基于ArcGIS Engine的專題圖自動化制作法研究

鄭力 吳曉洋 胡健

摘 要： 在遙感領(lǐng)域，離不開專題圖的制作，遙感影像產(chǎn)品往往不能夠直接查看以獲取有用的數(shù)據(jù)信息，遙感專業(yè)人士會通過ENVI或ArcGIS等專業(yè)軟件進(jìn)行制圖，而非專業(yè)人士就需要經(jīng)過培訓(xùn)才會使用這些軟件。針對這個問題，在ArcGIS Engine二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，研究了專題圖的自動化制作法，通過專題圖自動化制作法，幫助非遙感專業(yè)人士可以快速的實(shí)現(xiàn)專題圖的制作，滿足其對遙感產(chǎn)品的需求。

關(guān)鍵詞： ArcGIS Engine； 遙感； 專題圖； 自動化制作法

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）09-39-03

Study on automatic production method of thematic map based on ArcGIS engine

Zheng Li， Wu Xiaoyang， Hu Jian

（School of Computer and Information Engineering Henan University， Kaifeng， Henan 475000， China）

Abstract： In the field of remote sensing application， thematic maps are the intuitive form of monitoring results because of there is hardly a direct way to get useful data information. The traditional approach is to use ArcGIS， ArcMap， SuperMap， MapInfo or any other GIS software to produce the remote sensing thematic maps. That requires users to have the ability of using these professional softwares and it is hard to ensure the efficiency or accuracy. Aiming at this problem， on the basis of secondary development of ArcGIS Engine， a thematic map automated production method is presented in this paper， to help those non professionals to quickly realize the production of thematic maps， and to meet their demand for remote sensing products.

Key words： ArcGIS Engine； remote sensing； thematic map； automated production method

0 引言

近年來，遙感技術(shù)在保護(hù)環(huán)境、防災(zāi)救災(zāi)和生態(tài)建設(shè)等方面的應(yīng)用越來越廣泛，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感圖像數(shù)據(jù)呈爆炸式增長，如何高效的處理和使用這些遙感圖像數(shù)據(jù)成了一大難題[1]。遙感圖像中雖然包含各類數(shù)據(jù)，如地理坐標(biāo)、高度信息，但遙感圖像多是人們不常用到的格式，如TIF格式，且為灰白圖片。對于各個領(lǐng)域的專家學(xué)者來說，這些遙感圖像很難對他們直接有用[2]。需要通過渲染制圖將灰白圖片轉(zhuǎn)換為彩色圖片，來滿足需要。文獻(xiàn)[3]中盧剛等人為了滿足礦產(chǎn)資源制圖的需要，設(shè)計了礦產(chǎn)專題地圖的制作方法。文獻(xiàn)[4]中何靜等人基于第二次全國土地調(diào)查背景，提出了土地調(diào)查專題圖件編制過程。文獻(xiàn)[5]中張丹華等人提出了基于GIS的林業(yè)專題制圖優(yōu)化方法，并在ArcGIS中完成了平桂管理區(qū)及八步區(qū)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)林相圖的制作。文獻(xiàn)[6]中王輝山等人并利用現(xiàn)有的圓型或橢圓型地震烈度衰減關(guān)系，借助于ArcGIS平臺，實(shí)現(xiàn)了地震專題圖繪制。以上均為針對某個領(lǐng)域在已有特征的基礎(chǔ)上，完成了相應(yīng)的專題圖制作，無法做到通過一種算法可以實(shí)現(xiàn)針對大多數(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)快速自動化制圖的目的，方便非專業(yè)人士可以快速使用，獲取所需要的效果。

