基于多光譜遙感數據的地理信息系統(tǒng)研究

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際工作需求和要求的相關數據，之后再通過遙感技術再次對數據進行多方位的分析以及研究，從而便捷日常的操作行為。在實際城市測繪工作中要充分的發(fā)揮遙感圖像技術的優(yōu)勢，更加精準性的了解測繪的具體情況和城市規(guī)劃的相關信息，為后續(xù)城市建設工作提供重要的材料基礎。本文對基于多光譜遙感數據的地理信息系統(tǒng)進行分析，以供參考。

關鍵詞：多光譜遙感數據;地理信息系統(tǒng);研究

引言

遙感圖像是利用無接觸的遠距離探測技術記錄各種地物電磁波大小的圖像，有航空圖像和衛(wèi)星圖像兩種。采用多光譜遙感技術可提升數據采集準確率、改善圖像配準精度、提高圖像處理速率。把多光譜遙感技術應用在地理信息系統(tǒng)上，對其數據采集、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)的應用效率、擴大信息使用范圍、增強資源利用率。

1多光譜生態(tài)遙感觀測目標的波段

1.1論述

自然生態(tài)資源的高精度定量監(jiān)測與演化分析是國家自然資源統(tǒng)一管理的重要科學基礎，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)展銜接天地觀測的機載多光譜成像科學系統(tǒng)是有效解決途徑。目前，自然資源研究逐漸由宏觀轉向中微觀，自然資源調查要素的數量也在不斷攀升，針對特定目標生態(tài)參量的精確觀測，發(fā)展可定制波段、可靈活組配波段的多光譜成像設備，是一種可行且有效的方案。多光譜生態(tài)遙感的目的是構建特征波段和生態(tài)參量之間的精確映射關系，并基于此揭示遙感觀測目標的生態(tài)指標與光譜之間的交互機理。選擇針對觀測目標的特定波段配組方案，是在進行遙感監(jiān)測與反演前需要重點解決的問題。波段配組是指面向特定的多光譜遙感生態(tài)觀測任務預先組配好適用的多光譜波段參量，建立不同觀測目標和觀測設備光學參數之間的特定關聯(lián)。生態(tài)遙感觀測目標的光譜信息是由各個波長的連續(xù)數據組成，波段選擇的目的是從高維的光譜數據中選擇一小部分波段，在保留地物重要光譜信息的同時，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器學習的方法等，這些方法主要是從高維的光譜數據中提取高信息量的波段，但只對光譜數據進行處理，并未考慮到與生態(tài)參量之間的關系。針對生態(tài)遙感，分析生態(tài)參量和光譜之間的相關性，提取高相關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)觀測目標，需要綜合考慮高信息量波段及其與生態(tài)參量之間的關系提出一套混合的波段選擇方法。

1.2結論

為揭示遙感觀測目標的生態(tài)指標與光譜之間的交互機理，建立不同觀測目標和觀測設備光學參數之間的特定關聯(lián)，需要針對特定觀測目標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)遙感觀測目標的波段配組方法，該方法包括波段提取和帶寬分析。通過綜合考慮高信息量波段和與生態(tài)參量之間的關系，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。以水質遙感為例，通過信息熵分析、因子分析、相關性分析，提取針對化學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檢測技術

