市向智慧城市建设打下坚实的基础。

主要参考文献

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[2]李德仁.不停歇的思索―――李德仁院士文集[M].武汉：武汉大学出版社，：478-483.

[3]王茂领.基于3S技术的新型数字城管的应用研究[D].鞍山：辽宁科技大学，.

[4]侯宇红.基于全景真三维斜射影像的数字城管应用研究[J].地理信息世界，2014，21(1)：106-110.

[5]朱庆.三维GIS及其在智慧城市中的应用[J].地球信息科学学报，2014，16(2)：151-157.

[6]温宗勇，杨伯钢.北京市房屋全生命周期管理平台建设与应用[J].测绘科学，2014，39(2)：48-51.

数字城市技术 第6篇

“数字化”, 在21世纪已经逐渐成为新的竞争制高点, “数字地球”、“数字城市”作为一种全球战略, 成为了现代社会追求的目标。城市规划管理已经成为数字城市技术应用最为成功和最活跃的领域之一。据建设部有关部门最新的一项调查显示, 在所调查的38个城市中, 有19个城市建设了设基于GIS技术的城市规划管理系统, 给城市规划管理工作带来不少的便利, 使建设项目的审批质量和效率得到更大的提高。但调查同时还显示, 这些系统同样都存在着空间数据信息获取与更新困难、数据严重老化现势性差的问题。本文将通过对城市规划管理GIS系统应用情况分析, 阐述建设配套的规划编制GIS系统是解决数据老化问题的方法, 并对规划编制GIS系统的数据标准, 总体结构、系统的功能定位、系统数据的应用作一探讨, 最后对规划编制系统的未来前景作些展望, 不妥之处敬请指正。

2 城市规划管理GIS系统的核心问题

城市规划管理GIS系统的核心是数据, 建设城市规划地理信息数据库是系统的核心问题, 其面临的挑战主要来自两个方面:一是信息的内容, 二是信息的质量及成本。信息的内容主要包括基础地形、遥感或航拍影像数据、各种规划成果数据;信息的质量主要包括信息的可靠性、现势性和完整性。随着经济建设速度的加快, 各地城市建设力度加大, 地理信息数据变化的速度也随之加快, 这导致了数据生产与更新的成本增加。目前, 我国许多城市投入大量人力、物力和财力进行数据库建设, 但仍然不同程度地存在着空间数据信息严重老化、现势性差的问题, 不能满足现代城市规划、建设和管理的需求, 更不能满足数字城市建设的需求。

3 建设城市规划编制GIS系统解决核心问题

我们认为开发并推行统一标准的城市规划编制GIS系统, 是从根本上解决数据瓶颈的最佳方法。城市规划编制GIS系统是应用CAD和GIS技术, 将规划编制过程中的规划设计、基础地形图借用、属性挂接、图形校核、汇总入SDE空间数据库等功能融为一体, 在日常设计工作中完成GIS数据库建设。查询统计功能可避免用地平衡表、指标统计表中错误的发生。规划师还可以利用GIS所具有强大的空间数据管理与分析功能开展更深层次的规划研究。

3.1 城市规划编制GIS系统的技术支撑

以GIS技术为基础的数字城市技术发展到今天已经较为成熟, 并且一直不断的正在开发和发展中。完全可以作为规划编制系统的技术支撑, 关键支撑技术包括: (1) 高速宽带网络支撑的计算机服务系统和网络交换系统; (2) 高性能的信息处理服务器、计算机及海量存贮设备; (3) CAD、地理信息技术 (GIS) 和遥感 (RS) ; (4) 统一、规范的城市规划数据标准。

3.2 编制统一、规范的城市规划地理信息系统数据标准

城市规划地理信息系统数据标准是建设城市规划管理信息系统和城市规划编制系统的基础, 如果基础打不牢, 系统的生命力将大打折扣。有的省市花了三年的时间来编制城市规划地理信息系统数据库标准, 其重要性可见一斑。数据标准应包含以下内容:涵盖总体规划、控制性详细规划、修建性详细规划等所有规划设计要素的制图标准, 以及规划各种成果数据的GIS分类编码、图层命名和属性数据结构标准等。据悉2008年1月新的城乡规划法颁布后, 建设部正在编制新的《城市用地分类与规划建设用地标准》和《城市规划数据标准》, 在没有标准规范时, 应根据地方实际情况制定内容全面, 科学合理, 可操作性强的数据标准, 充分考虑数据的兼容性、可塑性来制定, 以保证将来数据标准按国家标准修编后, 老数据和新数据实现完全的数据融合。可喜的是建设部正在新编的《城市用地分类与规划建设用地标准》和《城市规划数据标准》的讨论稿已经下发, 可共参考借鉴。

3.3 城市规划编制GIS系统总体结构

作为城市规划行业的GIS编制系统, 应能解决如下问题: (1) 、强制推行一套统一、规范的, 涵盖所有规划设计要素的城市规划制图标准, 保证每个设计者完成的规划成果整齐划一, 有效规范设计过程。彻底解决有标准却无法推行的问题; (2) 、实现基础地形图、影像图的分幅入库及按权限安全调用; (3) 、在规划设计过程中直接进行空间属性录入, 实现图形要素与空间属性挂接; (4) 、对规划成果进行数据校验, 确保规划成果数据符合数据标准的要求。在设计的过程中完成规划成果数据GIS建库与更新工作, 减轻工作量; (5) 、利用GIS的查询统计等功能, 设计过程中的统计计算费时费力, 数据指标计算不准确甚至自相矛盾的问题。

本文提出的系统总体结构是通过将CAD与GIS进行跨平台结合, 开发出新的规划编制系统。系统能将规划设计、标准贯彻、基础地形图借用、属性挂接、图形校核、汇总入库等功能融为一体, 使数据通存通取, 支持不同使用对象对数据的应用。系统中各模块的功能如下:

