基于GIS遙感影像圖制作及效果分析

1、基于 gis 遙感影像圖制作及效果分析摘要：遙感影像地圖是以遙感影像為基礎(chǔ)內(nèi)容的一種地圖形式，是現(xiàn)代地圖進(jìn)展的新圖型。本文介紹了一種基于 gis 制作遙感影像地圖的方法，主要利用arcgis 數(shù)據(jù)庫(kù)治理、地圖配圖技巧和制圖工具進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，并通過實(shí)例驗(yàn)證與效果分析，證明該方法有效提高了影像地圖成圖速度。關(guān)鍵詞：gis；遙感影像；地圖；制作；數(shù)據(jù)集引言遙感與地理信息系統(tǒng)一體化是科學(xué)技術(shù)進(jìn)展的趨勢(shì)，遙感影像地圖（rsim） 是一種以遙感影像和肯定的地圖符號(hào)來表現(xiàn)制圖對(duì)象地理空間分布和環(huán)境狀況的地圖。它既有矢量地圖嚴(yán)格的幾何精度，又保留影像客觀翔實(shí)的特征，直觀、全面地表達(dá)地表信息，在城市建設(shè)、關(guān)心決

2、策、救災(zāi)應(yīng)急等方面的作用日益突出。本文以專業(yè)的地理信息系統(tǒng)軟件 arcgis 為平臺(tái)，探討遙感影像地圖的快速制作方法與效果分析。1 遙感地圖編制技術(shù)分析在平面設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可供選用軟件有 coreldraw、illustrator、freehand 等。illustrator、freehand 是基于蘋果機(jī)開發(fā)出來的矢量軟件，使用較少。1.1 coreldraw 平面制圖技術(shù)coreldraw 是加拿大 corel 公司推出的集矢量圖形繪制、文字編輯和印刷排版于一體的圖形軟件。它基于 pc 機(jī)上開發(fā)使用，更趨于大眾化，是地圖制圖的傳統(tǒng)作業(yè)工具。由于 coreldraw 主要以平面設(shè)計(jì)為主，在制圖應(yīng)

3、用中，對(duì) gis 數(shù)據(jù)兼容性、制圖表達(dá)、海量數(shù)據(jù)可容納性等方面局限性，影響了遙感地圖編制的工作效率和質(zhì)量。該軟件存在的主要不足是：與地理信息數(shù)據(jù)存在兼容性問題coreldraw 雖然能夠兼容 dxf、eps、tiff 等多種數(shù)據(jù)格式，但對(duì)地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在多方面不兼容：在格式互換過程中簡(jiǎn)潔引起數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失或線符號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入后變成斷線，需人工將斷線串連成連續(xù)的曲線；全部矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成 autocad 格式導(dǎo)入 coreldraw 后，數(shù)據(jù)的名稱屬性信息全部丟失。如標(biāo)注線劃名稱需在其它gis 軟件中將名稱轉(zhuǎn)標(biāo)注后導(dǎo)出，再轉(zhuǎn)入到 coreldraw 或手工點(diǎn)對(duì)點(diǎn)加注。這些問題大大增加了線劃數(shù)據(jù)編輯工作量，

4、降低了成圖速度和精度。地圖點(diǎn)符號(hào)更新自動(dòng)化程度低coreldraw 中點(diǎn)符號(hào)更新的機(jī)敏性較差，自動(dòng)化程度低，常用手動(dòng)替換，即將新符號(hào)復(fù)制拖動(dòng)到原始位置，然后刪除原始符號(hào)，這種方法人工干預(yù)強(qiáng)、效率低，不適宜大批量的符號(hào)處理。影像數(shù)據(jù)承載量小，不行接收海量數(shù)據(jù)通常在一般 pc 機(jī)上 coreldraw 軟件平臺(tái)插入影像文件大小超過 1.0g 簡(jiǎn)潔引爆軟件特別錯(cuò)誤，導(dǎo)致整個(gè)地圖文件內(nèi)容丟失或遭破壞的嚴(yán)峻后果。針對(duì)大數(shù)據(jù)量的遙感影像地圖生產(chǎn)通常用分幅作業(yè)完成，無形中增加了數(shù)據(jù)分幅導(dǎo)入和圖幅接邊的重復(fù)工作量。1.2 arcgis 遙感影像地圖制圖技術(shù)arcgis 是美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)爭(zhēng)辯所（environme

