基于遥感与地理信息系统一体化的应用研究

董杰王昊

摘要：叙述了遥感与地理信息系统一体化的意义，以及一体化集成的三个层次：数据一体化管理与共享、平台一体化分析和系统一体化开发，指出，遥感与地理信息系统一体化集成可以达到优势互补，提升地理信息系统软件的可操作性，提升空间和影像分析的工作效率，有效节约系统成本，提出，空间数据一体化管理与分析平台和应急救灾的遥感与地理信息系统一体化系统的构建方案，必将在城市管理方面发挥重要的作用。

关键字：城市建设；遥感；一体化；ENVI/IDL；ArcGIS

Abstract: This paper describes the significance of remote sensing and geographic information systems integration and integration of the integrated three levels: management and sharing of data integration, platform integration and system integration development, pointed out that the integration of remote sensing and geographic information systems integration can achieve complementary advantages, to enhance the operability of the geographic information system software, to enhance the work efficiency of the space and image analysis, and effectively save the cost of the system, and proposed management and analysis of spatial data integration platform and emergency relief, remote sensing and geographic information systems integration the construction scheme of the system, it is bound to play an important role in urban management.Key words: urban construction; remote sensing; integration; the ENVI / IDL; the ArcGIS

引言

遥感技术是利用地面物体波谱特性，通过扫描影像识别地面物体的物理属性，具有紫外、可见光、红外、远红外直至微波等遥感工作波段。对这些波段的数据信息，进行图像处理和信息提取，就会获取大量的专业信息，如，对水体、植被、水系、地质、灾害、土地利用、水土流失、海岸侵蚀等，用于对城市建设的资源环境进行规划管理的辅助决策。

地理信息系统是地图学与现代信息技术融合的1门信息技术，地理信息系统是城市建设信息采集、存储、管理、分析、表达的有力工具。城市建设信息量大且繁杂，既有实时数据，又有历史数据；既有环境数据，又有经济数据；既有矢量数据，又有栅格数据。这些数据中80%以上与空间位置相关。地理信息系统可有效地存储和管理这些庞杂的数据[1]。

城市建设中的遥感应用

城市遥感是现阶段遥感技术最具活力的领域之一，也是遥感最具有应用价值的领域之一。其主要表现在：a）城市空间基础数据的获取。采用高分辨率卫星遥感影像，获取信息量极其丰富的数字矢量线划数据、数字栅格数据、数字正射影像数据、数字高程模型，直接用作城市规划的背景图，在其上面叠加地形图、道路红线、地块分界线、重要设施和地名等，它与地形图相比不仅现势性好且更直观；b）城市规划动态监测。采用两期卫星影像，经过几何配准、叠加分析，找出变化目标，再将变化目标同城市总体规划进行比较，用规划管理信息系统提供的基础数据辅助检查，通过现场检查确定变化目标属性，实现城市建设现状的动态监测，为城市总体规划的实施提供保障；c）城市绿化覆盖率计算。采用遥感影像进行城市绿化覆盖率的计算，获取城区内绿化覆盖率、绿化面积和绿化类型分类等信息，建立城市绿化数据库。

由此可见，遥感技术是城市建设中获取信息的重要手段之一，可快速实现城市范围国土资源与生态环境的多层次、全方位综合调查，系统研究城市资源与环境的空间分布规律及其相互联系、相互制约的关系，按不同层次、不同内容编制系列基础图件，客观、真实、系统地反映城市的建设成就和存在问题，为制定城市国民经济和社会发展的中长期规划、国土资源和生态环境的综合整治规划以及城市经济可持续发展规划提供科学依据。

遥感与地理信息系统一体化集成技术

遥感是空间数据采集和分类的有效工具，地理信息系统是管理和分析空间数据的有效工具[2]。遥感影像已成为地理信息系统的主要信息源。作为地理信息系统的核心组成部分，遥感影像是提供及时信息的理想方式。在空间信息的许多行业，离开遥感影像，地理信息系统就是不完整的。另一方面，遥感获取丰富的、海量的空间数据有赖于地理信息系统的有效管理与共享，利用地理信息系统强大的空间分析功能提取更深层次的专题信息，全面提升影像的利用价值。