加载标准。系统应能完成总体规划、专项规划、分区规划、控详规划及修详规划等多种规划。用户可根据规划任务的不同加载不同的数据标准, 同时, 也相应地建立与此类规划任务匹配的设计环境, 如:生成相应的标准图层、打开空间属性数据库等。由于加载标准的不同, 其它功能模块的对象也有所不同。

基础地形图、路网图、影像图调用。基础地形图、路网图、影像图作为规划设计的背景图, 可经过分幅处理后按准确坐标录入到数据库中, 在库中以原来的数据格式保存。调用时能自动形成一张完整的城市地形图或影像图。

规划设计。继续在CAD平台上完成规划设计工作, 能够进行道路绘制、地块绘制、公共服务设施绘制及基础设施绘制。提供多种方便的绘制工具, 在设计时同时完成属性录入、挂接。完成的规划成果可以成为带有属性的GIS数据能够直接汇总入库。

查询统计。系统能针对不同的规划成果的结构属性进行查询统计, 生成自定义格式的报表, 当然还可以自动计算如现状一览表和用地平衡表等固定格式的报表, 查询统计也可用以检验数据的完整性和准确性。

数据校验。系统可以对设计成果的图形要素、属性数据进行校验, 以使成果数据达到规划地理信息系统数据标准的要求。

汇总入库。通过校验的数据经汇总后转换成GIS数据, 存入到地理信息数据库中。同一规划成果支持多次入库, 可覆盖以前的数据, 也可生成不同的版本一起保存, 选择调用。

规划成果调用。规划成果数据调用时再转换为CAD数据格式, 实现规划成果在CAD和GIS两个平台间无损无转换。解决城市规划管理GIS系统的数据获取与更新的瓶颈问题。还可通过GIS系统的空间数据管理与分析功能为规划的研究、分析起到辅助决策重要的作用。

4 结束语

建设数据库的普遍方式是:委托专门人员对已审批的CAD格式的规划成果进行GIS转换建库。在这一过程中, 虽然都采取了各种校核措施, 但数据的可靠性、现势性和完整性仍然无法保证。将数字城市技术与CAD现结合, 建设面向城市规划编制的GIS系统能很好地解决这一问题。随着信息技术的不断提高, 会不断有新的技术应用到城市规划编制GIS系统中, 如GPS和三维仿真等, 我们相信规划编制GIS系统将会为城市建设规划管理及数字城市建设发挥更大的作用。

摘要：本文通过对城市规划管理GIS系统应用情况分析, 阐述建设配套的规划编制GIS系统是解决数据老化问题的方法, 并重点介绍规划编制GIS系统的技术支撑、建设基础、总体结构、系统的功能定位。

数字城市技术 第7篇

一、从媒体产品设计制作入手,内容丰富

《数字媒体技术与应用》一书首先是从媒体产品的设计和制作入手,以数字图像产品、数字音频产品、数字视频产品、数字动画产品、数字游戏的设计开发、软件设计开发等产品的设计和制作为例,从内容上涵盖了数字媒体产品的各个领域,涉及媒体产品的设计思路、开发流程以及相关软件的使用技能,使读者对数字媒体产品的制作全过程一目了然。因此全书的理论十分全面,内容也非常丰富完善。

二、理论结合实例教学,通俗易懂

本书的实用性非常强,它将数字媒体产品设计与制作的相关理论和具体软件的操作过程结合在一起进行撰写,在结合实例讲解的基础上运用简洁明了、通俗易懂的语言深入浅出地介绍相关知识,使得读者学习起来十分省力,会少走很多弯路。例如全书根据数字音频、视频资源开发过程的实际需要,以Vegas Pro、Premiere Pro为例讲解视频、音频数字媒体产品的编辑、设计和制作过程中的要点、重点及核心难点;在进行图像技巧处理方面的论述时,以光影魔术手处理照片技巧为例,将光影魔术手技术的要点及操作可行性进行分析,对于提高读者实际操作的水平有重要帮助;在动画制作方面,作者以Flash作为动画编辑制作软件的代表进行范例论述;最后在数字游戏的设计开发方面,以通俗简单的语言介绍了游戏设计的整个流程以及常用开发工具的简单使用步骤。整体而言,全书的实例教学非常全面,操作性和实用性极强。

三、行文框架清晰,利于深入研究学习

思路明确、框架设计清晰是本书行文的另一大特色。全书总共由七个章节组成,分别为数字媒体技术概述、数字媒体图像技术与制作、数字音频技术与制作、数字视频技术与制作、数字动画技术与设计、数字游戏设计与开发、网络多媒体技术与设计。每一部分的论述都按照概念讲解、概念特征、产品分类、设计思路、设计流程、设计元素、开发工具、案例分析的顺序来展开,内容上层层递进,思路上环环相扣,全方位考虑到了读者接受新知识的顺序、速度和能力,采用循序渐进的方式方法来进行描述,十分利于数字媒体产品的研究者和学习者进行初步学习和深入探讨。这样的行文顺序和框架建构模式十分值得借鉴和学习,不仅要学习这种系统分析问题的能力,更要学习这种编排文章由浅入深的思维顺序。

四、可应用于数字媒体产品开发和学习,适用面广

《数字媒体技术与应用》还是一本适用面极其广泛的著作,这是因为它不仅涉及数字媒体相关专业的设计思维和产品制作,更对计算机领域有了相对深入的扩展。例如该书的第七章———网络多媒体技术与设计这一部分,便是基于因特网和万维网,对网页中的内容和格式化网页中的内容进行了描述。最后该书还论述了交互式主页的常见技术,其中对ASP、RIA、AJAX等技术的论述无论从深度还是广度而言,都进行了一定的拓展和延伸,因此,《数字媒体技术与应用》一书不但适合专业的开发人员、高校数字媒体专业的教学和研究,更适合各类数字媒体制作爱好者和数字媒体发烧友等。