5、ntal systems research institute，ine. 簡(jiǎn)稱 esri 公司）開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件，是目前應(yīng)用最廣泛的 gis 軟件。在數(shù)據(jù)治理、地圖配圖、制圖表達(dá)等方面功能強(qiáng)大，為遙感地圖編制者帶來了福音。與傳統(tǒng)軟件相比具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，適合海量數(shù)據(jù)生產(chǎn)通過 arcgis geodatabase 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)建立無縫連接的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，可克服傳統(tǒng)制圖軟件無法跨越的海量數(shù)據(jù)瓶頸問題，避開了圖幅接邊工作量，可大范圍的地圖制圖和批量分幅輸出，極大提高制圖工作效率。數(shù)據(jù)接口兼容性好使用已有地理數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖，數(shù)據(jù)規(guī)范，規(guī)律性強(qiáng)，制圖者只需關(guān)注數(shù)據(jù)規(guī)范和符號(hào)化規(guī)章

6、就能快速完成地圖制作，不必考慮數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換帶來的信息丟失等兼容性問題，避開了制圖工作的差錯(cuò)，提高制圖效率和質(zhì)量。要素符號(hào)化力量強(qiáng)，自動(dòng)化程度高arcgis 支持多種類型地圖符號(hào)庫(kù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，只需為圖層配置合適的符號(hào)化方案，即刻就可更新符號(hào)樣式，而傳統(tǒng)制圖軟件（如 coreldraw）無法一鍵實(shí)現(xiàn)。arcgis 高級(jí)標(biāo)注擴(kuò)展模塊 maplex，供應(yīng)多種要素標(biāo)注的策略。通過設(shè)置“symbol levels”可自動(dòng)解決道路路口線型交叉、道路單雙線沖突問題， 從而使道路更加自然、真實(shí)。而傳統(tǒng)制圖軟件需人工手動(dòng)逐個(gè)處理。新增制圖表達(dá)技術(shù)arcgis10 供應(yīng)了一套機(jī)敏的制圖表達(dá)機(jī)制，使用基于規(guī)章的結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)

7、據(jù)進(jìn)行符號(hào)化，這些結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)一同存儲(chǔ)在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中，支持同一數(shù)據(jù)的多種地圖表達(dá)，允許制圖者在不影響數(shù)據(jù)空間完整性的狀況下對(duì)要素進(jìn)行綜合說明。使地圖獲得更加豐富的幾何效果。支持模板化制圖應(yīng)用 arcgis 制圖模板技術(shù)，只要定制好制圖模板，將數(shù)據(jù)往里導(dǎo)入，基本可達(dá)到地圖批量生產(chǎn)。2 基于 arcgis10.1 遙感影像圖制作方案依據(jù)新編遙感地圖的內(nèi)容、表現(xiàn)形式等，制定遙感影像制圖生產(chǎn)工藝流程， 如圖 1 所示：圖 1 技術(shù)流程圖2.1 總體設(shè)計(jì)2.1.1 制圖規(guī)格地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；地圖圖幅規(guī)格及樣式；地圖比例尺，即打印地圖尺寸和實(shí)際距離的比值。2.1.2 地圖內(nèi)容影像圖要表現(xiàn)的要素比較簡(jiǎn)略，主要表示

