基于GIS的縣域遙感資源監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

趙子輝 胡湛晗 田園 段龍方 吳宗諺（、北華航天工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與遙感信息技術(shù)學(xué)院，河北省航天遙感信息處理與應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心，河北省航天遙感信息工程技術(shù)中心 河北 廊坊 065000；、北華航天工業(yè)學(xué)院 材料工程學(xué)院，河北 廊坊 065000）

技術(shù)應(yīng)用

基于GIS的縣域遙感資源監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

趙子輝1胡湛晗1田園2段龍方1吳宗諺1
（1、北華航天工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與遙感信息技術(shù)學(xué)院，河北省航天遙感信息處理與應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心，河北省航天遙感信息工程技術(shù)中心 河北 廊坊 065000；2、北華航天工業(yè)學(xué)院 材料工程學(xué)院，河北 廊坊 065000）

遙感技術(shù)在地面資源監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，并從大范圍宏觀觀測(cè)逐步延伸到縣域精細(xì)監(jiān)測(cè)，隨著監(jiān)測(cè)成果得到越來(lái)越豐富的積累，資源的組織與深入分析成為亟待解決的問(wèn)題。本文針對(duì)遙感監(jiān)測(cè)資源的自身特點(diǎn)，在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)與ArcSDE中間件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)庫(kù)；并面向資源查詢分析的需求，基于MVC架構(gòu)設(shè)計(jì)縣域遙感資源監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的總體架構(gòu)，結(jié)合ArcEngine、XML、VPN等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)縣域多尺度（市、縣、鄉(xiāng)）遙感監(jiān)測(cè)資源的可視化、查詢與統(tǒng)計(jì)分析功能。

縣域遙感，遙感監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)分析，ArcEngine

一、前言

近年來(lái)，遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于對(duì)地觀測(cè)活動(dòng)中，尤其對(duì)大面積露天農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與林業(yè)資源的調(diào)查、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理具有獨(dú)特作用。隨著遙感地面監(jiān)測(cè)工作的不斷開(kāi)展，積累了豐富的遙感監(jiān)測(cè)資源成果數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一些顯著特點(diǎn)：(1)監(jiān)測(cè)結(jié)果涵蓋地物的空間位置和屬性信息；(2)遙感監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)常態(tài)化的工作，隨時(shí)間推移可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)資源的歷史積累; (3)遙感數(shù)據(jù)精度不同，監(jiān)測(cè)資源的區(qū)域級(jí)別可以覆蓋國(guó)家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)甚至村級(jí)。

針對(duì)遙感監(jiān)測(cè)資源空間表現(xiàn)及獲取方面的特點(diǎn)，本研究以農(nóng)業(yè)、林業(yè)為行業(yè)切入點(diǎn)，開(kāi)展遙感資源監(jiān)測(cè)，并利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)組織監(jiān)測(cè)資源，以實(shí)現(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)的保存、共享、查詢與更新的數(shù)字化管理。此外，基于GIS技術(shù)設(shè)計(jì)并構(gòu)建農(nóng)林資源遙感監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，對(duì)縣域多尺度遙感監(jiān)測(cè)資源進(jìn)行可視化、查詢與統(tǒng)計(jì)分析，為遙感監(jiān)測(cè)資源提供一個(gè)高效地管理分析平臺(tái)，為相關(guān)部門(mén)充分運(yùn)用監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行資源管理、開(kāi)展規(guī)劃及其進(jìn)行輔助決策提供重要的科學(xué)依據(jù)。

二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 ArcEngine組件式地圖服務(wù)接口

ArcEngine是一個(gè)組件式的地圖服務(wù)接口，它可以把豐富的地圖顯示、地圖基本操作、符號(hào)化渲染、空間分析等功能嵌入新的或已有應(yīng)用軟件中，實(shí)現(xiàn)滿足用戶需求的可配置性、可擴(kuò)展性及開(kāi)放性的GIS系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用ArcEngine開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能有效的滿足監(jiān)測(cè)資源與基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的展示、符號(hào)化、查詢、分析等地圖相關(guān)功能，使系統(tǒng)具有流暢的地圖操作體驗(yàn)。

2.2 ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的訪問(wèn)

ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，是ArcGIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)(Oracle、SQL server、PostgreSQL)之間的GIS通道。在服務(wù)器端，系統(tǒng)采用ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎將矢量數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，通過(guò)ArcSDE高效地存儲(chǔ)、索引和訪問(wèn)維護(hù)DBMS中的空間數(shù)據(jù)。