总而言之,《数字媒体技术与应用》一书的内容十分丰富、实例教学生动形象、实用性和可操作性强、覆盖面十分广泛,目前已经被国内上百所高等院校的相关专业纳为教学的专用教材,深受广大一线数字媒体产品开发设计人员和数字媒体爱好者的好评。而随着人们的日常生活日益数字化、便捷化、信息化,数字媒体产品带来的便利也与日俱增,无论是教育、广告,还是出版、影视等方方面面都被数字媒体产品的技术所渗透,数字媒体和网络技术的融合与碰撞正在世界各地飞速成长,并不断推动着社会生活方式的变革,已经演变为信息社会中形式最新、覆盖面最广泛的信息载体。本书也因其综合特点成为兼具实用性和先驱性的典型著作,引领数字媒体发展的新时代。

数字城市技术 第8篇

一、教育体系现状与问题

(一) 教育体系的现状

数字城市技术是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础, 以宽带网络为纽带, 运用遥感、全球定位系统、仿真—虚拟等技术, 对城市进行多分辨率、多时空和多种类的三维描述, 即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。当前教育的不断发展, 促成了实践性教育体系的日臻完善, 国内外教育学者为此进行了大量的研究和实践, 总结出一系列优秀的思想观念和教学模式。德国著名教育学家赫尔巴特的教育性教学、启发性教学理论, 美国教育学家杜威的实用性教育思想, 德国两段式教育实习模式、法国的职业———自主化训练教育实习模式、我国教育学者姜大源、赵志群的对职业教育学习领域课程的全新认识等, 都在努力积极探索先进教育理念的根蒂。

教学体系是一个引导性的教育观点, 是一个宏观性的教学构架, 更是一个指导学生职业化生涯发展的重要领航灯。而校企合作则是提高教学质量、完善高职教育体系的必由之路。美国国家合作教育委员会对校企合作教育的解释是:“这是一种独特的教育形式, 它是将课堂学习与有计划有监督的工作经历结合起来, 它允许学生走出校门, 到现实世界中学习实际技能, 增强学生确定职业方向的信心。”

(二) 主要存在的问题

高等职业教育是我国高等教育的重要组成部分, 具有高等教育和职业教育的双重属性, 即“高等性”和“职业性”。《国家教育事业发展第十二个五年规划》明确指出, 高等职业教育重点培养产业转型升级和企业技术创新需要的发展型、复合型和创新型的技术技能人才。创新型的技术技能人才培养离不开科教结合, 高职院校在今后的办学过程中, 必须遵从高等教育规律和高职院校自身的办学实际, 正确处理好“高等性”和“职业性”的关系, 积极探索科教结合的有效路径。一方面加强校企对接的职业性和应用性, 另一方面也应提升校企合作的教学性和科研性。但现如今仍存在诸多问题, 如专业设置不合理、课程结构落后、教学实践设施落后等问题。

因此, 有效落实实践教学环节, 构建相对完整、科学、合理的数字城市技术专业实践教学体系是目前各相关高等院校值得研究的重要问题。本文针对数字城市技术专业实践教学现状, 结合该专业实践教学环节改革的体会, 提出了一套适合数字城市专业课题体系的实践教学新体系。

二、构建全新实践教学体系

(一) 以职业教育思想为导向性

首先是促进教育观念的更新。封闭式、传统式的教学仍是当前的主要授课方式, 仅仅囿于课堂教学的现状还普遍存在, 目前许多教师仍未能走出误区。在教学中, 要培养出具有独立工作能力和较强实践能力的学生, 教师就要转变传统观念, 在教学中大胆引入能适应当前教育形式的新的教学方法。“从做中学, 在学中做, 做中有学, 学中有乐”的全新观念会激发学生的学习兴趣, 挖掘学生的潜能, 增强学生的好学信心, 引导学生自主学习。 同时也促使教师更新观念、转变思维, 与学生和谐共进、 和谐教育, 正所谓教学相长。其次是有利于学生的职业化发展。形成职业化是一个长期的、复杂的、持续的过程, 但在新观念的不断碰撞和有效接触后, 学生能够从无知到有知, 从盲目到认识, 变被动到主动, 从而理性地、正确地规划适合于自己发展的职业生涯道路。再则是便于完善实践拓展课程的教学体系。有了适合的、全新的教育观念, 依托针对性的实践教学平台, 便于创造更多的实践拓展课程, 有利于实践拓展课程教学体系的构建形成。

(二) 以校企产学研联盟为突破口

以职业化为宗旨, 以就业力为导向, 以校企产学研联盟为突破口, 以工作任务为课程设计基础, 以真实项目情景和校企合作为载体, 优化高职类建筑装饰工程技术专业课程结构, 构建数字城市技术专业职业化课程教学体系。具体包括教学平台的搭建、实践教材的建设、实训课程的管理、职业能力的培养、同类院校与社会行业的比较研究等。以学生职业能力培养为根本, 以可利用的教学资源为支撑, 有效地搭建合理实用型的教学平台, 推动优质教学资源的共享共建, 全面提升高职高专数字城市技术专业的专业课程教学质量和人才培养质量。