8、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、水系、行政村、熱點(diǎn)、交通干線等標(biāo)注，點(diǎn)、線、面類型的符號(hào)，如單位點(diǎn)符號(hào)、道路面、線符號(hào)等。2.1.3 質(zhì)量要求現(xiàn)勢(shì)性要求：遙感影像地圖編繪時(shí)應(yīng)接受最新資料，對(duì)現(xiàn)勢(shì)性差或欠精度的資料，進(jìn)行修編、補(bǔ)調(diào)或以新的影像進(jìn)行核對(duì)、修改，例如熱點(diǎn)，新增道路等。制圖質(zhì)量要求：影像數(shù)據(jù)顏色均勻飽滿，無劃痕。矢量信息表達(dá)取舍適度， 制圖表達(dá)美觀自然，標(biāo)注內(nèi)容和位置合理，各圖層顯示沖突處理得當(dāng)。2.2 信息提取與加工2.2.1 原始數(shù)據(jù)提取制圖所需矢量數(shù)據(jù)，依據(jù)各要素類的編碼等級(jí)及圖層分類，運(yùn)用 arcgis 中的sql 語句來提取，如行政區(qū)劃提取到鄉(xiāng)一級(jí)，山峰按高程值大于 300 的提取。所 需影像數(shù)據(jù)，依

9、據(jù)制圖范圍，優(yōu)先選用航空影像數(shù)據(jù)，實(shí)在沒有航空影像的區(qū)域，選用用高辨別率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)（例如 quick bird，spot 等）。2.2.2 數(shù)據(jù)加工一是將選用影像數(shù)據(jù)制作成正射影像。具體作業(yè)生產(chǎn)接受航天遠(yuǎn)景軟件將原始航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密、影像顏色勻色，并進(jìn)行幾何校正、空間定位與接邊配準(zhǔn)，投影轉(zhuǎn)換后輸出正射影像成果數(shù)據(jù)；二是將線劃矢量數(shù)據(jù)（境地等）進(jìn)行綜合、節(jié)點(diǎn)抽稀處理，使之變成連續(xù)光滑的曲線。2.3 geodatabase 建庫(kù)geodatabase 是 arcgis 的原生數(shù)據(jù)格式，可支持點(diǎn)、線、面要素類及柵格數(shù)據(jù)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)分為 peronal geodatabase 和

10、file geodatabase 兩種，主要區(qū)分是數(shù)據(jù)庫(kù)容量及性能，后者每個(gè)數(shù)據(jù)集占用磁盤空間可達(dá)到 1tb， 存儲(chǔ)空間比前者及 shape file 小 50%70%，而數(shù)據(jù)處理、查詢速度快 20%10 倍。故大幅面影像地圖因數(shù)據(jù)量較大建議使用 file geodatabase。2.3.1 建立矢量數(shù)據(jù)集創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)：?jiǎn)?dòng) arccatalog 在名目路徑下點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 new，再選 file geodatabase 創(chuàng)建 gdb 數(shù)據(jù)庫(kù)文件。創(chuàng)建要素集：在 gdb 數(shù)據(jù)庫(kù)下點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 new，再選 feature dataset，依次創(chuàng)建相應(yīng)的要素集，如道路，境地，縣名等，并導(dǎo)

11、入前述 3.2 處理后的數(shù)據(jù)。信息入庫(kù)：使用 arccatolog 的 inport data 工具完成。2.3.2 建立鑲嵌數(shù)據(jù)集傳統(tǒng)影像圖制作中，需先將不同時(shí)期，不同辨別率的 dom 在 erdas 中按出圖比例抽稀、壓縮成相同的辨別率，并用 photoshop 軟件進(jìn)行鑲嵌和勻色處理， 合并成一幅完整的影像存成 tif 格式后才可導(dǎo)入 coreldraw 中，生產(chǎn)效率低下。在 arcgis 平臺(tái)下則不受此限制。arcgis10.0 新增的影像處理功能鑲嵌數(shù)據(jù)集（mosaic dataset）解決了海量影像數(shù)據(jù)勻色難、占用磁盤空間大、無縫拼接速度慢等問題，并可對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)處理，使

