杭州市1∶2 000正射影像數據入庫若干問題初探

張長榮

數字正射影像圖(Digital Orthophoto Map,縮寫 DOM)是數字測繪產品(4D產品)的重要組成部分。它是利用數字高程模型(DEM)對經掃描處理的數字化航空相片,逐像元進行投影差改正、鑲嵌,按基本比例尺地形圖圖幅范圍剪裁生成的數字正射影像數據集;它是同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像,具有精度高、信息豐富、直觀真實、周期短、見效快、成本低等優點。近年來,正射影像數據的應用范圍和應用層次不斷發展,已逐步在國土、交通、電力、城管等領域拓展。為了對影像數據進行有效的應用、管理和分發,各城市都在建立自己的正射影像數據庫,以空間數據庫的形式管理影像數據已成為業界的共識。本文結合杭州市的實際情況,對正射影像數據入庫的若干技術問題進行探討。

1 ArcSDE影像數據存儲

杭州市基礎空間數據建設與管理采用的基礎平臺是ArcGIS,為了平臺的統一,影像數據存儲選用ArcSDE是合適的。ArcSDE管理影像方式有連續的柵格數據集(RasterDataset)和柵格目錄(RasterCatalog)兩種。柵格數據集是所有影像拼接成一個柵格,存儲在數據庫中,柵格目錄是每個影像存儲成一個柵格數據集,是表的一條記錄,數據庫表可以有多行記錄。柵格目錄具有以下優點：每個柵格都是獨立的,利于更新和數據庫維護;可查詢訪問單個數據集,可以根據用戶定義的屬性在表中加入用戶定義字段,每個柵格數據集可以用不同的顯示選項。DOM正射影像數據的存儲和管理方式采用RasterCatalog,DEM柵格數據的存儲和管理采用RasterDataset方式。

2 影像壓縮與影像金字塔

影像數據在入庫時,要選擇合適的壓縮方式,DOM選用JEPG2000壓縮方式,DEM采用LZ77。影像建庫時要創建影像金字塔,以提高服務器和客戶端之間數據的優化顯示性能,金字塔就是采取逐層降低分辨率的方法表達數據集。在金字塔中,選取當前需要的分辨率的數據,可以加速圖像數據的顯示。目前有三種方法構建金字塔：相鄰采樣法、雙線性采樣法、立方采樣法。本次影像數據庫的建立是采用相鄰采樣法建立金字塔。金字塔的建立可在服務器端,也可在客戶端完成。在ArcSDE中建立RasterCatalog數據集：采樣間隔：0.2 m;像素類型：8位無符號整型;金字塔級別：5;重采樣類型：Nearest Neighbor;壓縮方式：JEPG2000無損壓縮,其他選擇默認設置。

3 影像數據屬性結構

DOM影像數據應建立相應的元數據,包括圖號、圖名、攝影時間等,如表1所示。

表1 DOM影像數據屬性結構

4 影像數據庫建立

影像數據庫采用客戶/服務器(C/S)體系結構。客戶端基于ArcObjects或ArcEngine對象模型和 Visual C#開發,服務器端采用WINDOWS 2003 SERVER操作系統及ORACLE 9I數據庫和ArcSDE。圖1是影像數據庫邏輯結構圖。

5 影像數據的時態管理

采用兩種方式實現影像數據的時態管理：1)ArcSDE的版本管理方式。ArcSDE中有一個缺省版本“Default”,該版本是作為所有版本的父版本,影像數據的管理與運行過程中,可以按不同的時間段建立版本,影像導入、導出時,可以指定版本;2)采用“歷史庫”的方式。建立“歷史庫”,DOM影像數據入庫時建立相應的元數據庫,以特定字段記錄影像的狀態,以區分是作為當前數據還是作為歷史數據。元數據中設計“狀態”(Status)字段,該字段記錄了該幅DOM的現勢狀態,“0”表示最新。該幅影像更新時,新入庫的影像的狀態值設為“0”,數據庫中的已有影像的狀態值遞增“1”,成為“n”,代表第“n”次更新前的影像。

6 影像數據入庫軟件開發

6.1 基礎平臺

操作系統：Windows XP。

GIS 平臺 ：ArcEngine。

6.2 開發工具

MicroSoft Visual Studio 2005,C#。

6.3 軟件功能

影像數據入庫及管理應有以下基本功能：1)影像數據輸入。提供交互方式單幅影像入庫和交互方式批量影像入庫兩種方式;2)影像數據顯示和瀏覽。a.按比例尺顯示影像。b.按坐標范圍顯示。c.按區域顯示。d.導航窗口：導航窗口顯示影像范圍的略圖,導航窗口和地圖主窗口實現互動。e.視圖放大、縮小、漫游等功能;3)影像查詢分析;4)影像數據輸出。分為按地理范圍輸出、按圖幅號輸出兩種方式,用戶可以根據需要選擇。

6.4 關鍵接口

影像數據入庫工具開發涉及三個核心接口組件：1)Raster-Dataset格式影像數據導入：IRasterLoader。該接口是ArcObjects組件庫的一個接口,屬于“ESRI.ArcGIS.DataSourcesRaster”命名空間(NameSpace),可以借用該接口以特定方式將分幅的DEM導入到柵格數據集,支持單幅與批量輸入;2)RasterCatalog格式影像數據導入：IRasterCatalogLoader。該接口屬于“ESRI.ArcGIS.DataSourcesRaster”命名空間(NameSpace),可以利用該接口實現單幅數字正射影像或衛星影像的導入,支持單幅和批量方式;3)影像數據導出：IRasterExporter。該接口屬于“ESRI.ArcGIS.Carto”命名空間(NameSpace),可以利用該接口實現影像數據的導出。

[1]陳文通.大比例尺彩色數字正射影像地圖制作及建庫技術初探[J].城市勘測,2005(4)：11-14.

[2]王玲蘭.數字正射影像圖建庫的思考[J].山西建筑,2004,30(1)：135-136.