為了解決這一問題，本文研究了基于ArcGIS Engine的專題圖自動化制作法。主要針對非專業(yè)人士需要自動化操作，將專題圖制作的過程應(yīng)用在系統(tǒng)算法內(nèi)部，只需選擇需要制圖的TIF文件及制圖方法即可完成快速制圖。所研究的制圖算法可以實(shí)現(xiàn)對十八種專題產(chǎn)品（地表粗分類專題產(chǎn)品、差值植被指數(shù)專題產(chǎn)品、比值植被指數(shù)專題產(chǎn)品、歸一化植被指數(shù)專題產(chǎn)品、葉面積植被指數(shù)專題產(chǎn)品、地表反射率專題產(chǎn)品、地表坡向?qū)ｎ}產(chǎn)品、地表坡度專題產(chǎn)品、線狀地物提取專題產(chǎn)品、面狀地物提取專題產(chǎn)品、海覆蓋專題產(chǎn)品、葉綠素a濃度專題產(chǎn)品、懸浮物濃度專題產(chǎn)品、多期專題變化專題產(chǎn)品、氣溶膠光學(xué)厚度專題產(chǎn)品、云覆蓋專題產(chǎn)品、山體陰影專題產(chǎn)品）進(jìn)行快速制圖，滿足大部分領(lǐng)域的需要。

1 專題圖制作

專題圖自動化制作法需要將ArcGIS中每個環(huán)節(jié)的手動操作，都集成到算法中，由算法自動化執(zhí)行。當(dāng)用戶選擇好制圖文件、制圖參數(shù)和制圖模板，點(diǎn)擊提交就能完成自動化制圖操作。專題圖自動化制作法流程如圖1所示。

1.1 獲取文件

獲取文件就是獲取在制圖過程中需要用到的柵格文件、模板文件和參數(shù)文件。模版文件用在專題圖制作過程中的加載模版步驟。柵格文件用在專題圖制作過程中的加載柵格文件步驟。參數(shù)文件用在專題圖制作過程中的渲染制圖步驟，在算法中使用XML文件的節(jié)點(diǎn)來獲取渲染柵格文件時所需要的參數(shù)文件[7]。本算法在執(zhí)行專題圖制作之前，用戶要向算法提交這幾個文件。

[開始][獲取柵格文件][獲取模版文件][獲取參數(shù)文件] [加載模版文件] [加載柵格文件] [渲染制圖] [導(dǎo)出圖片][查看][審核] [結(jié)束]

圖1 專題圖自動化制作法流程

1.2 專題圖制作

專題圖自動化制作的步驟分為加載模板文件、加載柵格文件、渲染制圖和導(dǎo)出圖片四步。加載模版文件就是將模版文件加載到控件PageLayoutControl中。加載柵格文件就是將柵格文件加載到模板文件中。渲染制圖就是將柵格文件按照不同的渲染方式、不同的渲染參數(shù)進(jìn)行渲染[8]。本算法中用到的渲染方式主要有唯一值渲染、拉伸渲染和分級渲染。渲染參數(shù)保存在參數(shù)文件中。導(dǎo)出圖片就是通過PageLayoutControl控件，將渲染后的圖片導(dǎo)出不同規(guī)格的圖片，有高清圖、標(biāo)清圖等。最后可以通過標(biāo)清圖生成縮略圖，供展示和查看使用。在專題圖制作的步驟中，核心的步驟是渲染制圖。本算法中使用了三種渲染方式。

⑴ 惟一值渲染

唯一值渲染是將圖像中的每一個數(shù)值指定一個顏色。但是并不是所有的圖像都適用唯一值渲染，ArcGIS Engine對于唯一值渲染的限制是圖像中的像素值的種類不能超過65535種。

⑵ 拉伸渲染

拉伸渲染是使用一個顏色帶去對應(yīng)圖像中所有的像素值。一般的實(shí)現(xiàn)方式是指定色帶的開始顏色和結(jié)束顏色，由系統(tǒng)自動生成開始顏色和結(jié)束顏色之間的顏色值，這些值對應(yīng)圖像中連續(xù)變化的像素值[9]。