12、整個(gè)圖像處理過程直觀高效。建鑲嵌數(shù)據(jù)集：在 arccatalog 中點(diǎn)中 gdb 數(shù)據(jù)庫(kù)，點(diǎn)擊右鍵新建鑲嵌數(shù)據(jù)集，輸入名稱、地理坐標(biāo)系統(tǒng)、產(chǎn)品定義選 natutal_color_rgb、pixel type 選8_bit_unsigned（此處設(shè)置適合多傳感器、多辨別率合成后的影像成果數(shù)據(jù)）；添加影像數(shù)據(jù)：選中 mosaic dataset，點(diǎn)擊右鍵 add rasters 添加待勻色目標(biāo)影像，參數(shù)使用默認(rèn)設(shè)置。2.4 數(shù)據(jù)處理2.4.1 顏色平衡（color balance，簡(jiǎn)稱勻色）多元影像因數(shù)據(jù)類型準(zhǔn)時(shí)相不同在顏色上存在較大差異，需進(jìn)行顏色自然過渡處理，arcgis10.0 供應(yīng)的顏色平

13、衡法有：標(biāo)準(zhǔn)差平衡法，依據(jù)計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)差更改每個(gè)像素值；勻光平衡法，參照目標(biāo)顏色來更改每個(gè)像素值，使圖像均勻過渡到目標(biāo)顏色；直方圖平衡法，依據(jù)目標(biāo)直方圖來更改每個(gè)像素值，使圖像均勻過渡到目標(biāo)直方圖。2.4.2 現(xiàn)勢(shì)性更新影像與矢量數(shù)據(jù)疊加比對(duì)，可發(fā)覺變化區(qū)域，如交通道路新增、改道等，可利用 arcgis 編輯工具對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行人工更新。2.5 地圖配圖利用 arcgis 可便利地將線劃數(shù)據(jù)依據(jù)制圖要求進(jìn)行符號(hào)化、信息標(biāo)注、顯示優(yōu)化、圖外整飾等等一系列地圖表達(dá)工作，達(dá)到出圖要求。2.5.1 地圖模板創(chuàng)建在 gis 環(huán)境下，選擇 insert，點(diǎn) data frame，創(chuàng)建一個(gè)新數(shù)據(jù)框，選中 da

14、ta frame 鼠標(biāo)右鍵，選擇 properties 頁面中的 coordinate system，將地圖投影信息定義為某地方坐標(biāo)，然后加載數(shù)據(jù)庫(kù)要素及影像數(shù)據(jù)并保存模板 mxd。2.5.2 信息標(biāo)注maplex 高級(jí)標(biāo)注功能可將要素屬性標(biāo)注在圖上，單擊 label 工具條上的標(biāo)注治理器按鈕，打開對(duì)話框勾選 maplex 高級(jí)標(biāo)注，設(shè)置要素標(biāo)注屬性，如字體、字號(hào)、掩膜等表面屬性，位置、自適應(yīng)、標(biāo)注密度、沖突解決等放置屬性。當(dāng)大部分標(biāo)注的放置屬性參數(shù)不變，只更改字號(hào)大小等個(gè)別表面屬性時(shí)可用復(fù)制粘貼屬性樣式進(jìn)行快速標(biāo)注。道路名稱分段等距標(biāo)注可利用 maplex 擴(kuò)展模塊，設(shè)置標(biāo)注密度，輸入分段距

15、離和單位即可。這里前提是整條道路是連續(xù)的，否則同一道路斷點(diǎn)處易路名重疊。2.5.3 符號(hào)配置與制圖表達(dá)自定義符號(hào)：利用 arcgis 符號(hào)編輯器，通過轉(zhuǎn)變符號(hào)上下層顏色寬度， 可自定義各種層疊效果的符號(hào)，如境地線的色帶，雙線路，環(huán)狀圓等。設(shè)置制圖表達(dá)規(guī)章：通過設(shè)置圖層制圖表達(dá)規(guī)章可實(shí)現(xiàn)特別顯示效果，比如：想表達(dá)河流的漸變效果，即錐狀河流，arcgis 中點(diǎn)選河流中心線層，將符號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為制圖表達(dá)，然后點(diǎn)中添加幾何效果選擇“錐狀面”，再設(shè)置起始點(diǎn)及終點(diǎn)寬度值即可實(shí)現(xiàn)。顯示效果優(yōu)化：道路交叉口、主道與輔道交接處等要素，擬合優(yōu)化前是雜亂的個(gè)體，設(shè)置符號(hào)的連接屬性，可使線實(shí)體連接光滑自然。2.5.4