遥感与地理信息系统一体化集成

遥感影像类似于地理信息系统中的栅格数据，遥感和地理信息系统很容易在数据层次上实现集成[2]。地理信息系统软件没有提供完善的图像处理功能，遥感软件中也缺少空间分析及数据管理工具。遥感和地理信息系统平台一体化集成，可以由3个层次及途径实现。

数据一体化管理与共享

遥感影像和图像分析功能可以作为核心组成部分与地理信息系统实现一体化，首先解决的问题就是遥感与地理信息系统平台之间的数据互操作问题。数据互操作实现有2个途径，a）将遥感数据或者地理信息系统数据都以标准格式保存，2个平台都支持；b）遥感和地理信息系统平台直接支持对方数据格式。很明显后者比前者更加方便。

遥感数据主要格式为栅格，地理信息系统主要由矢量数据格式组成。栅格和矢量一体化管理，需要1种数据模型，同时储存栅格和矢量数据，支持分布式管理。

影像天然地具有企业级应用的潜力，因为它可以实现多个用户在同一幅图上同时进行操作。这对于大型企业级应用更加有利，其中，最主要的优势就是节省成本。我们可以分享同一影像资源，显著地减少成本。而影像由于自身的特点，具有很高的存储要求，尤其是高空间分辨率、多光谱影像。基于Web services的共享方式提供了1种合理的解决方式，它集中利用了计算机资源，可为若干个客户端提供影像共享服务。

平台一体化分析

在遥感软件中进行的图像处理工作流，与地理信息系统软件下的地理信息系统工作流实现无缝链接和交换。比如，在遥感软件中处理的数据通过菜单功能直接传送到地理信息系统软件中，无需中间的保存、打开等步骤；地理信息系统软件中分析的数据，直接导入遥感软件中，且保持同步显示；遥感软件中集成地理信息系统软件的部分组件功能。虽然在2个不同的软件平台下工作，操作感和处理效率类似在1个平台下作业。

系统一体化集成开发

大多数遥感和地理信息系统软件平台都提供了二次开发功能。在进行地理信息系统系统开发时，将专业的影像数据处理和分析工具集成到地理信息系统系统环境中，在同一系统中既能完成遥感数据的专业处理与分析，又能完成地理信息系统空间分析和发布共享等工作，形成1个遥感与地理信息系统一体化集成系统。要实现一体化集成系统，前提是遥感和地理信息系统软件平台提供的二次开发接口，都能通过程序开发语言调用，并整合在一起。

ENVI/IDL与Arc地理信息系统一体化集成方案

遥感与地理信息系统不仅从数据上，还会从整个软件构架体系上真正实现融合，从而达到优势互补，进一步提升地理信息系统软件的可操作性，提升空间和影像分析的工作效率，并有效节约系统成本。为了适应这种用户需求和技术发展趋势，更好地为用户提供服务，全球最大的地理信息系统技术提供商Esri公司与全球遥感领域的领导者美国ITT VIS公司，建立了全球战略合作伙伴关系，共同开发和建设遥感与地理信息系统一体化平台。

ENVI是采用IDL（交互式数据处理开发语言）开发的、功能强大的、完整的遥感图像处理软件。ArcGIS是全球使用最广的地理信息系统软件。ENVI/IDL与ArcGIS一体化集成解决方案，在真正意义上实现了遥感与地理信息系统一体化集成。

