基于ArcGIS Engine的柵格數(shù)據(jù)批量處理方法

張建永，梁春利，石海崗，張春雷

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002）

基于ArcGIS Engine的柵格數(shù)據(jù)批量處理方法

張建永1，梁春利1，石海崗1，張春雷1

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002）

基于ArcGIS 的二次開發(fā)工具包ArcGIS Engine，從柵格數(shù)據(jù)檢查、坐標系統(tǒng)定義、投影轉(zhuǎn)換、范圍裁切等方面，介紹了對柵格數(shù)據(jù)各類信息讀寫和調(diào)用ArcGIS工具的批量處理方法，并在實踐中取得了很好的效果，為實際應(yīng)用及擴展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

柵格數(shù)據(jù)；批處理；ArcGIS Engine；Dot NET

在常用的遙感數(shù)據(jù)格式中，ERDAS軟件的Image文件是一種較為常見的格式，具有可存儲多種類型數(shù)據(jù)（圖像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、直方圖、專題圖等）、存儲信息豐富（傳感器、投影、地理、分層、分塊等）、讀寫方便、圖像算法易實現(xiàn)等特點，是柵格數(shù)據(jù)的常用格式。在國內(nèi)外多種遙感、地理信息軟件平臺中，對該格式都有較好的支持。本文基于ArcGIS軟件的開發(fā)工具包（ArcGIS Engine），探討海量ERDAS Image格式文件的批量處理方法，通過搭建流程化的處理框架，為快速、高效、準確完成柵格數(shù)據(jù)處理工作提供思路。

1 批量處理方法分析

1.1 ArcGIS批處理模式

ArcGIS平臺中的各類圖像處理工具本身具有批量處理的功能。在工具上點擊右鍵，選擇“Batch”，即可彈出批量處理對話框。該模式為ArcGIS平臺批量處理的通用模式，但每次只能執(zhí)行一個工具，對需要進行處理的數(shù)據(jù)和處理后數(shù)據(jù)的存放目錄、文件命名都有一定要求，限制較多。而日常的數(shù)據(jù)處理工作大都不滿足這樣的條件。

1.2 空間建模

ArcGIS平臺帶有Model Builder模型構(gòu)建器，可以將一系列處理工具串聯(lián)在一起構(gòu)成工作流。模型的構(gòu)建包括數(shù)據(jù)處理工具和數(shù)據(jù)源，以流程圖的形式表示，相當于一種圖形化編程。通過建立模型，對技術(shù)人員的要求大大降低，能夠重復(fù)使用，減少重復(fù)性的工作。但迭代器的使用有較大限制，且僅能調(diào)用ArcGIS自身的工具，在實際應(yīng)用中靈活性不足。

1.3 二次開發(fā)

ArcGIS提供了二次開發(fā)組件函數(shù)，支持Python、 Perl、Java、Dot NET（C#、VB）等多種開發(fā)語言，能夠方便實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)處理功能。從各種開發(fā)語言功能強弱、實現(xiàn)的難易程度、兼容性、可擴展性等方面綜合考慮，基于ArcGIS Engine + Dot NET的開發(fā)是解決海量數(shù)據(jù)批處理行之有效的方法。在開發(fā)的過程中，還可以依據(jù)用戶實際需求，靈活實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的條件選擇、多個工具之間組合處理、質(zhì)量檢查、錯誤判斷、進度控制等功能。

2 ArcGIS Engine簡介

ArcGIS Engine 是 ESRI ArcGIS軟件中推出的一組完備的嵌入式 GIS 組件庫和工具庫，供開發(fā)人員創(chuàng)建新的或擴展已有的桌面應(yīng)用程序。與ArcObjects相比，ArcGIS Engine 的結(jié)構(gòu)合理靈活，具有更為強大的開發(fā)功能和獨立性。

ArcGIS Engine的開發(fā)包包括了控件、工具命令集和對象庫3個部分，涉及了低層次的API和高層次的控件。同時通過GeoProcessor可以方便調(diào)用ArcGIS自身工具包。基于這些優(yōu)點，開發(fā)者能將ArcGIS功能快速集成到GIS 解決方案中，開發(fā)出功能強大、適應(yīng)各種需求的 GIS 程序和系統(tǒng)，給開發(fā)人員帶來了極大的靈活性和便利。

3 程序體系結(jié)構(gòu)及流程

本文以Visual Studio.NET 2010為開發(fā)平臺，采用VB可視化編程語言，建立基于 ArcGIS Engine 10組件的柵格數(shù)據(jù)批量檢查處理模塊，主要實現(xiàn)對柵格數(shù)據(jù)的文件完整性檢查、坐標系統(tǒng)檢查、坐標系統(tǒng)定義、投影轉(zhuǎn)換、范圍裁切、屬性統(tǒng)計等功能，如圖1。

文件完整性檢查用于檢查柵格文件是否創(chuàng)建了金字塔，影像文件是否損壞，文件行列數(shù)、像素類型、像素深度、波段數(shù)、像元大小等信息與元數(shù)據(jù)是否一致。

