遙感與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合探討

孫玉娥 李宏賓

（1.鄭州市市政工程總公司 河南 鄭州 450000；2.鄭州市市政工程勘測設(shè)計研究院 河南 鄭州 450000）

1 遙感與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合是技術(shù)必需

遙感技術(shù)是一種快速進行大區(qū)域空間數(shù)據(jù)采集和分類的有效手段，從遙感圖像中可以快速準(zhǔn)確地提取地面目標(biāo)的空間和屬性信息。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)所獲得的信息越來越豐富。而GIS則是管理和分析空間數(shù)據(jù)的有力工具。兩者操作對象都是空間實體，相互之間聯(lián)系支持，互聯(lián)補充，兩者的結(jié)合也是技術(shù)上的必需。

1.1 遙感是GIS重要的數(shù)據(jù)源，有效的數(shù)據(jù)更新手段。GIS之所以有效，是因為它的數(shù)據(jù)是新鮮的、有效的。遙感手段能夠迅速有效、準(zhǔn)確、綜合性地、大范圍地采集環(huán)境和資料數(shù)據(jù)，同時，遙感數(shù)據(jù)具有多光譜和動態(tài)多時相的特點，它為GIS數(shù)據(jù)更新提供了全方位的手段和動態(tài)數(shù)據(jù)源。

1.2 GIS為遙感分析提供有用的輔助信息和良好的技術(shù)環(huán)境。利用GIS空間數(shù)據(jù)幫助處理遙感圖像，可以有效地改善遙感分析，提高遙感數(shù)據(jù)的分類精度。在利用遙感數(shù)據(jù)識別地物目標(biāo)時，主要通過其光譜特性來間接反映出各種地物的差異。這樣，常常發(fā)生“同物異譜”和“異物同譜”的現(xiàn)象，影響了分類的精度。而GIS存儲的空間數(shù)據(jù)如高程、坡度、坡向、土壤、植被、土地利用等信息對遙感數(shù)據(jù)分類的影響很大，是遙感分類經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)。例如，森林覆蓋的分類受高程和坡度的影響大，同樣是森林，高度不同，生長的樹種不同，陽坡、陰坡也不同，這種關(guān)系僅用遙感資料是不能解決的，必須把高程和坡向的數(shù)據(jù)在地理位置上和遙感圖像中的像元一一對應(yīng)起來綜合分析。這樣就可以解決由于光譜類似而造成的類別混淆，改善分類效果。也就是說，現(xiàn)有的基于光譜特征的多波段分類技術(shù)，僅利用了遙感數(shù)據(jù)所提供的最直接的信息，而未顧及到目標(biāo)的空間分布及相互聯(lián)系，而GIS空間數(shù)據(jù)部分地隱含了這種空間關(guān)系，所以可在圖像分類中作為遙感數(shù)據(jù)處理的輔助信息源，以提高遙感圖像分類的精確性和可靠性。由于分類可信度的提高，又推動了GIS中數(shù)據(jù)快速更新的實現(xiàn)。GIS中確定的實體位置以及DEM可以顯著提高遙感的定位精度及分析精度，從而提高整個遙感的應(yīng)用水平。

另外，RS與GIS的結(jié)合可以進一步加強GIS的空間分析功能。一方面現(xiàn)代遙感技術(shù)的多平臺、多波段、多時相、周期性的實時采集可以獲取直觀的地表景觀信息，不僅真實的反映了區(qū)域的地理環(huán)境信息，而且能動態(tài)的反映社會經(jīng)濟環(huán)境情況。另一方面，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感信息自動識別水平的大大提高，為利用遙感信息進行空間分析提供了先進的手段，也保證了GIS的空間分析的現(xiàn)實性。因此，可以利用信息符合技術(shù)，與GIS中的空間信息和屬性信息結(jié)合起來進行空間分析，可以獲得更可靠、更廣泛的分析結(jié)果。

2 遙感與GIS結(jié)合的途徑

遙感與GIS結(jié)合的途徑有三種：

2.1 矢柵一體的GIS：它能夠融入遙感圖像的柵格數(shù)據(jù)，這相應(yīng)要求GIS能夠進行圖像處理，增強分類；進行圖像的目視和矢量化；矢、柵共存，時時處處準(zhǔn)確疊合。

2.2 通過國際標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)交換格式作中間媒介，相互轉(zhuǎn)換，這方面的統(tǒng)一目前尚有一些困難。

2.3 通過GIS與遙感系統(tǒng)間建立接口，實現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)傳送。

3 遙感與GIS的結(jié)合方式

遙感與GIS的結(jié)合方式通常有三種

3.1 分開但平行的結(jié)合。各系統(tǒng)有不同的用戶界面、不同的工具庫和不同的數(shù)據(jù)庫。RS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為格柵數(shù)據(jù)，其幾何定位信息為其行、列數(shù)，而其屬性信息為其灰度值，GIS多為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)矢-柵轉(zhuǎn)換，因此，RS與GIS之間的結(jié)合實質(zhì)上只是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳輸和配標(biāo)。為了便于管理，在具體的實施中有兩種結(jié)構(gòu)，一種是GIS作為RS的一個子系統(tǒng)，另一種是RS為GIS的一個子系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)更易實現(xiàn)。因為在GIS中增強柵格數(shù)據(jù)處理功能比在RS中增加矢量數(shù)據(jù)處理、分析及數(shù)據(jù)庫管理功能更容易一些，邏輯上也更為合理。