遥感与地理信息系统一体化在城市建设中的应用

遥感与地理信息系统一体化解决了数据、分析与共享三者之间的融合问题，形成完整的空间信息平台。下面介绍2种空间信息一体化平台的构建思路。

空间数据一体化管理与分析平台

平台结构见图1，主要包括3个组成部分：数据处理中心、数据储存和发布中心和数据分析和应用中心。3个部分都是通过广域网/局域网进行连接[6]。

图 1空间数据一体化管理与分析平台结构图

数据处理中心

数据处理中心依托ENVI遥感图像处理系统，快速对遥感数据进行预处理，完成影像的几何校正、融合、增强等处理流程。

数据储存与发布中心

数据储存与发布中心主要完成两部分工作：a）将数据处理中心处理好的遥感数据进行入库管理，并建立必要的元数据信息；b)将遥感数据发布与共享。

空间数据库模型采用Geodatabase，它是按一定的模型和规则组合起来的存储空间数据和属性数据的容器，实现了多源空间数据的集中和分布式管理。

遥感数据发布共享是基于ArcGIS Server平台构建。ArcGIS Server 是功能强大的基于服务器的 地理信息系统 产品，用于构建集中管理的、支持多用户的、具备高级地理信息系统功能的企业级地理信息系统应用与服务。它支持发布OGC标准服务，其中，针对栅格影像数据，可选择WCS服务。其最大的特点是可发布超过3个波段的多波段影像数据，并保持影像的光谱信息。

数据分析和应用中心

数据分析和应用中心是在遥感/地理信息系统软件的支持下，通过广域网或者局域网从数据储存与发布中心的空间数据库或者Web Services中获取影像数据，并结合城市建设应用模型，提取相应的专题信息。同时，将获得的专题信息应用于实际生产。

空间数据一体化管理与分析平台实现了统一采集并分发数据，各部门通过网络快速检索、浏览、下载数据，根据所在单位以及处理事务需要对数据进行分析。实现资源的统一调配和快速应用。

应急救灾遥感地理信息系统一体化系统

以水情灾害为例，应急救灾遥感地理信息系统一体化系统的结构见图2。分为4个组成部分：灾情遥感监测平台、数据库系统、遥感信息共享服务平台、平台应用门户[3]。

图2应急救灾遥感地理信息系统一体化系统结构图

灾情遥感监测平台

灾情遥感监测平台依托ENVI/IDL+ArcGIS Engine二次开发功能，构建包括基于遥感的水情监测、基于地理信息系统的损失评估系统和应急决策系统。实现灾害信息的收集、分析以及决策为一体的完整应急救灾信息平台。

ENVI是个非常开放的平台，提供丰富的影像处理函数供外部程序调用。同时，IDL具有很好的扩展性，能很方便地与其他开发环境（VB、VC、.NET、Java等）进行集成开发[4,5]。ArcGIS提供ArcObjects软件组件库，也提供了模块化、可伸缩、跨平台的通用API。

数据库系统

采用空间数据模型，储存遥感影像数据、基础地理数据和社会经济数据，供其他平台使用，是整个系统的“心脏”。

遥感信息共享服务平台

采用B/S平台，快速将数据库系统或者灾情遥感监测平台中的灾情信息发布到网上。实现快速共享机制。

平台应用门户

平台应用门户是以遥感信息共享服务平台为基础，根据权限和使用对象性质划分为决策领导、救灾人员和普通用户三类用户。用户通过客户端浏览器，如，IE快速浏览灾情信息。

结语

随着空间信息市场的快速发展，遥感与地理信息系统的结合日益紧密。遥感与地理信息系统的一体化集成逐渐成为1种趋势和发展潮流。ENVI/IDL与ArcGIS为遥感和地理信息系统的一体化集成提供了1个最佳的解决方案。基于这个解决方案，将遥感与地理信息系统紧密结合，达到优势互补，进一步提升地理信息系统软件的可操作性，提升空间和影像分析的工作效率，并有效节约系统成本。必将在水利行业中发挥重要的作用。

参考文献：

[1] 邬伦,刘瑜,张晶,等.地理信息系统原理、方法和应用[M].北京:科学出版社,2001.

[2] 彭望琭,遥感概论[M].北京:高等教育出版社,2002.

[3] 丁志雄.基于RS与地理信息系统的洪涝灾害损失评估技术方法研究[D].北京:中国水利水电科学研究院.

[4] ITT Visual Information Solutions.ENVI4.7_User_Guide [D].ITT Visual Information Solutions,2009.

[5] ITT Visual Information Solutions.ENVI Tutorials[D]. ITT Visual Information Solutions,2009.

[6]邓书斌,于强,康铭.遥感与地理信息系统一体化集成技术[J].遥感信息,2009(5):97-98.

第一作者简介：董杰，男，1976年生，山西太原人，1999年毕业于武汉测绘科技大学信息工程专业，工程师，主要研究方向是地理信息系统技术设计、开发和应用，遥感技术应用等。