黎治華

摘要：地理信息系統(tǒng)可以從遙感圖像中提煉符合實(shí)際工作需求和要求的相關(guān)數(shù)據(jù)，之后再通過(guò)遙感技術(shù)再次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位的分析以及研究，從而便捷日常的操作行為。在實(shí)際城市測(cè)繪工作中要充分的發(fā)揮遙感圖像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更加精準(zhǔn)性的了解測(cè)繪的具體情況和城市規(guī)劃的相關(guān)信息，為后續(xù)城市建設(shè)工作提供重要的材料基礎(chǔ)。本文對(duì)基于多光譜遙感數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：多光譜遙感數(shù)據(jù);地理信息系統(tǒng);研究

引言

遙感圖像是利用無(wú)接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)技術(shù)記錄各種地物電磁波大小的圖像，有航空?qǐng)D像和衛(wèi)星圖像兩種。采用多光譜遙感技術(shù)可提升數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率、改善圖像配準(zhǔn)精度、提高圖像處理速率。把多光譜遙感技術(shù)應(yīng)用在地理信息系統(tǒng)上，對(duì)其數(shù)據(jù)采集、加工處理、綜合分析及輔助決策提供了極大的支持，提高地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用效率、擴(kuò)大信息使用范圍、增強(qiáng)資源利用率。

1多光譜生態(tài)遙感觀測(cè)目標(biāo)的波段

1.1論述

自然生態(tài)資源的高精度定量監(jiān)測(cè)與演化分析是國(guó)家自然資源統(tǒng)一管理的重要科學(xué)基礎(chǔ)，可為區(qū)域生態(tài)紅線劃定和資源環(huán)境承載能力研究提供有效支撐，而發(fā)展銜接天地觀測(cè)的機(jī)載多光譜成像科學(xué)系統(tǒng)是有效解決途徑。目前，自然資源研究逐漸由宏觀轉(zhuǎn)向中微觀，自然資源調(diào)查要素的數(shù)量也在不斷攀升，針對(duì)特定目標(biāo)生態(tài)參量的精確觀測(cè)，發(fā)展可定制波段、可靈活組配波段的多光譜成像設(shè)備，是一種可行且有效的方案。多光譜生態(tài)遙感的目的是構(gòu)建特征波段和生態(tài)參量之間的精確映射關(guān)系，并基于此揭示遙感觀測(cè)目標(biāo)的生態(tài)指標(biāo)與光譜之間的交互機(jī)理。選擇針對(duì)觀測(cè)目標(biāo)的特定波段配組方案，是在進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)與反演前需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。波段配組是指面向特定的多光譜遙感生態(tài)觀測(cè)任務(wù)預(yù)先組配好適用的多光譜波段參量，建立不同觀測(cè)目標(biāo)和觀測(cè)設(shè)備光學(xué)參數(shù)之間的特定關(guān)聯(lián)。生態(tài)遙感觀測(cè)目標(biāo)的光譜信息是由各個(gè)波長(zhǎng)的連續(xù)數(shù)據(jù)組成，波段選擇的目的是從高維的光譜數(shù)據(jù)中選擇一小部分波段，在保留地物重要光譜信息的同時(shí)，消除光譜的冗余。波段選擇的常用方法有基于排序的方法、基于降維的方法、基于聚類的方法以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法等，這些方法主要是從高維的光譜數(shù)據(jù)中提取高信息量的波段，但只對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并未考慮到與生態(tài)參量之間的關(guān)系。針對(duì)生態(tài)遙感，分析生態(tài)參量和光譜之間的相關(guān)性，提取高相關(guān)性的波段也是非常重要的波段選擇方法。因此，面向特定的生態(tài)觀測(cè)目標(biāo)，需要綜合考慮高信息量波段及其與生態(tài)參量之間的關(guān)系提出一套混合的波段選擇方法。

1.2結(jié)論

為揭示遙感觀測(cè)目標(biāo)的生態(tài)指標(biāo)與光譜之間的交互機(jī)理，建立不同觀測(cè)目標(biāo)和觀測(cè)設(shè)備光學(xué)參數(shù)之間的特定關(guān)聯(lián)，需要針對(duì)特定觀測(cè)目標(biāo)選擇特定的波段配組方案。本研究提出一種面向多光譜生態(tài)遙感觀測(cè)目標(biāo)的波段配組方法，該方法包括波段提取和帶寬分析。通過(guò)綜合考慮高信息量波段和與生態(tài)參量之間的關(guān)系，提出一種混合的波段提取方法。為確定各波段的最佳帶寬范圍，提出一種綜合考慮最大最小帶寬的帶寬分析方法。以水質(zhì)遙感為例，通過(guò)信息熵分析、因子分析、相關(guān)性分析，提取針對(duì)化學(xué)需氧量和氨氮的配組波段，基于平均百分比誤差和儀器輻射分辨率的約束，確定了配組波段的帶寬允許范圍。

2多光譜遙感圖像的火點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)