⑶ 分級渲染

分級渲染是將圖像中的數(shù)值分成若干等級，對每一個等級使用一種顏色來表示。

1.3 審核

審核是算法中提供的查看制圖導(dǎo)出的圖片后，如果對制圖結(jié)果不滿意可以重新對圖片進(jìn)行編輯。審核可以有兩種方法，一種是通過重新渲染制圖，然后通過審核界面添加或刪除比例尺、經(jīng)緯度、指北針、文字標(biāo)注和修改它們的樣式。這樣做的好處是，無需存儲制圖所需要的柵格文件和制圖后的模板文件。另一種是通過加載制圖完成后的模板文件或?qū)徍撕蟮哪０逦募?。此種方式，可以在原有審核的基礎(chǔ)上，再次進(jìn)行審核操作。但是這種方式，需要模板文件和柵格文件位于同一個目錄下，這樣加載模版文件和重新渲染制圖的效果是一樣的。然后在審核界面添加或刪除比例尺、經(jīng)緯度、指北針、文字標(biāo)注和修改它們的樣式。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本文研究的專題圖自動化制作法是在.NET環(huán)境下，使用C#語言實(shí)現(xiàn)的窗體應(yīng)用程序進(jìn)行測試。其中專題圖自動化制作過程使用了ArcGIS Engine中的PageLayoutControl、TOCControl和LicenseControl三個控件。在審核部分使用了ToolbarControl和PageLayoutControl兩個控件。

2.1 制圖算法實(shí)驗(yàn)

制圖算法分為加載模板文件、加載柵格文件、渲染制圖和導(dǎo)出專題圖四步。通過這四個基本步驟的實(shí)現(xiàn)，可以生成一個基本所需要的專題圖。算法中共實(shí)現(xiàn)了十八種專題產(chǎn)品（地表粗分類專題產(chǎn)品、差值植被指數(shù)專題產(chǎn)品、比值植被指數(shù)專題產(chǎn)品、歸一化植被指數(shù)專題產(chǎn)品、葉面積植被指數(shù)專題產(chǎn)品、地表反射率專題產(chǎn)品、地表坡向?qū)ｎ}產(chǎn)品、地表坡度專題產(chǎn)品、線狀地物提取專題產(chǎn)品、面狀地物提取專題產(chǎn)品、海覆蓋專題產(chǎn)品、葉綠素a濃度專題產(chǎn)品、懸浮物濃度專題產(chǎn)品、多期專題變化專題產(chǎn)品、氣溶膠光學(xué)厚度專題產(chǎn)品、云覆蓋專題產(chǎn)品、山體陰影專題產(chǎn)品）制作專題圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中以歸一化植被指數(shù)專題圖為例，同時將中間結(jié)果顯示出來，便于分析，實(shí)際使用過程中，屬于一鍵化操作。

⑴ 加載模板文件：通過ArcGIS Engine中的IMapDocument接口Open方法打開模板文件，然后設(shè)置PageLayoutControl的PageLayout屬性將模板文件加載到控件PageLayoutControl中。如圖2所示。

⑵ 加載柵格文件：將柵格文件加載到模板文件中。首先需要創(chuàng)建一個柵格圖層，然后通過Imap接口AddLayer方法將柵格圖層加載到模板文件中。如圖3所示。

⑶ 渲染制圖：圖像渲染，就是對柵格文件進(jìn)行著色，讓人們看起來比柵格文件更加直觀、清晰易懂。本算法中實(shí)現(xiàn)的渲染方式有三種：唯一值渲染、拉伸渲染、分級渲染。實(shí)驗(yàn)測試以拉伸渲染為例，對柵格文件進(jìn)行渲染。如圖4所示。

⑷ 導(dǎo)出專題圖：將控件PageLayoutControl中渲染后的專題圖，導(dǎo)出為標(biāo)準(zhǔn)圖、高清圖等。

2.2 制圖審核實(shí)驗(yàn)