3.2 為表面無縫的結(jié)合。這種結(jié)合方式的系統(tǒng)有統(tǒng)一的用戶界面、不同的工具庫和不同的數(shù)據(jù)庫。這種結(jié)合的軟件系統(tǒng)比較多。

以上兩種方式的結(jié)合都需要建立一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換格式作為RS與GIS之間、各種GIS之間、GIS與電子地圖之間的數(shù)據(jù)交換格式和標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 為整體的結(jié)合。這種結(jié)合方式的系統(tǒng)有同一個用戶界面、工具庫和數(shù)據(jù)庫。即將RS與GIS真正的集成起來，形成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)均為一體化的系統(tǒng)。這是RS和GIS結(jié)合的理想方式。

4 RS用于GIS空間數(shù)據(jù)的更新

GIS的生命力將最終取決于其空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，且這一問題隨著GIS技術(shù)的成熟而顯得更加突出。遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要信息源和數(shù)據(jù)更新手段。可以從遙感圖像中快速而準(zhǔn)確可靠地提取地面目標(biāo)的空間和屬性信息。我國衛(wèi)星遙感地面站的實際工作經(jīng)驗證明，大約每1～2年TM影像可覆蓋我國國土一次，其數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性比常規(guī)的地圖資料要好。因此，利用遙感圖像實施GIS空間數(shù)據(jù)庫的更新具有重要意義和價值。

4.1 利用遙感圖像處理技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新的方法步驟

（1）根據(jù)地物的反射或輻射特性，選擇相應(yīng)的多波段、多時相遙感影像。航空攝影像片影像分辨率高，幾何精度好，仍是更新1：5000、1：1 萬、1：2.5 萬、1：5 萬、1：10 萬比例尺地圖的主要資料。 隨著航天遙感技術(shù)的發(fā)展，航天遙感圖像的分辨率、幾何精度、光譜分辨率的提高，航空遙感圖像不僅可以用于1：5萬比例尺地圖的更新，還可以用于1：1萬、1：2.5萬比例尺地圖的更新。用衛(wèi)星影像獲取地面要素的矢量信息，可選用美國陸地衛(wèi)星的TM多光譜圖像或法國的SPOT衛(wèi)星圖像。SPOT衛(wèi)星圖像的產(chǎn)品有全色、多光譜和立體圖像三種。針對不同物體的光譜特性，即物體不同，其吸收、反射核輻射電磁波的性能各不相同，當(dāng)同時使用幾個不同的光波段獲取影像時，不同物體就在不同光波段的圖像上被突出的表現(xiàn)出來，根據(jù)地物要素的光譜特性和利用衛(wèi)星的光譜段，可以直接在衛(wèi)星圖像上判讀各種地物要素。

（2）對圖像進行預(yù)處理：目的是根據(jù)資料及所需要的專題信息設(shè)法提高遙感圖像的可分性。其技術(shù)方法有：反差增強、邊界增強、均衡化、比值組合處理（產(chǎn)生比值影像、差值影像）、色度空間轉(zhuǎn)換等。通過圖像與處理，便于提取其中一些可分性高的波段和目標(biāo)。

（3）自動識別分類，是對預(yù)處理后圖像進行模糊分類、領(lǐng)域分類和紋理分類。然后選擇分類結(jié)果最好的一種。

（4）進行幾何精校正處理。是為了與地圖數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，取得投影方式一致、比例尺一致，便于入庫存儲而進行的，也就是用傳統(tǒng)的圖像同名控制點相對應(yīng)的方法來實現(xiàn)的。

（5）矢量化處理。為了更新GIS的矢量數(shù)據(jù)庫，需要將遙感圖像與GIS空間數(shù)據(jù)相對應(yīng)的圖形加以透明方式疊加，發(fā)現(xiàn)和確定需要更新的內(nèi)容。然后將柵格數(shù)據(jù)進行矢量化處理。

（6）入庫前的預(yù)處理。如：處理數(shù)據(jù)，更新區(qū)域新、舊數(shù)據(jù)間的關(guān)系，建立拓撲關(guān)系等。

最后，數(shù)據(jù)就可以按GIS指定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入庫了。

4.2 由遙感影像支持的GIS數(shù)據(jù)庫更新的兩種途徑

（1）對GIS總體數(shù)據(jù)庫的直接更新。這里存在訪問權(quán)限問題，只能有高級用戶或系統(tǒng)管理員負責(zé)實施。對一種地物要素的數(shù)據(jù)進行變化處理，需要同時與之相聯(lián)系的所有地物數(shù)據(jù)及相關(guān)關(guān)系。

（2）處理結(jié)果的獨立存儲。從遙感影像上提取的有關(guān)地物的信息，采取與總體數(shù)據(jù)庫相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加以存儲，作為一種新的數(shù)據(jù)輔助GIS數(shù)據(jù)庫的建立、維護與更新。

5 RS與GIS結(jié)合的前景

地理環(huán)境信息是人類生存、生產(chǎn)、生活、發(fā)展的基礎(chǔ)信息，由于遙感手段發(fā)展變化日新月異，分辨率、清晰度越來越高，多光譜、多時相以及全天候的圖像也得到全面應(yīng)用，采用遙感和GIS結(jié)合的方式，動態(tài)更新基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品地圖的工程研究正在實施之中，可以預(yù)見，其前途是輝煌的。兩者的結(jié)合，也將是兩者使用水平上產(chǎn)生重大飛躍。