GIS技術在遙感數(shù)據(jù)管理中的應用

鄭 磊，楊德紅，孫德亮

(1.重慶市勘測院，重慶400020;2.重慶師范大學 地理科學學院，重慶400047)

隨著遙感技術的不斷進步，遙感技術在國民經(jīng)濟的各相關行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是在農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、林業(yè)調(diào)查、土壤、水文、地質(zhì)分析、海洋環(huán)境監(jiān)測、城市土地利用、國土資源調(diào)查、多種自然災害監(jiān)測與評估等方面，更是發(fā)揮著不可替代的作用［1－4］，其中作為遙感技術應用基礎的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的質(zhì)量的好壞將很大程度上影響遙感技術應用的效果，因此，在遙感技術應用的過程中，選取合適、高質(zhì)量的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)就顯得十分重要?；谝陨闲枨?，設計開發(fā)了遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理查詢系統(tǒng)V2008，探討了以arcengine［5－6］與arcgis server［7］為基礎的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理，以期為地理信息數(shù)據(jù)的檔案信息管理提供技術支持。

1 技術背景

1.1 數(shù)據(jù)檔案管理中存在的問題

衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站長期以來接收大量的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)在接收以后，僅僅存儲于計算機硬盤中，這給用戶使用這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)帶來了不便。在實際應用過程中，對遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的查找很繁瑣。要利用獲取數(shù)據(jù)的時間給相應的文件夾命名，數(shù)據(jù)分布在數(shù)據(jù)服務器不同的硬盤分區(qū)上。用戶在查找數(shù)據(jù)時，僅根據(jù)時間(文件夾的名稱)打開相應文件，然后再判斷是否是需要的數(shù)據(jù)，這就要求數(shù)據(jù)使用者對計算機硬盤的命名規(guī)則有一定的了解。如果使用計算機操作系統(tǒng)自帶的搜索功能，則面臨2方面的問題:一是搜索的針對性不強(不能針對遙感數(shù)據(jù)的相關信息進行搜索，只能通過文件夾或文件的名字來進行搜索);二是搜索速度極慢，這是由于操作系統(tǒng)自帶的搜索是采用遍歷計算機硬盤所有文件，然后再逐一判斷的方式搜索，大大降低了搜索的速度。另外，如果數(shù)據(jù)僅僅是存儲在數(shù)據(jù)服務器上，除服務器管理員之外的其它普通數(shù)據(jù)用戶要使用這些數(shù)據(jù)就非常不方便。加之地面接收站每天都有大量的數(shù)據(jù)接收，使得這一弊端顯得越來越突出。

1.2 數(shù)據(jù)相關信息的存儲

根據(jù)項目的實際需求，項目所處理的對象是遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，所有的功能都是圍繞遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行。在數(shù)據(jù)服務器上，所有遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的信息都是以文本文件的形式存放在服務的硬盤分區(qū)之上，如圖1所示。在同一文件夾下，有3個名字相同(擴展名不同)的文件，分別是記錄數(shù)據(jù)信息的文本文件(如圖2所示)、數(shù)據(jù)的預覽圖片和衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)文件(.down)和相關信息均是由接收系統(tǒng)自動生成，并且每個“.down”文件小則幾百兆，大至上千兆，因此，在開發(fā)本系統(tǒng)中，客觀要求不能移動這些數(shù)據(jù)，要保證數(shù)據(jù)在硬盤上的物理位置不發(fā)生任何改變。

1.3 解決方案

系統(tǒng)設計不能改變遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)服務器上的物理存儲位置。在這種情況下，就只能建立一個數(shù)據(jù)的索引，記錄相應數(shù)據(jù)的物理存儲位置。建立索引的依據(jù)就是描述每幅衛(wèi)星數(shù)據(jù)的文本文件。每個文本文件中的內(nèi)容格式都相同，這為采用批處理方式讀取文本信息提供了可能。在文本文件中包括原文件名、新文件名、生成時間、文件大小等20余項信息，對于這些信息的具體含義在此不做解釋。文本信息中還包括了描述該幅衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間范圍的坐標信息——4個點的坐標(數(shù)據(jù)經(jīng)過剪切后，均是四邊形的圖幅范圍)。數(shù)據(jù)的空間范圍也是數(shù)據(jù)查詢的重要依據(jù)，因此系統(tǒng)對遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息采用以下方式存儲:

1)所有數(shù)據(jù)信息建立一個“索引文件”，因其具有空間信息，所以采用能記錄空間信息的文件格式，系統(tǒng)中采用的是Shapefile［8］文件。

2)一幅衛(wèi)星數(shù)據(jù)的信息對應Shapefile文件中的一條記錄。

3)Shapefile文件的屬性表記錄的是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的各項信息，其字段包括原文件名、新文件名、生成時間、文件大小等(不包括4個點的坐標信息)。

4)根據(jù)每幅衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間范圍(4個點的坐標)生成一多邊形，記錄在Shapefile文件中(Shapefile文件的“Shape”字段設計為“Polygon”)。

5)每條記錄的“新文件名”是其唯一標識，不允許同一幅衛(wèi)星數(shù)據(jù)的信息記錄多次。

系統(tǒng)之所以采用Shapefile文件存儲這些信息，而不采用數(shù)據(jù)庫如Sql Server來存儲，主要有以下一些原因:

1)Shpefile文件可以記錄信息的空間信息，而一般數(shù)據(jù)庫不能很好的存儲，空間數(shù)據(jù)庫如ArcSDE等雖然能存儲海量空間信息，但空間數(shù)據(jù)庫需要支付費用，而且本系統(tǒng)中所涉及到的空間數(shù)據(jù)也不大，采用空間數(shù)據(jù)庫就顯得浪費。

2)系統(tǒng)采用ArcEngine和Arcgis Server分別進行C/S和B/S程序的開發(fā)。要把兩者很好地結合起來，除了空間數(shù)據(jù)庫ArcSDE外，Shapefile文件是最好的選擇。采用ArcEngine開發(fā)的桌面程序可以直接對Shapefile文件進行操作，而采用Arcgis Server開發(fā)的Web服務器可以直接訪問Shapefile文件發(fā)布的服務

3)本系統(tǒng)查詢部分涉及到大量的空間分析功能，如直接使用一般數(shù)據(jù)庫存儲，則需要開發(fā)者自己編寫大量的算法，這將大大擴大系統(tǒng)開發(fā)的成本和時間，編寫出來算法也不一定理想。而采用Shapefile文件進行存儲后，可以大量使用ArcEngine和Arcgis Server提供的空間分析［9］算法，這將大大節(jié)約開發(fā)成本和時間。

2 系統(tǒng)功能

遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理查詢系統(tǒng)的建立是為了解決衛(wèi)星數(shù)據(jù)雜亂無章的存儲和數(shù)據(jù)用戶對精確數(shù)據(jù)需求之間的矛盾。從系統(tǒng)的框架圖(圖3)中可以清晰地看到，系統(tǒng)包含的2個子系統(tǒng)各自包含了若干功能。2個子系統(tǒng)是通過Shpefile文件聯(lián)系在一起的［10］。下面對關鍵的功能進行詳細的說明。

圖3 系統(tǒng)功能

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎。通過該功能模塊，管理員可以方便地把服務器上的文本文檔(記錄遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的相關信息)讀取并添至Shpefile文件中。該模塊提供2種方式的采集:詳細采集、批量采集。數(shù)據(jù)采集功能都是在服務器端桌面程序上實現(xiàn)。

1)詳細采集。該功能是通過打開記錄遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的文本文件，并將這些信息讀取到系統(tǒng)中，管理員可以詳細地查看該條數(shù)據(jù)記錄的信息，也可以修改某項信息。選擇保存后，系統(tǒng)依據(jù)數(shù)據(jù)的空間信息(4個點經(jīng)緯度從標)生成對應的多邊形，并記錄在shpaefile中。

2)批量采集。詳細采集雖可以將衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息添加至Shpefile文件，但這種方式只適合少量的信息逐記錄的添加。當在數(shù)據(jù)服務器上有大量的數(shù)據(jù)時，如果只采用這種方法，顯然不能滿足需求，因此需要批量采集這種方式將大量的數(shù)據(jù)記錄添加到Shpefile文件。該方式是由用戶指定一個路徑，然后系統(tǒng)把該路徑下的所有遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息逐一掃描出來，并將其添加。該方法模擬殺毒軟件的方式，采用遞歸掃描的方法，逐一掃描指定路徑下的每一個文件，這是系統(tǒng)在添加數(shù)據(jù)，尤其是首次添加數(shù)據(jù)時主要采用的方法。應用此方法，操作員只需要選擇幾個簡單的選項，系統(tǒng)就能自動的進行工作，具有較高的智能性。