坐標系統(tǒng)檢查用于判斷柵格文件是否存在空間參照坐標系統(tǒng)。如果存在，檢查影像范圍是否滿足空間參照的坐標范圍區(qū)間；如果不存在，則獲取影像的坐標范圍區(qū)間，為設(shè)置該影像的坐標系統(tǒng)提供參考。

坐標系統(tǒng)定義用于影像文件丟失空間參照的情況。判斷影像文件坐標范圍是否為地理坐標區(qū)間或含帶號的投影坐標區(qū)間，是則利用ArcGIS工具設(shè)定其坐標系統(tǒng)；不是則將該文件編號寫入文件記錄，后續(xù)人工進行檢驗。

圖1 程序體系結(jié)構(gòu)圖

投影轉(zhuǎn)換是將影像的地理坐標系統(tǒng)或投影坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為目標文件投影的過程。依據(jù)轉(zhuǎn)換前后不同的坐標類型，轉(zhuǎn)換中使用的計算模型也不同。

范圍裁切是根據(jù)目標范圍，對柵格影像進行裁切的過程。目標范圍可以是矩形，也可以是不規(guī)則形狀的矢量文件。

信息統(tǒng)計是對裁切后的成果文件進行統(tǒng)計，包括建立金字塔，獲取影像的坐標范圍、行列數(shù)、波段數(shù)等信息并寫入到元數(shù)據(jù)文件中。

4 主要功能實現(xiàn)

4.1 柵格數(shù)據(jù)檢查

在柵格數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)換中，由于文件尺寸較大，可能存在數(shù)據(jù)缺失或損壞的情況。因此在數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理前，要先判斷數(shù)據(jù)是否完整。通過創(chuàng)建柵格數(shù)據(jù)集的方式打開文件，并讀取文件的屬性信息，來檢查文件的完整性。通過IWorkspaceFactory、IRasterWorkspace、IRasterDataset、Iraster等接口打開柵格文件，利用 IRasterDataset、IRaster、IRasterBandCollection、IRawBlocks、IRasterInfo、IRasterPorps、IRasterPyramid等接口獲取柵格文件的波段信息、像元尺寸、行列數(shù)、坐標范圍、數(shù)據(jù)類型、文件格式等屬性信息，檢查是否與數(shù)據(jù)自身的元數(shù)據(jù)一致。

打開文件的主要功能如下：

pRasterWorkSpace = pWorkSpaceFactory.OpenFrom File(FolderName, 0)

//利用柵格數(shù)據(jù)的工作空間工廠和柵格數(shù)據(jù)工作空間，訪問柵格數(shù)據(jù)文件夾

pRasterDataset =pRasterWorkSpace.OpenRaster Dataset(FileName)

//利用柵格工作空間，打開柵格文件，返回值是柵格數(shù)據(jù)集

Dim pRaster As IRaster = pRasterDataset2.CreateFullRaster

/

/在內(nèi)存中創(chuàng)建柵格數(shù)據(jù)的實例，獲取柵格數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容

獲取柵格文件屬性信息的主要功能如下：

Dim pRasterBandCollection As IRasterBandCollection = pRasterDataset

//定義柵格波段集合的變量，用于訪問柵格文件的各個波段

Dim pRawBlocks As IRawBlocks = pRasterBandCollection. Item(0)

//定義數(shù)據(jù)塊變量，用于讀取柵格數(shù)據(jù)

Dim pRasterInfo As IRasterInfo = pRawBlocks.RasterInfo

//定義柵格文件信息變量，用于訪問各類詳細的柵格文件信息

利用IRasterInfo接口的CellSize、Extent、Height、Width、Format、PixelType等屬性獲取柵格文件的對應(yīng)信息。

4.2 坐標系統(tǒng)檢查

柵格文件的坐標系統(tǒng)信息能夠表明柵格文件的空間位置，是其重要的組成部分。數(shù)據(jù)處理過程中，需要通過影像的坐標系統(tǒng)信息來判斷該文件是否處于數(shù)據(jù)處理的范圍內(nèi)。坐標系統(tǒng)的檢查分為兩步，首先判斷影像是否存在坐標系統(tǒng)，其次判斷坐標系統(tǒng)是否準確。

通過獲取影像的空間坐標參照信息，判斷是否存在坐標系統(tǒng)：

Dim pRasterProps As IRasterProps = pRaster

//定義柵格文件屬性變量，用于訪問柵格文件的屬性

Dim pRasterSPR As ISpatialReference = pRasterProps. SpatialReference

//定義空間參照變量，用戶檢查柵格數(shù)據(jù)的坐標系統(tǒng)是否正確

如果柵格影像的坐標參照為空，則pRasterSPR的Abbreviation、Alias、Remarks等屬性值為空；Name屬性值為"Unknown"。

如果柵格影像的坐標參照不為空，則判斷其類型是地理坐標系統(tǒng)或者投影坐標系統(tǒng)。同時檢查柵格文件的坐標范圍是否與相應(yīng)的坐標系統(tǒng)值域范圍匹配，以便進行后續(xù)坐標轉(zhuǎn)換工作。