(三) 以“我的数字E站”为切入点

校企产学研职教联盟的具体实施细则是建立数字城市技术专业合作项目教学体系的重中之重, 而“我的数字E站”是数字城市技术专业实践教学重要的切入点, 是数字城市技术专业实践项目教学体系的新模式。 它以企业对顶岗实习学生的综合素质评价数据为参考, 对高职院校培养专门的数字城市技术专业人才提供了可参照性的资料, 对指导职业教育机构进行合理的人才培养有一定参考价值和指导意义。对项目教学法在高职数字城市技术专业实际教学过程中的应用及其教学效果进行分析, 明确了高职院校教师在项目教学法中应扮演的角色定位, 设计出教师角色模型, 并对角色综合作用产生的扩散效应进行对比和分析。为进一步推进实践教学改革, 丰富实践教学理论, 为培养合格的职业技术人才提供新的思路。

三、结语

21世纪是信息经济时代, 更是知识文化时代, 当前经济实力的竞争更是教育文化的竞争。正所谓经济发展, 教育先行。从“教育是一个民族最根本的事业”, 到 “百年大计, 教育为本”, 再到“教育是民族振兴的基石”, 都可以看出, 坚持教育优先发展, 是党中央领导集体一以贯之、与时俱进的战略思路。2013年9月, 习近平总书记在联合国“教育第一”全球倡议行动一周年纪念活动上发表贺词, 指出教育是人类传承文明和知识、培养年青一代、创造美好生活的根本途径, 强调中国将坚定实施科教兴国战略, 始终把教育摆在优先发展的战略位置。因此, 我们有理由说科学教育的发展是提升一个民族、一个国家乃至一个世界强有力的价值体现。

摘要：百年大计, 教育为本;教育大计, 人才为本;人才大计, 职教为本;职教大计, 教师为本。在实践教育不断发展的背景下, 作为战斗在职业教育一线的教师, 不仅要有较强的专业知识和教育创新精神, 而且更应该有责任勇于担当实践教育的先行者和研究者。对数字城市技术专业课程体系做了重点阐释, 引发人们的思考。

关键词：数字城市技术,课程体系,新思路,职教联盟

参考文献

[1]姜大源.世界职业教育课程改革的基本走势及其启示:职业教育课程开发漫谈[J].中国职业技术教育, 2008 (27) :27-33.

数字城市技术 第9篇

题记

种种迹象表明,数字技术的不断更新将引发各个学科强大的变革浪潮,并推动建筑业向更高层级递进。数字技术、数字建筑、数字艺术、数字电视、数字电影(图1)似乎愈来愈多的行业需要重新命名,而这种现象并不是一种时尚的体现,而是数字技术所呈现的技术内涵,是时代跃迁的必然趋势。这种变迁亦无法用风格、主义或运动进行简单描述,而涉及到技术革新所引发的行业系统框架的颠覆与重建,标志着科学与技术的再度契合与升华。

“毕尔巴鄂现象”不仅仅是建筑师盖里复活了一座城市,同时亦为建筑学领域的剧变拉开了序幕。3D科幻巨片《阿凡达》的问世,卡麦隆成功地运用数字技术实现电影艺术的革命,为电影界竖起全新的标杆。在当代各种各样的建筑媒体中,自由形体作品几乎成等比数列增长,一些新名词不断涌现:参数化设计、脚本、数字模型、协同设计、集成信息模型、数控制造等不一而论。数字技术改变了传统的建筑表现方法与手段,改变了建筑师对空间与形态的认知,并实现了设计与制造的有效整合。设计思维的更新、方法与手段的改变、制造技术的革命、各学科之间的互动,无不与数字技术结下了不解之缘(图2~图4)。在此背景下,建筑学何去何从已是不争的事实,关键在于如何使数字技术在未来的建筑之路上日趋完善。

走向生命与数字时代

我们有理由相信,建筑学正步入生命与数字时代(图5),建筑设计技术已从手绘、计算机辅助设计迈进计算机参与设计的阶段。这一变化不仅是时代发展的必然,更是一个领域的革命。数字技术的介入使传统的建筑学发生了剧变。黑川纪章以东方文化的智慧提出了建筑从机械原理时代走向生命原理时代的哲语,其在《从机械时代走向生命时代》笔记中,将机械与生命体进行了类比,现在看来仍很有价值。他认为机械自身不会变化与成长,不能自发地产生复杂性行为:机械由部件组成,生命由细胞组成,两者之间根本的区别是确定性与不确定性的区分。突变是生命的原理,如蛹变为蝴蝶、卵变成鸟。他认为机械意欲排除异质,彻底清除杂质;而生命体中存在复杂、多余的空隙及场所,生物是与众多其他生命共生的,其活力正是通过与夹杂物、异质的共生而得以体现。黑川提出了生命时代的原理,然而未能有效地指出建筑设计走向生命时代的路径、方法与技术手段。

数字时代的来临使生命时代原理落地生根。建筑体现生命的内涵,数字设计使建筑师摆脱了枯燥、抽象的设计思维与手法,从而实现人类生存空间与大千世界的有机叠合。计算机可以借助编程、参数模型生成和遗传算法来构建数字模型,并产生类似生命体的建筑场所、形式与空间。

数字技术与数控制造技术的发展成功地解决了反映生命时代建筑的技术难题,使建筑拥有强大的生命力。

数控制造的潜力

数字技术正以其特有的技术内涵影响着建筑师的思维方式、设计过程,并随着数控制造技术的不断完善与普及改变着行业内部的操作方式。在某种意义上,建筑师、艺术家在数字媒介的催化下又以新的方式重新走到一起。数字技术所引发的建筑革新毫不逊色于文艺复兴运动、现代建筑运动对传统建筑学的冲击,数字建筑会成为当代文化的一个重要组成部分。建筑学的有机性不仅使建筑根植于自然环境中,服务于人类生活,其自身的设计与制造过程也将通过内部数据互换模型集成各专业设计的三维数字信息,并使用数控加工技术集成建造与控制,数字模型将取代传统图纸变成建筑制造的主要依据。随着建模软件的推陈出新,建筑师可以通过参数与曲面自由控制,设计出理想的数字模型与细部设计模型。数字化集成表达技术的发展有效地消除了建筑与工程之间的界线。

