GIS技術在遙感數據管理中的應用

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，遙感技術在國民經濟的各相關行業發揮著越來越重要的作用，特別是在農業估產、林業調查、土壤、水文、地質分析、海洋環境監測、城市土地利用、國土資源調查、多種自然災害監測與評估等方面，更是發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星數據的質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、高質量的遙感衛星數據就顯得十分重要。基于以上需求，設計開發了遙感衛星數據管理查詢系統V2008，探討了以arcengine［5－6］與arcgis server［7］為基礎的遙感衛星數據管理，以期為地理信息數據的檔案信息管理提供技術支持。

1 技術背景

1.1 數據檔案管理中存在的問題

衛星數據接收站長期以來接收大量的衛星數據，但這些數據在接收以后，僅僅存儲于計算機硬盤中，這給用戶使用這些衛星數據帶來了不便。在實際應用過程中，對遙感衛星數據的查找很繁瑣。要利用獲取數據的時間給相應的文件夾命名，數據分布在數據服務器不同的硬盤分區上。用戶在查找數據時，僅根據時間(文件夾的名稱)打開相應文件，然后再判斷是否是需要的數據，這就要求數據使用者對計算機硬盤的命名規則有一定的了解。如果使用計算機操作系統自帶的搜索功能，則面臨2方面的問題:一是搜索的針對性不強(不能針對遙感數據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，如果數據僅僅是存儲在數據服務器上，除服務器管理員之外的其它普通數據用戶要使用這些數據就非常不方便。加之地面接收站每天都有大量的數據接收，使得這一弊端顯得越來越突出。

1.2 數據相關信息的存儲

根據項目的實際需求，項目所處理的對象是遙感衛星數據，所有的功能都是圍繞遙感衛星數據進行。在數據服務器上，所有遙感衛星數據的信息都是以文本文件的形式存放在服務的硬盤分區之上，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，分別是記錄數據信息的文本文件(如圖2所示)、數據的預覽圖片和衛星數據。

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

1.3 解決方案

系統設計不能改變遙感衛星數據在數據服務器上的物理存儲位置。在這種情況下，就只能建立一個數據的索引，記錄相應數據的物理存儲位置。建立索引的依據就是描述每幅衛星數據的文本文件。每個文本文件中的內容格式都相同，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星數據空間范圍的坐標信息——4個點的坐標(數據經過剪切后，均是四邊形的圖幅范圍)。數據的空間范圍也是數據查詢的重要依據，因此系統對遙感衛星數據信息采用以下方式存儲:

1)所有數據信息建立一個“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，系統中采用的是Shapefile［8］文件。

2)一幅衛星數據的信息對應Shapefile文件中的一條記錄。

3)Shapefile文件的屬性表記錄的是衛星數據的各項信息，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)根據每幅衛星數據的空間范圍(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，不允許同一幅衛星數據的信息記錄多次。

系統之所以采用Shapefile文件存儲這些信息，而不采用數據庫如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，而一般數據庫不能很好的存儲，空間數據庫如ArcSDE等雖然能存儲海量空間信息，但空間數據庫需要支付費用，而且本系統中所涉及到的空間數據也不大，采用空間數據庫就顯得浪費。

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

3)本系統查詢部分涉及到大量的空間分析功能，如直接使用一般數據庫存儲，則需要開發者自己編寫大量的算法，這將大大擴大系統開發的成本和時間，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，這將大大節約開發成本和時間。

2 系統功能

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

圖3 系統功能

2.1 數據采集

數據采集為系統提供數據基礎。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(記錄遙感衛星數據的相關信息)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。數據采集功能都是在服務器端桌面程序上實現。

1)詳細采集。該功能是通過打開記錄遙感衛星數據信息的文本文件，并將這些信息讀取到系統中，管理員可以詳細地查看該條數據記錄的信息，也可以修改某項信息。選擇保存后，系統依據數據的空間信息(4個點經緯度從標)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星數據信息添加至Shpefile文件，但這種方式只適合少量的信息逐記錄的添加。當在數據服務器上有大量的數據時，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據記錄添加到Shpefile文件。該方式是由用戶指定一個路徑，然后系統把該路徑下的所有遙感衛星數據信息逐一掃描出來，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，這是系統在添加數據，尤其是首次添加數據時主要采用的方法。應用此方法，操作員只需要選擇幾個簡單的選項，系統就能自動的進行工作，具有較高的智能性。

2.2 數據查詢

該模塊是系統的核心模塊。系統設計的目標就是要實現高效快速的查詢遙感衛星數據。在該系統中2個子系統(桌面端子系統、網絡查詢子系統)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據用戶。2個子系統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據。

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，也可是行政區域)。

2.3 數據檢測

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

2.4 系統附加的其他功能

除了以上3個特色的功能外，系統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;統計圖的制作;部分數據的顯示;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。該系統已應用在重慶市地理信息系統重點實驗室MODIS衛星數據接收中心，系統穩定，方便適用，為各數據用戶提供數據的查詢下載等服務，效果明顯，達到了預期的效果。但系統還存在一些需要繼續改進的地方:①功能的局限性。系統目前所提供的有關數據操作的功能僅僅局限在添加查詢上，對遙感衛星數據信息的修改功能上稍顯薄弱。②目前所有數據信息都記錄在同一Shapefile文件中，當數據量非常大時，會對查詢等操作的效率產生一定的影響，解決的辦法是分時間段，如每年的數據記錄在同一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時空演變研究［J］.安徽農業科學，2010，38(7):3723－3725.

［2］ 戴文遠.基于GIS的現代地圖學實習教改與創新［J］.重慶師范大學學報:自然科學版，2009，26(1):111－114.

［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.地理信息系統技術在環境科學中的應用［J］.重慶工商大學學報:自然科學版，2009，26(1):31－34.

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

［6］ 朱凌.ArcGIS9的特點及其ArcObjects Controls版的使用體會［M］.北京測繪，2004(1):16－18.

［7］ 馬林兵，張新長.WEB GIS原理與方法教程［M］.北京:科學出版社，2006.9.

［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系統實時響應的軟件方法實現［J］.測繪科學，2007(1):98－99.