在遙感圖像的分析與應(yīng)用中，輻射定標(biāo)是基礎(chǔ)。GF-4是我國(guó)發(fā)射的第一顆地球靜止軌道高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，軌道距地36000km，可以長(zhǎng)期駐留在固定區(qū)域上空，對(duì)中國(guó)及周邊地區(qū)進(jìn)行接近實(shí)時(shí)的高頻次重復(fù)觀測(cè)和多熱點(diǎn)地區(qū)快速巡查。GF-4是當(dāng)時(shí)世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道遙感衛(wèi)星，也是“國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)”中唯一的一顆高軌遙感衛(wèi)星。同時(shí)，該衛(wèi)星還是目前我國(guó)時(shí)間分辨率最高、設(shè)計(jì)使用壽命最長(zhǎng)的遙感衛(wèi)星。GF-4采用了我國(guó)首個(gè)高軌遙感衛(wèi)星平臺(tái)和首個(gè)高軌高分辨率對(duì)地觀測(cè)光學(xué)遙感相機(jī)，可見(jiàn)光近紅外譜段分辨率為50m，中波紅外譜段分辨率為400m，觀測(cè)幅寬大于400km，該相機(jī)的成像方式有3種：區(qū)域成像、凝視成像和巡查成像。與此同時(shí)，GF-4有能力長(zhǎng)期駐留于固定區(qū)域。目前，GF-4具有普查、凝視、區(qū)域和機(jī)動(dòng)巡查4種工作模式，衛(wèi)星數(shù)據(jù)可滿足水體、林地及森林火點(diǎn)等識(shí)別與變化信息提取對(duì)遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量的需求，對(duì)減災(zāi)、氣象、地震、林業(yè)及環(huán)保等提供有力支撐。目前為止，GF-4已經(jīng)在軌運(yùn)行5年。隨著在軌運(yùn)行時(shí)間的推移和空間環(huán)境的變化，衛(wèi)星上的光學(xué)元件逐漸老化，譜段的輻射特性發(fā)生變化，發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)的結(jié)果不能反映此時(shí)GF-4光學(xué)器件的輻射特性。此外，定標(biāo)黑體光路結(jié)構(gòu)的差異、性能穩(wěn)定性的降低以及缺少性能變化監(jiān)測(cè)手段等，星上定標(biāo)結(jié)果精度受限和時(shí)間有效性縮短，導(dǎo)致輻射性能發(fā)生變化。通過(guò)交叉校準(zhǔn)，可以隨時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，以減少誤差對(duì)校準(zhǔn)的影響。目前，全球在軌輻射定標(biāo)主要有3種方法：星上定標(biāo)、現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)和交叉定標(biāo)。大多根據(jù)場(chǎng)地定標(biāo)法的結(jié)果，來(lái)得到場(chǎng)地輻射定標(biāo)系數(shù)。但由于很多因素均會(huì)影響場(chǎng)地定標(biāo)結(jié)果，在定標(biāo)過(guò)程中可能會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間和精力，通常，場(chǎng)地定標(biāo)實(shí)驗(yàn)在國(guó)外每年僅進(jìn)行2次，而在國(guó)內(nèi)僅進(jìn)行1次。由于場(chǎng)地定標(biāo)的次數(shù)有限，無(wú)法動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)傳感器的輻射性能變化。交叉定標(biāo)是利用高輻射精度的衛(wèi)星對(duì)輻射精度較低的衛(wèi)星進(jìn)行校準(zhǔn)，從而可以有效檢查與驗(yàn)證傳感器穩(wěn)定性和測(cè)量精度。

3地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1高效存儲(chǔ)大量地理信息數(shù)據(jù)

隨著科技的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，特別是硬盤(pán)價(jià)格的降低，使數(shù)據(jù)儲(chǔ)存成本有所下降。未來(lái)大數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存更便捷，也存儲(chǔ)量不斷加大，這說(shuō)明我國(guó)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。但隨著客觀世界的不斷發(fā)展與變化，地理信息系統(tǒng)需在多方面進(jìn)行應(yīng)用，包含實(shí)時(shí)導(dǎo)航、決策等，這能有效提升數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率。如果此方面能力得不到提升，勢(shì)必會(huì)影響到地理信息系統(tǒng)的整體性能，進(jìn)而使其作用得不到發(fā)揮。因此，大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，地理信息系統(tǒng)在未來(lái)不斷發(fā)展過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)具備高效地存儲(chǔ)能力。

3.2支持多種數(shù)據(jù)類型

由于地理信息數(shù)據(jù)來(lái)源較豐富，種類繁多，對(duì)部分較少的數(shù)據(jù)或其他領(lǐng)域所應(yīng)用的數(shù)據(jù)而言，在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范。通常而言，數(shù)據(jù)規(guī)范化的模式主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及其人工整理，以保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。在不斷發(fā)展中，如果數(shù)據(jù)類型多樣，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)展中的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存在不符，對(duì)地理信息系統(tǒng)造成不利影響，想要有效處理這一現(xiàn)狀，就需采用原始非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，或結(jié)合新系統(tǒng)的特殊性，對(duì)不同數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行儲(chǔ)存，這就要求數(shù)據(jù)庫(kù)需要對(duì)多種類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式予以支持。