4.3 調(diào)用ArcGIS工具

柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理工作如投影轉(zhuǎn)換、范圍裁切等可以直接調(diào)用ArcGIS軟件的工具進行。ArcGIS Engine中可以利用ESRI.ArcGIS.Geoprocessor類中的Geoprocessor接口來調(diào)用ArcGIS自帶的工具。調(diào)用時首先設(shè)置工具的各項參數(shù)，然后通過Geoprocessor接口的Execute方法執(zhí)行工具，利用GetMessage方法返回工具執(zhí)行過程中的狀態(tài)信息。

4.4 定義文件坐標系統(tǒng)

如果柵格文件缺失坐標信息，需要設(shè)定其坐標系統(tǒng)。通過檢查影像文件的坐標范圍，判斷采用的坐標系統(tǒng)類型及對應(yīng)的橢球體等參數(shù)來進行坐標系統(tǒng)的設(shè)定。如為投影坐標系統(tǒng)還需通過影像的坐標范圍判斷柵格文件的中央經(jīng)度，確定投影參數(shù)。設(shè)定坐標系統(tǒng)的過程主要利用ESRI.ArcGIS.DataManagementTools類中的DefineProjection接口進行，通過設(shè)定2個參數(shù)，即需要處理的文件和對應(yīng)的坐標系統(tǒng)，可完成該功能。

Dim pDefineProjection As ESRI.ArcGIS.DataManagement Tools.DefineProjection = New DefineProjection

//定義一個投影設(shè)置工具，用于設(shè)置柵格數(shù)據(jù)的坐標信息，下面為相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置

pDefineProjection.in_dataset = pCurrentRasterFile

pDefineProjection.coor_system = strProj

GP.Execute(pDefineProjection, Nothing)

4.5 投影轉(zhuǎn)換

若現(xiàn)有文件的坐標系統(tǒng)與要求不同，則需進行投影轉(zhuǎn)換。投影轉(zhuǎn)換功能可以將地理坐標系統(tǒng)或投影坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為投影坐標系統(tǒng)。投影轉(zhuǎn)換功能主要利用ESRI.ArcGIS.DataManagementTools類中的ProjectRaster接口來實現(xiàn)，通過設(shè)定該接口的輸入柵格、輸出柵格、輸出坐標系統(tǒng)3項參數(shù)來進行投影轉(zhuǎn)換。同時可以利用像元尺寸（cell_size）、重采樣方式（resampling_ type）2個屬性參數(shù)對輸出柵格的影像進行調(diào)整。如果坐標轉(zhuǎn)換前后的坐標系統(tǒng)涉及2個橢球體，則需要設(shè)定橢球之間的轉(zhuǎn)換模型，即geographic_transform參數(shù)。如1954年北京坐標系與WGS84之間的轉(zhuǎn)換，不同的地理位置選用不同的轉(zhuǎn)換模型，如Beijing_1954_To_ WGS_1984_1、Beijing_1954_To_WGS_1984_2等。

Dim ProjectRasterDataset As ProjectRaster = New ProjectRaster

//定義一個投影轉(zhuǎn)換工具，下面為相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置

ProjectRasterDataset.in_raster = pCurrentRasterFile

ProjectRasterDataset.out_raster = pReprojectOutRasterFile

ProjectRasterDataset.out_coor_system = pProjectFeature ClassSPR

4.6 范圍裁切

柵格數(shù)據(jù)范圍裁切是截取所需要的一定坐標范圍內(nèi)的柵格數(shù)據(jù)的功能。柵格范圍裁切可以利用空間分析工具（ESRI.ArcGIS.SpatialAnalyst）中的IExtractionOp接口、數(shù)據(jù)管理工具（ESRI.ArcGIS. DataManagementTools）中的Clip接口來實現(xiàn)，但二者應(yīng)用的情形不同。IExtractionOp接口可以基于多邊形要素對柵格文件進行裁切，Clip接口是基于坐標范圍進行裁切。本文的裁切范圍主要是基于標準圖幅范圍外擴，所以利用Clip接口更為方便快捷。設(shè)定Clip接口的輸入柵格、輸出柵格及輸出范圍3個參數(shù)，即可實現(xiàn)該操作。

Dim pDataManagementClip As Clip = New Clip

//定義一個裁切工具，用于對柵格數(shù)據(jù)進行范圍裁切，下面為相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置

pDataManagementClip.in_raster = inRaster

pDataManagementClip.out_raster = pTempOutFileName

pDataManagementClip.rectangle = XMin & " " & YMin & " " & XMax & " " & YMax

5 實 驗

依據(jù)上述思路，作者編寫了柵格數(shù)據(jù)批量處理的模塊，界面如圖2所示。經(jīng)過實驗，利用該模塊進行數(shù)據(jù)處理不僅能保證數(shù)據(jù)的準確性和精度，且處理效率有很大提高，能夠進行大批量的自動處理，有效節(jié)約人員成本，縮短處理時間。

P208

B

1672-4623（2016）10-0043-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.012

2016-01-18。

項目來源：中國地質(zhì)調(diào)查局國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量改進與地礦綜合應(yīng)用示范項目（1212011220158）。