ArcSDE的訪問(wèn)模式為：ArcSDE服務(wù)器內(nèi)存放有空間對(duì)象模型，用戶的應(yīng)用程序通過(guò)ArcSDE應(yīng)用編程接口向ArcSDE服務(wù)器提出空間數(shù)據(jù)請(qǐng)求，ArcSDE服務(wù)器依據(jù)空間對(duì)象的特點(diǎn)在本地完成空間數(shù)據(jù)的搜索，并將搜索結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向用戶的應(yīng)用程序返回。

2.3 可擴(kuò)展的標(biāo)記語(yǔ)言（XML）

XML是一種可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(Extensible Markup Language)，用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語(yǔ)言，可以用來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類(lèi)型，是一種允許用戶對(duì)自己的標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行定義的源語(yǔ)言?；谠撜Z(yǔ)言可以自定義語(yǔ)義結(jié)構(gòu)，關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)配置、資源路徑等可擴(kuò)展設(shè)置采用XML配置文件存儲(chǔ)，大大提升了系統(tǒng)的靈活性。

2.4 VPN安全數(shù)據(jù)傳輸

VPN即虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，是專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的延伸，其功能是在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行加密通訊。它包含了類(lèi)似Internet的共享或公共網(wǎng)絡(luò)鏈接。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)， VPN就是線路中的線路，通過(guò) VPN可以模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專(zhuān)用鏈接的方式通過(guò)共享或公共網(wǎng)絡(luò)在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間發(fā)送數(shù)據(jù)。遙感監(jiān)測(cè)資源屬于保密級(jí)別較高的資源數(shù)據(jù)，為了規(guī)避數(shù)據(jù)外網(wǎng)傳輸?shù)牟话踩?，與農(nóng)林局客戶端通過(guò) VPN Client匹配認(rèn)證、協(xié)商來(lái)實(shí)現(xiàn)VPN登錄及資源數(shù)據(jù)傳輸，這樣既保證了數(shù)據(jù)的安全性，又提供了移動(dòng)性的接入網(wǎng)絡(luò)。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)流程

3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用MVC框架組織代碼，將表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)訪問(wèn)層分離。表現(xiàn)層提供用戶訪問(wèn)業(yè)務(wù)邏輯的界面；業(yè)務(wù)邏輯層完成業(yè)務(wù)的計(jì)算機(jī)管理，根據(jù)界面請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)前后臺(tái)交互的業(yè)務(wù)邏輯；數(shù)據(jù)訪問(wèn)層負(fù)責(zé)各類(lèi)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)功能，包括各種數(shù)據(jù)的增、刪、查、改。

四、系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織與管理

4.1 數(shù)據(jù)組成

按照農(nóng)林資源遙感監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的功能需求，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)整理劃分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、農(nóng)林遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)、農(nóng)林資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)指劃定監(jiān)測(cè)區(qū)域市、縣、鄉(xiāng)、村范圍的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，是縣域農(nóng)林資源數(shù)據(jù)處理和遙感監(jiān)測(cè)與分析的行政劃分依據(jù)。

農(nóng)林遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)指在衛(wèi)星遙感影像預(yù)處理的基礎(chǔ)上，建立數(shù)據(jù)解譯標(biāo)志，采用監(jiān)督分類(lèi)方法或提取算法在遙感數(shù)據(jù)上解譯得出的農(nóng)業(yè)資源（小麥、玉米、坑塘水面、設(shè)施蔬菜、大棚蔬菜）和林業(yè)資源（有林地、宜林地）空間數(shù)據(jù)，包括農(nóng)林監(jiān)測(cè)資源的空間位置分布和監(jiān)測(cè)資源分類(lèi)、歸屬行政范圍、資源面積、監(jiān)測(cè)位置等屬性信息。

農(nóng)林資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)遙感資源數(shù)據(jù)制作統(tǒng)計(jì)圖表設(shè)計(jì)的關(guān)系數(shù)據(jù)表，表中包含各級(jí)行政區(qū)劃（市、縣（區(qū)）、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村）相應(yīng)月份多種類(lèi)型農(nóng)業(yè)、林業(yè)資源的種植數(shù)量數(shù)據(jù)，以便快速響應(yīng)各查詢條件下農(nóng)林資源統(tǒng)計(jì)圖表的制作。

衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)是以各類(lèi)農(nóng)、林業(yè)資源分布為監(jiān)測(cè)目標(biāo)，結(jié)合農(nóng)作物、植被物候期與遙感影像質(zhì)量多種因素下選取的提取監(jiān)測(cè)資源采用的多源衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和農(nóng)林遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)存在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，農(nóng)林遙感資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在資源數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí)自動(dòng)計(jì)算并記錄在關(guān)系表中，由于資源監(jiān)測(cè)使用影像數(shù)據(jù)量較大，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以文件層次結(jié)構(gòu)組織存儲(chǔ)，影像信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。以下是詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案：