设计过程与制造过程的无缝对接,在时间、效率与精确度等方面极大地改善了传统制造业,同时数控制造亦可以回归传统建筑与城市的人文尺度,弘扬人与自然之间的融合。数控制造同样激发设计师无限的潜力,使许多历史上无法实现的优秀设计构思在制造上成为可能,建筑师可以运用变量、参数进行编程与设计,去探讨自然界的深层肌理与人类行为活动规律,生成理想的场所空间与形态,进而达到可实施性。

建筑教育的变迁

数字建筑教育在国外先锋派建筑学院已率先启动,如英国建筑联盟建筑学院(图6~图8)、美国哥伦比亚建筑、规划与保护研究院等,这些学院已将数字技术转变成数字设计生成,以解决设计中的复杂问题,亦有一些学院将传统设计与数字设计相结合,进而形成新的建筑表现方法。在中国,清华大学徐卫国教授亦在进行十分有效的数字建筑教学尝试。近几年在全国高等学校建筑学专业指导委员会中成立了数字教学分支机构,由REVIT公司负责培训高校青年教师与学生。

但从总体看,在世界范围内开设数字建筑教育的院校仍属凤毛麟角,尚未形成主流建筑设计文化,但可以断言的是数字建筑教育必将普及,并在整体教育进程中形成锐不可当的势头。在二十年前很难预测今天中国的城市会拥有如此多的汽车,也许不需要二十年时间,如果某校尚未建立数字化教育体系将变得不可思议。关键是如何将数字化教育变成一种设计生成文化,以便更好地促进建筑设计教学,启发学生通过建模、编程、参数化设计,解决由于以前手法与技术的落后想做却无法操作的问题。

在传统建筑教育体系评估过程中,一个核心检查点是建筑设计主干课程如何与相关课程有效地衔接,如设计课如何与建筑艺术、建筑结构、建筑物理、行为心理、城市设计等课程紧密联系。在大部分参加过评估的院校,这一方面均出现了或多或少的问题,一方面是课程体系构架松散,另一方面是课程师资之间缺少应有的沟通与交流,从而产生主干课程与相关课程以某种机械的方式设置,致使知识的衔接出现非连续现象。构建数字技术教学系统模型,不仅使教育模式呈现在数字模型中,而且各课程知识点亦可有效地组合,形成教学数字模块以供检测。在具体设计课教学中,学生通过参数模型生成可创造一系列复杂的建筑空间与形式,并对诸多建筑生成因素进行不断分析与求解。数字表达、数字设计以及数字建构将会通过模型有效地检测各配套专业的科学性与实用性,并从真正意义上实现跨学科联合设计。

结语

任何学科的发展均离不开时代的主旋律,非线性、复杂性科学的兴起使以近现代科学为背景的建筑学根基产生动摇,并使建筑设计主体的认知产生了质的变化。随着信息时代的来临人类对大自然的态度发生根本的变化,自由民主的进程使得各个领域的研究与实践均体现出人性的关怀,这是整体发展趋势。数字技术、网络世界彻底改变了设计技术、制造技术以及人类的联络方式,并为建筑师解决复杂问题提供了有效的方法与技术手段。设计领域必将走向生命与数字时代,建筑的集成设计与制造是行业的必然发展方向,建筑教育体系在时代的大趋势下必将面临重组,此时此地,谁领悟了这种趋向并付出行动且持之以恒,谁便是未来的领军者。

参考文献

[1]黑川纪章.黑川纪章城市设计的思想与手法.覃力等译.北京:中国建筑工业出版社,2004

[2]刘育东编.数码建筑.大连理工大学出版社,2002

[3]尼尔·林奇,徐卫国编.涌现─学生建筑设计作品.北京:中国建筑工业出版社,2006

[4]张弘.计算机集成建筑s信息系统(CIBIS)构想研究:[学位论文]:清华大学建筑学院,2006

数字城市技术 第10篇

关键词 数字水印技术 版权保护 内容认证

中图分类号：TP309 文献标识码：A

在计算机以及网络通信快速发展的新时代，数字媒体中的图像、视频、音频等功能优势凸显，随着而来的数字媒体的信息安全、知识保护与认证成为一个重要课题。因此，要在数字水印技术上进行全面运用，提升加密处理的有效方法，形成在网络环境下知识产权保护与认证来源的技术运用。

1水印技术

水印技术是一种传统加密方法的技术运用方式，是不被感知地在作品中嵌入信息的操作行为。数字水印技术具有相应的特点，其中，水印是一种不可感知的，与传统的条形码不相同，水印不会减损图像的整体美观度。同时，水印与其嵌入的作品形成密不可分的关系，在作品进行相应转换以及格式变换的情况下，也不会出现消除的现象。此外，水印技术的运用，可以为查询变换情况提供良好的帮助。从目前水印技术的运用来看，主要包括有鲁棒型水印、脆弱型水印、半脆弱性水印三种，这三种水印技术分别运用与数字图像的知识产权保护、内容图像完整性以及可信度的验证等。通过数字水印技术的运用，具有一定的保护优势。其中，水印技术不需要辅助的数据，对于处理旧文件过程中，没有多余的空间储存数据等。还能承载作品相同的变换，在作品进行转换的过程中，内容变化，水印也会发生变化。通过相应的对比，可以清晰的查看出水印的修改情况，掌握基本的内容，对于修改的痕迹有很明显的把握。从目前水印技术的应用来看，主要包括有精准认证、选择认证以及局域化认证与作品重建等方面的内容。