3.3即時(shí)數(shù)據(jù)資料

大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，我國(guó)逐步提升了地理信息的應(yīng)用，將具體信息與大數(shù)據(jù)整合，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集信息的有效利用，使工作人員能夠及時(shí)掌握相關(guān)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的有效分析。通過(guò)科學(xué)應(yīng)用地理信息，捕捉我國(guó)地理學(xué)方面的大數(shù)據(jù)，特別是自然資源的開(kāi)發(fā)與利用，需要實(shí)時(shí)更新地理數(shù)據(jù)信息，將人與實(shí)際數(shù)據(jù)相聯(lián)系，進(jìn)而科學(xué)作出規(guī)劃。對(duì)于特定地理信息數(shù)據(jù)，包含人與人的關(guān)系，需要適當(dāng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合區(qū)域情況，制定完善的規(guī)劃方案;確保信息數(shù)據(jù)的有效分析，從而科學(xué)作出規(guī)劃，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)內(nèi)容的優(yōu)化，進(jìn)而使空間數(shù)據(jù)得到有效利用，在城市規(guī)劃過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，對(duì)城市結(jié)構(gòu)產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用?；谛畔?shù)據(jù)下，提升數(shù)據(jù)的精確性，使地理信息系統(tǒng)在規(guī)劃應(yīng)用中更合理，進(jìn)而促進(jìn)地理信息的進(jìn)一步發(fā)展。

3.4數(shù)據(jù)顯示應(yīng)用

在地理信息系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，要做好數(shù)據(jù)顯示功能的有效完善以及整合，從而便捷日常的工作行為。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作中，要將一些抽象性的數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位的整合，滿足不同的工作需求和工作要求，形成立體化的數(shù)字地圖。在數(shù)據(jù)處理工作中，系統(tǒng)會(huì)首先將數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分類，之后再通過(guò)模型的構(gòu)建將抽象性的數(shù)據(jù)變得更加具體，之后，測(cè)繪人員可以根據(jù)自己的工作需求和工作能力在紙質(zhì)上繪制地圖模型，也可以在計(jì)算機(jī)中自動(dòng)化的繪制地圖模型，要具體問(wèn)題具體分析。在實(shí)際數(shù)據(jù)分析工作中，還可以融入有關(guān)人口和交通方面的信息使得地理信息系統(tǒng)最終的分析結(jié)果能夠具備完善性和精準(zhǔn)性的特征。不僅有助于提升測(cè)繪的效果以及水平，還有助于為后續(xù)數(shù)據(jù)分析工作提供諸多的便捷，實(shí)現(xiàn)城市社會(huì)工作的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新。

4基于多光譜遙感數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)研究

4.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理可通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎ArcSDE和數(shù)據(jù)庫(kù)SQLServer完成，且提供相同的數(shù)據(jù)接口供客戶訪問(wèn)。開(kāi)發(fā)環(huán)境以Visual Basic為主，MapObjects為輔，二次開(kāi)發(fā)相應(yīng)客戶的編程思想，從而實(shí)現(xiàn)客戶端的重要用途。應(yīng)用IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)的客戶端對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的申請(qǐng)和顯示。Web服務(wù)器和ArcIMS服務(wù)器共同組成應(yīng)用服務(wù)器，可以很好對(duì)申請(qǐng)進(jìn)行處理，及時(shí)回應(yīng)并運(yùn)行服務(wù)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅可以規(guī)范化管理相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以促進(jìn)每個(gè)子應(yīng)用系統(tǒng)的模塊式開(kāi)發(fā)。

4.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

該地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)分為空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣可以很好適應(yīng)系統(tǒng)信息的多元性和繁瑣性。分別通過(guò)ArcSDE接口和ADO接口來(lái)訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。首先把多光譜遙感圖像從Google-Earth中提取出來(lái)，再通過(guò)Photoshop軟件進(jìn)行調(diào)整、修正、拼接處理后導(dǎo)進(jìn)ArcMap軟件中，配準(zhǔn)遙感圖像的控制點(diǎn)選擇GPS定位儀收集到的地標(biāo)性建筑物的地理坐標(biāo)信息，文件存儲(chǔ)格式采用TIF格式。然后把地標(biāo)建筑設(shè)計(jì)圖的相關(guān)信息數(shù)字化成圖層后存儲(chǔ)為Shape文件格式，再與遙感圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，使所有圖層與遙感圖像重疊再發(fā)布。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建需要應(yīng)用SQL-Server軟件，按照地理信息系統(tǒng)分層規(guī)劃收集地標(biāo)建筑的基本信息?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的連接可使用關(guān)鍵字段完成。

結(jié)束語(yǔ)

地理信息系統(tǒng)技術(shù)在我國(guó)已得到廣泛應(yīng)用，在國(guó)民建設(shè)中已發(fā)揮了積極重要的作用。研究的基于多光譜遙感數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的拓展和提升，具備較高的信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)精度和匹配精度，能夠有效提升信息系統(tǒng)的資源利用率。不過(guò)對(duì)于多光譜遙感數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)在資源分享與互操作方面的應(yīng)用，有待于進(jìn)一步更深入的研究。

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