（1）行政編碼表

（2）行政區(qū)劃

（3）遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)表

（4）影像數(shù)據(jù)信息表

（5）資源統(tǒng)計(jì)表

五、系統(tǒng)主要功能與實(shí)現(xiàn)

（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能

依據(jù)遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，遙感監(jiān)測(cè)資源需經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化加工處理，由數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新。數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊負(fù)責(zé)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、農(nóng)林遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)、遙感影像信息、農(nóng)林遙感資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的批量自動(dòng)化入庫(kù)。

（2）資源展示功能

基于ArcEngine提供的地圖訪問(wèn)接口實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)地區(qū)市級(jí)、縣級(jí)、鄉(xiāng)級(jí)農(nóng)林業(yè)資源分布的動(dòng)態(tài)展示；同時(shí)，地圖可實(shí)現(xiàn)基本的放大、縮小、平移、全圖、標(biāo)識(shí)屬性信息，狀態(tài)條實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前比例尺、當(dāng)前坐標(biāo)位置。

（3）資源查詢與面積統(tǒng)計(jì)功能

調(diào)用ArcEngine的地圖查詢接口支持農(nóng)林業(yè)資源指定條件的篩選與面積統(tǒng)計(jì)，包括以行政區(qū)劃（市、縣、鄉(xiāng)、村）、屬性查詢（資源類(lèi)別、樹(shù)種、面積）、空間查詢（選擇查詢、多邊形查詢、矩形查詢、圓形查詢）及組合查詢?yōu)闂l件的多種查詢方式，為用戶提供更為便捷與實(shí)用的資源查詢服務(wù)。

（4）資源變化監(jiān)測(cè)功能

采用空間分析技術(shù)對(duì)不同時(shí)期農(nóng)林業(yè)監(jiān)測(cè)資源進(jìn)行變化比對(duì)，運(yùn)算增加或減少的資源信息，以顯著的紅色和綠色進(jìn)行呈現(xiàn)，且同樣支持多種方式（行政范圍、屬性條件、空間查詢）對(duì)變化信息進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)。

（5）統(tǒng)計(jì)圖表功能

將區(qū)域監(jiān)測(cè)資源以多種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并以圖表展示。統(tǒng)計(jì)方式包括區(qū)域分析、趨勢(shì)分析及全表查詢，統(tǒng)計(jì)條件支持向?qū)捷斎耄Y(jié)果圖形式為柱狀圖、餅狀圖、折線圖。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著遙感技術(shù)的日臻完善，于地面資源監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)資源的全面統(tǒng)一管理，搭建高效分析的可視化平臺(tái)成為一種必然需求。本文在分析縣域遙感監(jiān)測(cè)資源數(shù)據(jù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出縣域遙感監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的總體架構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)組織方案，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了縣域遙感監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，為縣域多尺度遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更為有效的組織與挖掘分析提供了一套切實(shí)可行的解決思路。但鑒于該系統(tǒng)是CS模式開(kāi)發(fā)框架，在安裝部署與數(shù)據(jù)更新方面成本較高，下一步將在瀏覽器端實(shí)現(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)資源的訪問(wèn)與地圖基本功能，并就該系統(tǒng)研發(fā)中用戶角色分權(quán)限訪問(wèn)、數(shù)據(jù)顯示查詢速度、自動(dòng)變化監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行深入研究。

[1]趙立超.林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2013.

[2]李永珍.基于ArcEngine的森林資源管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué),2011.

[3]李連偉,倪凱.基于ArcEngine的數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].2007年全國(guó)AECC專(zhuān)題學(xué)術(shù)研討會(huì),山西太原,2008.

[4]魏安世,李偉,陳鑫,等.基于ArcGIS Engine的森林資源管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].廣東林業(yè)科技,2006,22(2):31-36.

[5]方陸明,徐愛(ài)俊,樓雄偉,等.縣級(jí)林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究與應(yīng)用[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào),2006,23(2):122-128.

2016-2017年度河北省遙感技術(shù)應(yīng)用先進(jìn)單位

河北恒華信息技術(shù)有限公司

河北省地球物理勘查院

中國(guó)冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院

河北省國(guó)土資源利用規(guī)劃院

河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所核工業(yè)航測(cè)遙感中心

河北省地質(zhì)測(cè)繪院

河北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心

北華航天工業(yè)學(xué)院

河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院臨城縣人民政府

《河北遙感》編輯部

河北省氣象科學(xué)研究所

河北長(zhǎng)風(fēng)信息技術(shù)有限公司