2精准认证的运用方法

精准认证主要运用在对作品是否有被改变的判断中，可以从两个方面进行技术运用。

2.1脆弱水印技术

从数字水印精准认证的技术分析来看，脆弱水印是指作品在发生任何形态的转换之后，形成一些不可测的标志，脆弱水印技术能从中检测到一个非常脆弱的水印。这样可以判断出是否有被改变的可能性。对于是否有修改能形成精准的判断。比如，通过使用图像的半色调进行信息隐藏，采用视频利用MPEG编码表示水印，这样，可以有效的检测到是否有被恶意修改的可能。

2.2嵌入签名技术

嵌入签名技术主要是通过对认证签名嵌入载体作品之中，可以减少一般认证签名信息丢失的风险性，在格式被转换的情况下也不会轻易的丢失信息。因此，通过嵌入签名认证技术，可以有效的确认与作品计算出的签名是否相同。在有效的避免嵌入水印的过程中对作品造成的改变，可以从认证与存放水印两个方面进行控制。为了更好的实现精准度，可以通过擦除水印来解决这些问题。

3选择认证技术的运用

选择认证技术是指在图像与音频的剪辑过程中，在少年比特的改变不会造成原作品发生改变的情况下，即使有出现相应的修改之后的比特现象，但在整个视觉与听觉中不会出现相应的改变。

3.1半脆弱水印技术

在半脆弱水印技术的运用中，主要是指能承受合理失真，但又不会被不合理失真损坏的水印。半脆弱水印能在一定程度的信号处理中，将正常的信号处理与恶意篡改的形成有效的区分，在篡改现象出现的同时，可以提供篡改的破坏量精准的位置，并帮助分析被篡改的相应类型，这样，能有效的保护好内容的真实性。主要是通过鲁棒性水印，从而使其在失真达到相应程度实效的情况下，获取半脆弱水印。

3.2嵌入式半脆弱签名技术

半脆弱水印如同它们的脆弱部分一样常常不能抵抗恶意修改，因为他们都屈从于拷贝攻击。如认证水印只嵌入到高频的DCT块的系数中，一个不合理的失真只改变了低频部分，而保持高频不变，水印自然也不会受到影响，这时系统就会错误地认为图像可以通过认证。在通过嵌入式半脆弱水印技术的运用，对块状内容中出现的被修改或者被转换的内容，可以形成水印技术的检测。这种技术具有相应的技术优势，能形成不同的水印表现，不同作品具有不同的表现，也不会引起相应的保真度的问题。

4局部认证技术的运用

局部认证作为一种基于水印的认证方法，能有效的辨别出做作品被修改的次数与相应的区域，还可以对剩余没有被修改的内容进行有效的证明。并通过对被修改内容的精准分析，可以对修改动机、失真的合理性以及相关嫌疑人进行有效的认证。可以从基于块的内容认证与基于样本的内容认证两个方面进行技术分析。其中，基于块的内容认证主要是对作品许多郴相交的时间与空间区域，进行相应的认证运用，这样，在作品被修改的过程中，就能掌握具体的被修改的区域的内容。基于样本的内容认证，主要是对块内容进行系统局域化的空间敏锐性分析，在块大小上进行相应的技术处理，减少块尺寸大小对安全问题的风险控制等。在局部认证技术应用中，对于相应的个人身份显示，比如身份证、护照、驾驶证等形成一定的局部认证，能有效的辨别出真假，并对作品形成局部的保护，形成一种无法仿制与复制的整体功能，从而有效的加强对作品真实性的保护力度。

5作品重建技术运用

通过水印可以判断一幅作品是否被修改，甚至判断出修改位置及修改方式， 同样， 我们可以通过水印将被修改的作品重建。重建有两种策略：精确重建和近似重建。其中，精确重建将作品恢复到初始的状态（即目标是重建作品的每个比特都和原作一致）。将作品简单地看做比特的集合，纠错编码（ECC）是作品传输中表示的一部分，一个作品中可以有许多不同的纠错编码，而且这些元数据可以用水印来表示。近似重建是一个和原作品有一定差别的作品，但和原作没有显著差别。 在技术重建的使用中，通过对作品重建技术的使用，能形成对作品整体功能的恢复，尤其是在被篡改的作品中，对于作品的失真性能构成很大的帮助，能有效的实现对作品的整体保护。并在重建的过程中，形成纠错编码的技术转换，在近似原作品的修复中，可以形成对目标控制的整体功能，从而为知识产权的保护提供良好的帮助。

6结语

数字水印技术与现代信息化发展有着很大的关联性，在图像处理以及内容认证方面有着很大的作用，尤其是在知识产权保护方面，通过数字水印技术与密码处理技术的有效结合，并采用智能开发技术，形成多种媒体类型的水印互操作的软件开发，能有效的对内容保护形成很大的效果，增强知识产权保护的整体力度。

参考文献

[1] 袁莉.数字水印的应用及攻击类型[J].长春师范学院学报，2005，11.

[2] 唐庆生，佘堃.基于离散小波变换的数字水印技术[J].成都信息工程学院学报，2005，01.

[3] 田震，陈高兴，李改肖，王斌.中国数字海图生产与版权保护[J].测绘科学，2005，04.