當(dāng)制圖算法執(zhí)行完成以后，針對制圖算法執(zhí)行的制圖結(jié)果，如認(rèn)為有不合適的地方，可以在線進(jìn)行修改。審核測試結(jié)果，如圖5所示。

審核算法的基本步驟如下。

⑴ 每次專題圖制作的柵格文件和制圖后另存為的模板文件存放在指定的統(tǒng)一目錄下。

⑵ 點(diǎn)擊審核時，執(zhí)行PageLayoutControl控件加載存儲的模板文件。加載后界面會和渲染制圖后的效果完全一致。

⑶ 對加載的模板文件執(zhí)行審核的操作，如增加或刪除比例尺、經(jīng)緯度、指北針、文字標(biāo)注以及修改它們的樣式。修改樣式可以通過注冊表找到ArcGIS的安裝目錄，從而找到并調(diào)用ArcGiS的樣式庫即可。

⑷ 如果用戶修改完畢后，執(zhí)行導(dǎo)出專題圖的操作，替換掉原來的圖片，保證隨時可以查看最新的修改圖片。

⑸ 為了下次審核操作時，是在本次審核操作的基礎(chǔ)之上操作，使用審核后的模板替換審核之前的模板，保證每次審核操作時使用的都是最新的模板。

3 結(jié)束語

本文針對遙感數(shù)據(jù)的爆炸式增長，以及人們無法快速有效的使用遙感圖像的問題，提出了一種簡單而快速進(jìn)行專題圖自動化制作的算法。利用本文提出的專題圖自動化制作算法，可以幫助各個領(lǐng)域的專家學(xué)者在不懂如何使用專業(yè)制圖軟件的基礎(chǔ)上，通過此算法實(shí)現(xiàn)簡單的制圖，滿足基本的制圖需要。目前國內(nèi)利用遙感數(shù)據(jù)的領(lǐng)域越來越廣，但對遙感數(shù)據(jù)處理的軟件，往往都是專業(yè)軟件，非遙感專業(yè)人士很難對其進(jìn)行操作，而利用本文研究的算法可以實(shí)現(xiàn)簡單自動化制圖，具有非常廣闊的發(fā)展前景，可以進(jìn)一步幫助各領(lǐng)域的專家學(xué)者實(shí)現(xiàn)對遙感制圖的基本需求。然而它也存在著一定的問題，由于屬于自動化操作，故內(nèi)部參數(shù)無法通過手動設(shè)置，可能在效果上，無法達(dá)到最滿足的程度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬金鋒，潘瑜春，郭占軍等.應(yīng)用ArcIMS Java connector制作動態(tài)專題圖[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2008.25（5）：1485-1488

[2] 趙巖，王思遠(yuǎn)，畢海蕓等.基于GDAL的遙感圖像瀏覽關(guān)鍵技術(shù)研究[J].計算機(jī)工程，2012.38（23）：15-18，23

[3] 盧剛，許康，肖好良等.基于GIS的礦產(chǎn)資源專題圖制作[J]. 地理空間信息，2013.2：168-170

[4] 何靜，鄒崢嶸，曾毅.土地調(diào)查專題圖件的制作[J].測繪科學(xué)，2012.37（2）：66-68

[5] 張丹華，石軍南，陳傳松等.基于GIS的林業(yè)專題制圖方法優(yōu)化[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2012.32（10）：173-178

[6] 王輝山，陳琳，于威宇等.基于ArcGIS的地震專題圖繪制[J].高原地震，2011.23（2）：49-53

[7] 喬保軍，付征葉，汪輝.基于XML的遙感專題圖自動制作技術(shù)研究[J].計算機(jī)時代，2014.9：18-20

[8] 陳麗.基于ArcGIS Engine的遙感影像專題圖自動制作系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2013.9：69

[9] 方藝輝.基于ArcGIS Engine專題圖渲染設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2011.30：84