在遙感圖像的分析與應用中，輻射定標是基礎。GF-4是我國發(fā)射的第一顆地球靜止軌道高分辨率對地觀測衛(wèi)星，軌道距地36000km，可以長期駐留在固定區(qū)域上空，對中國及周邊地區(qū)進行接近實時的高頻次重復觀測和多熱點地區(qū)快速巡查。GF-4是當時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“國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項”中唯一的一顆高軌遙感衛(wèi)星。同時，該衛(wèi)星還是目前我國時間分辨率最高、設計使用壽命最長的遙感衛(wèi)星。GF-4采用了我國首個高軌遙感衛(wèi)星平臺和首個高軌高分辨率對地觀測光學遙感相機，可見光近紅外譜段分辨率為50m，中波紅外譜段分辨率為400m，觀測幅寬大于400km，該相機的成像方式有3種：區(qū)域成像、凝視成像和巡查成像。與此同時，GF-4有能力長期駐留于固定區(qū)域。目前，GF-4具有普查、凝視、區(qū)域和機動巡查4種工作模式，衛(wèi)星數據可滿足水體、林地及森林火點等識別與變化信息提取對遙感數據質量的需求，對減災、氣象、地震、林業(yè)及環(huán)保等提供有力支撐。目前為止，GF-4已經在軌運行5年。隨著在軌運行時間的推移和空間環(huán)境的變化，衛(wèi)星上的光學元件逐漸老化，譜段的輻射特性發(fā)生變化，發(fā)射前實驗室定標的結果不能反映此時GF-4光學器件的輻射特性。此外，定標黑體光路結構的差異、性能穩(wěn)定性的降低以及缺少性能變化監(jiān)測手段等，星上定標結果精度受限和時間有效性縮短，導致輻射性能發(fā)生變化。通過交叉校準，可以隨時對傳感器進行有效監(jiān)測，然后根據監(jiān)測結果進行調整和改進，以減少誤差對校準的影響。目前，全球在軌輻射定標主要有3種方法：星上定標、現場定標和交叉定標。大多根據場地定標法的結果，來得到場地輻射定標系數。但由于很多因素均會影響場地定標結果，在定標過程中可能會花費大量時間和精力，通常，場地定標實驗在國外每年僅進行2次，而在國內僅進行1次。由于場地定標的次數有限，無法動態(tài)地監(jiān)測傳感器的輻射性能變化。交叉定標是利用高輻射精度的衛(wèi)星對輻射精度較低的衛(wèi)星進行校準，從而可以有效檢查與驗證傳感器穩(wěn)定性和測量精度。

3地理信息系統(tǒng)的應用

3.1高效存儲大量地理信息數據

隨著科技的快速發(fā)展，計算機技術迅速發(fā)展起來，特別是硬盤價格的降低，使數據儲存成本有所下降。未來大數據的儲存更便捷，也存儲量不斷加大，這說明我國大數據技術的發(fā)展與進步。但隨著客觀世界的不斷發(fā)展與變化，地理信息系統(tǒng)需在多方面進行應用，包含實時導航、決策等，這能有效提升數據的存儲效率。如果此方面能力得不到提升，勢必會影響到地理信息系統(tǒng)的整體性能，進而使其作用得不到發(fā)揮。因此，大數據時代背景下，地理信息系統(tǒng)在未來不斷發(fā)展過程中，勢必會具備高效地存儲能力。

3.2支持多種數據類型

由于地理信息數據來源較豐富，種類繁多，對部分較少的數據或其他領域所應用的數據而言，在大數據時代下，需要對數據進行規(guī)范。通常而言，數據規(guī)范化的模式主要是對數據進行轉換及其人工整理，以保證數據的統(tǒng)一性。在不斷發(fā)展中，如果數據類型多樣，就會導致發(fā)展中的數據與傳統(tǒng)數據存在不符，對地理信息系統(tǒng)造成不利影響，想要有效處理這一現狀，就需采用原始非結構性數據對其進行存儲，或結合新系統(tǒng)的特殊性，對不同數據來源進行儲存，這就要求數據庫需要對多種類型的數據存儲方式予以支持。