16、掩膜制作為突顯市域范圍，弱化域內(nèi)外影像視覺差異，通過對(duì)市域外掩蓋透亮蒙板的方法來達(dá)到突顯影像主圖的效果。2.5.5 圖外整飾地圖符號(hào)化后將地圖窗口切換到布局窗口，然后利用 view 菜單下的 insert 工具插入圖名，比例尺，指北針，圖例，圖廓花邊等。2.6 質(zhì)量把握遙感影像地圖質(zhì)量檢查主要包括數(shù)據(jù)精度、完整性與正確性、規(guī)律全都性、整飾精度、圖面美觀等多方面的內(nèi)容。在 arcgis 中主要接受地圖要素或要素類間的幾何關(guān)系規(guī)章進(jìn)行拓?fù)錂z查，并結(jié)合人工目視檢核法查看圖面是否存在符號(hào)、文字標(biāo)注等壓蓋或避讓不合理等。2.7 地圖輸出經(jīng)檢查滿足出圖要求后，在文件菜單下選擇輸出工具，設(shè)置輸出圖片辨別率后

17、即可出版。3 實(shí)例驗(yàn)證與效果分析為順應(yīng)市場(chǎng)，我院要求項(xiàng)目組半個(gè)月內(nèi)生產(chǎn)某市影像地圖。由于任務(wù)急，工作量大，為按時(shí)完成任務(wù)，項(xiàng)目組打算放棄原來傳統(tǒng)（coreldraw）作業(yè)方式， 嘗試接受 arcgis10.1 制圖技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，并取得了良好效果。3.1 項(xiàng)目實(shí)施狀況本圖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)接受該市公眾版 1：500 電子地圖 gis 數(shù)據(jù)，wgs84 坐標(biāo)。依據(jù)制作主題要求，主要表達(dá)行政區(qū)劃、道路、地名、風(fēng)景名勝、水系名、山峰 等名稱注記。線要素，除境地全部選取外，其他信息選擇性取舍。市域范圍內(nèi)接受最新大都市 0.2 米正射影像數(shù)據(jù)，市域外利用 2.5 米 spot 影像數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，影像格式統(tǒng)一為

18、img，坐標(biāo)為該地方坐標(biāo)，ucx、spot 數(shù)據(jù)建立 gdb 鑲嵌數(shù)據(jù)集后接受標(biāo)準(zhǔn)差平衡法進(jìn)行勻色處理。數(shù)據(jù)預(yù)備完成后，接受 arcgis10.1 按 3.4 要求進(jìn)行配圖設(shè)置，并選擇代表性強(qiáng)的區(qū)域生產(chǎn)一幅樣圖，供質(zhì)檢組進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，經(jīng)幾次配圖優(yōu)化和局部數(shù)據(jù)處理，制圖質(zhì)量完全達(dá)到傳統(tǒng)制圖要求。3.2 效率分析與比較為評(píng)價(jià)新方法生產(chǎn)效率，筆者以該市區(qū)影像地圖為例（制圖要求，作業(yè)員相同），從以下幾個(gè)方面分析對(duì)比新方法與傳統(tǒng)方法的效率差異：表 1 效率分析比對(duì)表結(jié)果表明：運(yùn)用 coreldraw 制圖軟件進(jìn)行編制通常需要約 30 個(gè)工作日，而利用 arcgis 平臺(tái)僅需要 10 個(gè)工作日，極大地提高效率。4 結(jié)語綜上所述，本文探討了利用 arcgis 軟件平臺(tái)下快速制作遙感影像地圖的新方法，通過實(shí)例效果分析，證明該法極大提高了影像地圖