数字城市技术 第11篇

数字水印是近年来兴起的信息隐藏技术一个新的研究领域,作为在信息时代下进行数字产品版权保护的新技术,它可以确定版权所有者,识别购买者或者提供关于数字内容的其他附加信息,并将这些信息以人眼不可见的形式嵌入在多媒体信息中。在数字水印技术中,水印嵌入算法一直都是人们关注的焦点,而对不可见的鲁棒水印的研究,是目前研究中最常见的课题[1]。

水印算法主要分为空域和频域两大类。前者典型的算法如:Schyndel算法[2]和Patchwork算法[3],后者典型的算法有:NEC算法[4],基于向量量化技术的数字水印算法[5]等。频域比空域应用得更多更广,尤其是基于DCT变换的算法已经得到了广泛的应用,但最近基于小波变换的嵌入算法因其具有多重分辨率的特点,而日益变得流行起来。空域算法拥有较大的嵌入空间,但频域算法在嵌入水印的稳健性上比空域法要好。

数字水印算法待解决的问题主要是如何在载体信息上嵌入和提取数字水印信息,由于数字水印的嵌入与提取可看作是一个通信过程,因此可以从通信的角度考虑有关水印的问题。本文即基于数字调制技术提出一种数字水印算法。

本文利用数字调制技术原理,提出一种新颖的数字水印算法,分别在时域和频域范围内,验证了水印的嵌入算法,同时通过88的典型测试图像,对算法抗噪声、压缩、裁剪能力进行了测试,通过分析得出提出的算法具有较高的鲁棒性与很好的水印容量。

1数字调制技术基础及原理

1.1数字调制技术基础

数字调制技术主要包括:幅度调制、频率调制、键相调制等。调制技术虽多,它们都必须处理的一个问题就是如何表示数字信号1和0,即需要建立一种合适的编码规则。在传输基带数字信号时,有多种不同的编码方法,常见的有曼切斯特编码及其变形等。图1例举了未经编码的原基带信号(NRZ)及其曼切斯特编码。

基带信号可以将1、0直接用两种不同的电压来表示,然后送到线路上去传输,也可以将基带信号进行调制后形成宽带信号然后再进行传输。

1.2算法的基本原理

数字水印的嵌入和提取可以看作一次通信过程:水印即要传输的信号,水印的载体图像即传输信号的载体信号,水印的嵌入过程即信号的调制过程,水印的提取过程即信号的解调,水印1、0的表示方法即信号的编码。

利用数学变换,将1、0编码为函数y=f(x),如图2所示。其中f(x)为线性信号:y=slopex+intercept,slope为直线的斜率,intercept为直线的截距。

基于以上原理,提出不同的水印算法思想:将水印信息编码成不同的信号(线性、非线性),并调制到载体图像中,从而形成水印图像。

2数字调制水印算法

设载体为MN像素的图像,需嵌入的水印信息为L位。本文提出一种线性调制算法,即1、0表示的方式如图2所示。在时域和频域嵌入水印的具体过程如下。

2.1时域嵌入

以lena表示MN图像矩阵,information表示L位水印数组,形式化的算法表述如下:

Step 1 选取lena矩阵的L行嵌入L位数据;

Step 2 设置计数器i=1;

Step 3 如果information(i)=0,则取lena第i行前20位数据,分为两大组①、②。如图2所示,在①中嵌入信号0的上半部分,方法为:(1),①大组10个数据再分为5个小组,每小组2个数据,修改第2个数据使得它比第一个数据大kslope+interception,其中slope与interception为已知的预先设置的常数,k=1,2,,5;(2),在②组中嵌入信号0的下半部分,方法为:②大组10个数据也再分为5个小组,每小组2个数据,修改第2个数据使得它比第一个数据小kslope+interception,其中slope与interception为已知的预先设置的常数,k=1,2,,5;

Step 4 如果information(i)=1,则取lena第i行前20位数据,分为两大组①、②。如图2所示,在①中嵌入信号1的上半部分,方法为:①大组10个数据再分为5个小组,每小组2个数据,修改第2个数据使得它比第一个数据小kslope+interception,k=1,2,,5;在②组中嵌入信号1的下半部分,方法为:②大组10个数据也再分为5个小组,每小组2个数据修改第2个数据使得它比第一个数据大kslope+interception,k=1,2,,5;

Step 5i=i+1,如果i=L,则结束,否则转Step 3。

时域水印嵌入算法的Matlab核心代码如下:

2.2频域嵌入

频域嵌入算法如下:

Step 1lena分为88的块,对每一块进行DCT变换;

Step 2 选取lena矩阵的L块行(即8L行)嵌入L位数据;

Step 3 设置计数器i=1;

Step 4 如果information(i)=0,则取lena第i块行前20块数据,分为两大组①、②。如图2所示,在①中嵌入信号0的上半部分,方法为:①大组10个数据块再分为5个小组,每小组2个数据块,修改第2个数据块的DCT中频系数(比如:88块的第(3,1)数据)使得它比第一个数据块相应数据大kslope+interception,k=1,2,,5;在②组中嵌入信号0的下半部分,方法为:②大组10个数据块也再分为5个小组,每小组2个数据块,修改第2个数据块的DCT中频系数使得它比第一个数据块相应数据小kslope+interception,k=1,2,,5;

Step 5 如果information(i)=1,则取lena第i块行前20块数据,分为两大组①、②。如图2所示,在①中嵌入信号1的上半部分,方法为:①大组10个数据块再分为5个小组,每小组2个数据块,修改第2个数据块的DCT中频系数(比如:88块的第(3,1)数据)使得它比第一个数据块相应数据小kslope+interception,k=1,2,,5;在②组中嵌入信号1的下半部分,方法为:②大组10个数据块也再分为5个小组,每小组2个数据块,修改第2个数据块的DCT中频系数使得它比第一个数据块相应数据大kslope+interception,k=1,2,,5;

Step 6i=i+1,如果i=L,则转Step 7,否则转Step 4;

Step 7lena进行DCT反变换,算法结束。

频域水印嵌入算法的Matlab核心代码如下:

2.3提取算法

算法的提取过程是嵌入过程的逆过程。以时域为例,具体如下:

Step 1 若图像变型则变回MN大小;

Step 2 设置计数器i=1;

Step 3 扫描图像第i行(或频域中的块行),计算出相关参数值:直线的斜率slope,截距intercept,然后根据相关的参数值辨别出相应的水印(即信号的检测)。其中,斜率slope和截距intercept的值与1、0信号的对应关系是已经约定的(根据嵌入者的需求)。举例如下:若规定slope=0.5,intercept=5时,嵌入信号为0;slope=-0.5,intercept=-5时,嵌入信号为1。在某一行中,计算出斜率slope和截距intercept,如果slope=0.5,intercept=5,则检测出的水印信号为0;如果slope=-0.5,intercept=-5,则检测出的水印信号为1。水印提取后,设置information(i)为该位的水印信息;

Step 4i=i+1,如果i=L,则转Step 5,否则转Step 3;

Step 5 算法结束,information即为水印。

时域水印提取算法的Matlab核心代码如下:

3仿真结果

3.1水印嵌入与提取

以频域嵌入为例,给出算法的仿真结果。使用Matlab仿真,以lena.bmp(512512)为测试图片,嵌入的水印信息为3232的图像,如图3(a)所示。测试效果如图3(b),(c),(d)所示。

使用峰值信号比(PSNR)和标准化相关系数(NC)值来刻画水印嵌入效果[5],其定义如下:

${\rm P}S{\rm N}R=10\lg \frac{(2{}^L-1){}^2}{\frac{1}{{\rm M}{\rm N}}{\displaystyle \sum _{m=1}^{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{n=1}^{{\rm N}}(}}{\rm I}{}_{m,n}-{{\rm I}}^{\prime }{}_{m,n}){}^2}$

${\rm N}C=\frac{{\displaystyle \sum _{m,n}{\rm I}}{}_{m,n}{{\rm I}}^{\prime }{}_{m,n}}{\sqrt{{\displaystyle \sum _{m,n}{\rm I}}{}_{m,n}^2}\sqrt{{\displaystyle \sum _{m,n}{{\rm I}}^{\prime }}{}_{m,n}^2}}$

其中Im,n、I′m,n为原始图像和嵌入水印之后的图像,M、N为图像大小,L为图像的灰度级。

嵌入水印后,图3(b),(c)的PSNR值为39.0239dB,图3(a),(d)的NC值为1.0000,测试结果说明水印正确嵌入与提取。

3.2鲁棒性测试

实验结果表明,时域嵌入水印时,鲁棒性较差;但在频域中嵌入时,鲁棒性良好。下面展示在频域中嵌入水印时的鲁棒性测试结果。

3.2.1 噪声测试

对水印图像添加高斯噪声,然后提取水印。实验结果如图4所示,测试结果中NC值较大,说明水印对噪声抵抗能力较好。

3.2.2 JPEG压缩测试

JPEG压缩是图像处理中常用的操作,水印算法对JPEG压缩的抵抗能力非常重要。对水印图像进行JPEG压缩,然后提取水印。实验结果如图5所示,测试结果中NC值较大,说明水印对噪声抵抗能力较好。

3.2.3 剪切测试

对水印图像分别剪切1/4,1/2,然后提取水印,实验结果如图6所示,测试结果中NC值较大,说明水印对剪切具有较好的抵抗能力。

3.3测试结果分析

从以上实验结果可以看出,本文算法可以正确实现水印的嵌入与提取,在频域嵌入水印鲁棒性较高,能抵抗噪声、JPEG压缩和剪切等攻击。

1) 算法的可行性

图像的冗余信息很大,相邻像素之间差值很小,本文的算法就是利用了这种冗余嵌入了水印信息,因此该算法是可行的。

2) 嵌入的信息位数

在算法中,依据slope、intercept的值判断嵌入的0、1信号。实验的测试参数如下:slope=0.5、intercept=5,如图2左半部分所示。检测时统计slope与intercept的值,若slope∈[0,1],intercept∈[4.0,6.0],则嵌入信息为1,若slope∈[-1,0],intercept∈[-6.0,-4.0],则嵌入信息为0,否则检测出现问题。从上述过程可看出,slope、intercept取不同范围值可嵌入不同的信息位数,在实验中一组slope、intercept值只嵌入了1位信息,但嵌入2位甚至3位的信息是可行的,只需要将slope、intercept的值与00、01、10、11作一一映射即可,因此,嵌入的水印信息容量较大。

此外,实验仅在3232块的1个中频系数上嵌入水印,在2个或多个中频系数上嵌入水印以增加水印容量,也是可行的。

3) 算法鲁棒性

测试的结果显示:算法在频域的性能优于时域,在频域中嵌入水印具有更好的鲁棒性,这里鲁棒性还包括以下几个方面:

(1) slope、intercept的参数值对鲁棒性的是有影响的,大的参数值鲁棒性较好,但参数值越大,水印的不可见性越差,两者需要折中;

(2) 对嵌入的信息可以采用纠错码表示,这样可以增强算法的鲁棒性;

(3) DCT中频系数的确定,即在第几个频域数据上嵌入水印,测试中得出中低频效果较好。

4结语

本文基于数字调制技术提出了一种数字水印算法,并给出了一定的分析。实验结果表明,在频域中嵌入水印时,该算法性能较好,对各种攻击测试具有较好的抵抗性;同时,该算法具有较大的信息容量。因此,算法具有较好的实用价值。

算法采用线性嵌入水印信号,增强算法的鲁棒性与水印容量,slope、intercept取值关系到算法的可行性、鲁棒性、安全性与嵌入的信息位数等,有待于进一步作理论分析。

参考文献

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