3.3即時數據資料

大數據時代背景下，我國逐步提升了地理信息的應用，將具體信息與大數據整合，從而實現數據收集信息的有效利用，使工作人員能夠及時掌握相關信息，進而實現對信息的有效分析。通過科學應用地理信息，捕捉我國地理學方面的大數據，特別是自然資源的開發(fā)與利用，需要實時更新地理數據信息，將人與實際數據相聯(lián)系，進而科學作出規(guī)劃。對于特定地理信息數據，包含人與人的關系，需要適當進行預測，并結合區(qū)域情況，制定完善的規(guī)劃方案;確保信息數據的有效分析，從而科學作出規(guī)劃，促進各項建設內容的優(yōu)化，進而使空間數據得到有效利用，在城市規(guī)劃過程中發(fā)揮著重要作用，對城市結構產生積極的促進作用?；谛畔祿?，提升數據的精確性，使地理信息系統(tǒng)在規(guī)劃應用中更合理，進而促進地理信息的進一步發(fā)展。

3.4數據顯示應用

在地理信息系統(tǒng)應用過程中，要做好數據顯示功能的有效完善以及整合，從而便捷日常的工作行為。在進行數據分析工作中，要將一些抽象性的數據進行多方位的整合，滿足不同的工作需求和工作要求，形成立體化的數字地圖。在數據處理工作中，系統(tǒng)會首先將數據進行科學的分類，之后再通過模型的構建將抽象性的數據變得更加具體，之后，測繪人員可以根據自己的工作需求和工作能力在紙質上繪制地圖模型，也可以在計算機中自動化的繪制地圖模型，要具體問題具體分析。在實際數據分析工作中，還可以融入有關人口和交通方面的信息使得地理信息系統(tǒng)最終的分析結果能夠具備完善性和精準性的特征。不僅有助于提升測繪的效果以及水平，還有助于為后續(xù)數據分析工作提供諸多的便捷，實現城市社會工作的轉型和創(chuàng)新。

4基于多光譜遙感數據的地理信息系統(tǒng)研究

4.1系統(tǒng)總體結構

系統(tǒng)對空間數據和屬性數據的管理可通過空間數據庫引擎ArcSDE和數據庫SQLServer完成，且提供相同的數據接口供客戶訪問。開發(fā)環(huán)境以Visual Basic為主，MapObjects為輔，二次開發(fā)相應客戶的編程思想，從而實現客戶端的重要用途。應用IE瀏覽器實現網絡發(fā)布系統(tǒng)的客戶端對空間數據和屬性數據的申請和顯示。Web服務器和ArcIMS服務器共同組成應用服務器，可以很好對申請進行處理，及時回應并運行服務。這種系統(tǒng)結構不僅可以規(guī)范化管理相關數據，還可以促進每個子應用系統(tǒng)的模塊式開發(fā)。

4.2數據庫設計

該地理信息系統(tǒng)數據庫分為空間數據庫和屬性數據庫，這樣可以很好適應系統(tǒng)信息的多元性和繁瑣性。分別通過ArcSDE接口和ADO接口來訪問空間數據庫和屬性數據庫。首先把多光譜遙感圖像從Google-Earth中提取出來，再通過Photoshop軟件進行調整、修正、拼接處理后導進ArcMap軟件中，配準遙感圖像的控制點選擇GPS定位儀收集到的地標性建筑物的地理坐標信息，文件存儲格式采用TIF格式。然后把地標建筑設計圖的相關信息數字化成圖層后存儲為Shape文件格式，再與遙感圖像進行配準，使所有圖層與遙感圖像重疊再發(fā)布。屬性數據庫的創(chuàng)建需要應用SQL-Server軟件，按照地理信息系統(tǒng)分層規(guī)劃收集地標建筑的基本信息。空間數據庫和屬性數據庫的連接可使用關鍵字段完成。

結束語

地理信息系統(tǒng)技術在我國已得到廣泛應用，在國民建設中已發(fā)揮了積極重要的作用。研究的基于多光譜遙感數據的地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的拓展和提升，具備較高的信息數據統(tǒng)計精度和匹配精度，能夠有效提升信息系統(tǒng)的資源利用率。不過對于多光譜遙感數據的地理信息系統(tǒng)在資源分享與互操作方面的應用，有待于進一步更深入的研究。

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