2.2 數(shù)據(jù)查詢

該模塊是系統(tǒng)的核心模塊。系統(tǒng)設計的目標就是要實現(xiàn)高效快速的查詢遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中2個子系統(tǒng)(桌面端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡查詢子系統(tǒng))都提供了查詢的功能。它們在很大程度上相似，只是一個是面向服務器管理員，一個是面向普通的數(shù)據(jù)用戶。2個子系統(tǒng)都提供了多種種方式的查詢:點選、線選、框選、高級查詢SQL等。

點選、線選、框選都是面向運用比較初級的用戶，這類用戶關心更多的是地理空間的相互關系。這幾個選擇功能有助于快速地選擇到所需要的數(shù)據(jù)。

高級SQL查詢功能是面向應用層次較高的用戶，只能通過空間關系查詢不能滿足其需求，需要在查詢時指定更多的條件。此功能提供用戶構造SQL語句，同附加空間地理位置關系(可以是用戶指定，也可是行政區(qū)域)。

2.3 數(shù)據(jù)檢測

在實際應用過程中，接受系統(tǒng)會產(chǎn)生一些誤差，造成很多對用戶無用的數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)經(jīng)緯度明顯不合理的情況。這些數(shù)據(jù)，只通過文本文件的方法幾乎是沒辦法處理的。通過該系統(tǒng)，操作員只需要指定閾值，系統(tǒng)就會檢測出所有不符合要求的數(shù)據(jù)，并提供后續(xù)處理功能。

2.4 系統(tǒng)附加的其他功能

除了以上3個特色的功能外，系統(tǒng)還附帶了許多小的特色功能:對鷹眼改進，增加鷹眼的自動縮放功能;專題圖的制作;統(tǒng)計圖的制作;部分數(shù)據(jù)的顯示;屬性表的查看和導出;查詢結果的定位和下載等等。

3 結束語

目前，該系統(tǒng)版本升級至v2008，在用戶界面上做了很大的修改，但其核心思想還是沒有改變。該系統(tǒng)已應用在重慶市地理信息系統(tǒng)重點實驗室MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收中心，系統(tǒng)穩(wěn)定，方便適用，為各數(shù)據(jù)用戶提供數(shù)據(jù)的查詢下載等服務，效果明顯，達到了預期的效果。但系統(tǒng)還存在一些需要繼續(xù)改進的地方:①功能的局限性。系統(tǒng)目前所提供的有關數(shù)據(jù)操作的功能僅僅局限在添加查詢上，對遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的修改功能上稍顯薄弱。②目前所有數(shù)據(jù)信息都記錄在同一Shapefile文件中，當數(shù)據(jù)量非常大時，會對查詢等操作的效率產(chǎn)生一定的影響，解決的辦法是分時間段，如每年的數(shù)據(jù)記錄在同一Shapefile文件里。

［1］ 丁愛華，魯明星，呂冰.基于遙感技術的采煤塌陷區(qū)時空演變研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38(7):3723－3725.

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［3］ 雷明良，王丹.遙感手段獲取海洋表層流場的計算方法［J］.四川兵工學報，2009，30(12):86－88.

［4］ 陳文鋒，戴宏民，周均.地理信息系統(tǒng)技術在環(huán)境科學中的應用［J］.重慶工商大學學報:自然科學版，2009，26(1):31－34.

［5］ 蔣波濤.ArcObjects開發(fā)基礎與技巧［M］.湖北:武漢大學出版社，2006.

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［8］ESRI Inc.ArcGIS9-Building a Geodatabase［Z］.Redland，CA:［s.n.］，2004.

［9］ESRI Inc.ArcGIS9-Using_ArcGIS_Spatial_Analyst［Z］.Redland，CA:［s.n.］，2004.

［10］胡澤明，岳春生，王志剛.嵌入式GIS系統(tǒng)實時響應的軟件方法實現(xiàn)［J］.測繪科學，2007(1):98－99.